ФИЛЬТРАЦИЯ СТОЧНЫХ ВОД.
РАСЧЕТ ЗЕРНИСТЫХ ФИЛЬТРОВ
Цель работы: Приобретение знаний и навыков по расчету зернистых фильтров.
Вводная часть
Фильтрованием называют гидромеханический процесс разделения жидких неоднородных систем с помощью пористых перегородок, задерживающих твердую фазу и пропускающих жидкость. Скорость фильтрации прямо пропорциональна разности давлений (движущей силе) на входе и выходе аппарата и обратно пропорциональна сопротивлению фильтра.
По способу организации фильтры делятся на периодические и непрерывные. При этом, процессы фильтрования могут протекать при постоянных разности давлений (ΔР) и скорости фильтрации (u) или при переменных ΔР и u. По механизму фильтрования различают процесс с закупориванием пор или с образованием осадка. По способу выгрузки осадка различают процессы с механизированной и ручной выгрузкой.
Зернистые фильтры относятся к периодическим фильтрам. В качестве фильтрующих веществ используют различные зернистые элементы – кварцевый песок, гранитный щебень, дробленные антрацит и керамзит, шлак и др.
Конструктивная схема фильтра с восходящим потоком воды представлена на рисунке 1, высота слоев зависит от материала загрузки и размера зерен.
Подобные фильтры с насыпной загрузкой используются для окончательной очистки сточных вод. Исходная концентрация взвешенных частиц в сточных водах, поступающих в фильтры, должна быть: с = 10‒40 мг/л, а получаемая после фильтрации с ≤ 3 мг/л.
При расчете фильтров необходимо определить суммарную площадь фильтров (F∑, м2), число фильтров (N), площадь одного фильтра (F, м2), расчетную скорость фильтрации (u р, м/ч), при следующих исходных данных: расход сточных вод (Q р, м3/сут.), продолжительность простоя одного фильтра при промывке (t, ч), концентрация взвешенных частиц на входе в фильтр (C, мг/л).
|
Рис. 1. Схема фильтра с восходящим потоком воды и водо-воздушной промывкой фильтра:
1 – загрузка; 2 – пескоулавливающий желоб; 3 – карман;
4 – отвод фильтрованной воды; 5 – отвод промывной воды;
6 – подача воздуха на промывку; 7 – подача очищаемой воды;
8 – подача воздуха; 9 и 10 – распределительные системы соответственно для подачи воды и воздуха;
11 – струенаправляющий выступ; 12 – поддерживающий гравийный слой
Методика расчета
Пример расчета. Исходные данные: Q р, с, N (таблица 1). Назначить число промывок фильтров в сутки n: n = 2 при с >20 мг/л; n = 1 при с ≤ 20 мг/л.
Таблица 1. Исходные данные для расчета в качестве примера.
Qр, м3/сут. | N, шт. | С, мг/л | Размер зерен, мм | Высота слоя h1h2, м | ||
гравия | песка | гравия | песка | |||
10‒20 | 1‒2 | 0,2 | 1,4 |
1. Рассчитывается циркуляционный (промывочный) расход (Q ц, м3/сут.) в зависимости от числа промывок фильтров в сутки.
Q ц = 0,05 Q р, при n=2
Q ц = 0,03 Q р, при n=1
2. Определяется расчетная скорость (uр, м/ч) фильтрования:
![]() |
где uф ‒ скорость фильтрования при форсированном режиме. Принимается u ф = 12 м/ч;
m – число фильтров, находящихся в ремонте или на промывке. Принимается m = 2 при N < 20 и m = 3 при N ≥ 20.
3. Определяется суммарная площадь фильтров (F∑, м2):
![]() |
где t ‒ продолжительность простоя одного фильтра при промывке. Принимается t = 0,5 ч.
4. Определяется площадь одного фильтра (F, м2):
|
Из конструкционных соображений площадь одного фильтра должна быть не более 50 м2. В данном случае N = 10:
5. Определяется диаметр (D, м) одного фильтра:
, м.
6. Рассчитывается высота фильтра (Н, м):
H = h1+h2+h3,
где h1, h2, h3 ‒ соответственно высота слоя гравия, песка и осветленной воды (табл. 1). Принимаем h3 = h1.
Выполнение самостоятельного задания
1. Получить исходные данные: Q р, С, N (таблица 2) и выполнить расчет зернистого фильтра.
Таблица 2. Исходные данные для расчета зернистого фильтра.
Номер варианта | Qр, м3/сут. | N, шт. | С, мг/л | u ф, м/ч | t, ч | Размер зерен, мм | Высота слоя h1h2, м | ||
гравия | песка | гравия | песка | ||||||
0,5 | 10-20 | 1-2 | 0,2 | 1,3 | |||||
2. | 0,6 | 10-20 | 1-2 | 0,25 | 1,35 | ||||
3. | 0,5 | 10-20 | 1-2 | 0,3 | 1,5 | ||||
4. | 0,5 | 10-20 | 1-2 | 0,2 | 1,3 | ||||
5. | 0,6 | 10-20 | 1-2 | 0,25 | 1,35 | ||||
6. | 0,5 | 10-20 | 1-2 | 0,3 | 1,5 | ||||
7. | 0,5 | 10-20 | 1-2 | 0,2 | 1,3 | ||||
8. | 0,6 | 10-20 | 1-2 | 0,25 | 1,35 | ||||
9. | 0,5 | 10-20 | 1-2 | 0,3 | 1,5 | ||||
10. | 0,5 | 10-20 | 1-2 | 0,2 | 1,3 | ||||
11. | 0,6 | 10-20 | 1-2 | 0,25 | 1,35 | ||||
12. | 0,5 | 10-20 | 1-2 | 0,3 | 1,5 | ||||
13. | 0,5 | 10-20 | 1-2 | 0,2 | 1,3 | ||||
14. | 0,6 | 10-20 | 1-2 | 0,25 | 1,35 | ||||
15. | 0,5 | 10-20 | 1-2 | 0,3 | 1,5 | ||||
16. | 0,5 | 10-20 | 1-2 | 0,2 | 1,3 | ||||
17. | 0,6 | 10-20 | 1-2 | 0,25 | 1,35 | ||||
18. | 0,5 | 10-20 | 1-2 | 0,3 | 1,5 | ||||
19. | 0,5 | 10-20 | 1-2 | 0,2 | 1,3 | ||||
20. | 0,6 | 10-20 | 1-2 | 0,25 | 1,35 |
Примечания:
‒ n = 2 при с >20 мг/л; n = 1 при с < 20 мг/л;
|
‒ m = 2 при N < 20; m = 3 при N ≥ 20;
‒ принимаем h3 = h1