КАНАЛИЗАЦИЯ

Распределение сточных вод по биофильтрам

Спринклеры (спринклерные головки) —специальные насадки, наде­тые на концы стояков, которые ответвляются от водораспределительных труб, уложенных на поверхности или в теле биофильтра. Отверстия спринклерных головок невелики — обычно 19, 22 и 25 мм. Во избежание коррозии спринклеры изготовляют из бронзы или из латуни.

Один из насадков, применяемый в отечественной практике, показан на рис. 4.96. Достоинством головки этого типа является, то, что опора, к которой прикреплен отражательный обратный конус, находится в сторо­не от движущейся струи и не мешает ее действию.

Дозирующий бак автоматически подает воду в спринклерную сеть под постоянным напором. Продолжительность опорожнения бака (период

Орошения), зависящая в основном от вместимости бака и размеров вы­пускаемой трубы, всегда одинакова; продолжительность же наполнения бака зависит только от притока сточных вод, который колеблется в тече­ние суток. Поэтому орошение биофильтра производится периодически, через неровные по продолжительности интервалы. Во избежание сильно­го охлаждения необогреваемых биофильтров интервал между орошени­ем не должен превышать 5—8 мин.

При большой площади биофильтры разделяются на секции с само­стоятельными распределительными сетями и отдельными дозирующими баками.

В отечественной практике наибольшее распространение получил до­зирующий бак с сифоном (рис. 4. 97). Преимущество его перед другими состоит в том, что он совершенно не имеет движущихся частей.

Выпускная труба из дозирующего бака представляет собой сифон, верхний срез которого возвышается над дном бака. Внутри дозирующе­го бака расположен опрокинутый стакан, установленный на подставках и не доходящий до дна бака. К стакану в верхней его части присоедине­ны две трубки: одна из них — воздушная трубка — заканчивается откры­тым концом в баке, другая трубка, представляющая собой вентиляцион­ный затвор, или регулятор напора, заканчивается открытым концом, выведенным выше максимального уровня воды в баке. Кроме того, регу­лятор напора присоединен патрубком к главной выпускной трубе. В верх­ней части бака имеется переливная труба, диаметр которой принимается в соответствии с притоком воды в бак.

Действие автоматического сифонй заключается в следующем. Внача­ле вода в баке стоит на низшем уровне А, соответствующем нижнему ко­лену воздушной трубки. В сифоне вода в это время стоит на уровне
выходного отверстия спринклеров; регулятор напора заполнен водой до уровня Ви на котором он присоединен к стакану. По мере поступления воды горизонт ее в баке повышается, причем давление под стаканом и в отводной трубе остается равным атмосферному до тех пор, пока уровень ее не дойдет до отверстия воздушной трубки. После этого вы­ход воздуха из-под стакана прекращается и воздушное давление в нем по мере заполнения бака начинает возрастать. Уровень воды в главном сифоне и регуляторе понижается, в то время как горизонт ее в другой

Ветви регулятора остается все время на уровне переливного патрубка.

Когда горизонт воды в баке достигнет наивысшего уровня, а горизонт воды под стаканом до­стигнет верхнего края отводной трубы, уровень воды в регуляторе напора упадет до нижнего его колена В2, а в главном сифоне — до уровня Б2, также почти у ниж­него колена. При этом давление воздуха под стаканом, в главной трубе сифона и в регуляторе на­пора будет равно высоте столба воды /гИЗб [см. далее формулу (4.182)]. В следующий момент гидравлический затвор в регуля­торе напора прорвется, давление под стаканом упадет до атмо­сферного, вследствие чего вода из бака устремится в главую трубу и бу­дет вытекать из нее до тех пор, пока горизонт в баке не упадет до уровня А нижнего колена воздушной трубки. Как только через нее воз­дух проникнет под стакан, действие сифона приостановится, причем колено регулятора напора, засасывающего во время действия сифона воду из главной отводной трубы, останется заполненным водой.

Для регулирования наивысшего уровня воды в баке, при котором на­чинают действовать сифоны, верхнюю часть регулятора напора делают подвижной на сальниках; поднимая или опуская переливной патрубок регулятора напора, можно установить начало действия сифона как раз в тот момент, когда уровень воды под стаканом дойдет до края выпускной трубы. Отводную трубу от бака можно устраивать с гидравлическим за­твором и без него. Диаметр сифона равен диаметру разводящей трубы. Внутренний диаметр колокола принимают равным двум диаметрам тру­бы сифона, но он может быть и больше.

По мере вытекания воды из бака радиус действия спринклера, зави­сящий от напора, постепенно уменьшается и таким образом орошается вся площадь. круга вокруг спринклера. Для более равномерного распре­деления воды по орошаемой площади дозирующему баку придают такую форму, при которой площадь его горизонтальных сечений на различных уровнях пропорциональна расходу воды из бака в данный момент. Этому требованию с достаточным приближением удовлетворяет форма опроки­нутой усеченной пирамиды. Площадь нижнего ее сечения назначают в зависимости от размера выходной трубы; площадь верхнего сечения (со­ответствующего уровню воды при максимальном напоре) определяется из указанного соотношения.

Расчет водораспределительной системы сводится к определению рас­хода воды из каждого разбрызгивателя (спринклера), определению не­обходимого их числа, диаметра разводящей сета, емкости и времени ра­боты дозирующего бака.

Где jli — коэффициент истечения, принимаемый равным 0,67;

Со — полезная площадь сечения отверстия разбрызгивателя, м Нсв — свободный напор у разбрызгивателя, м.

Для обычного разбрызгивателя максимальный расход дМакс в зависи­мости от свободного напора Нсв у насадка может быть определен по рис. 4. 98, составленному для различных диаметров отверстий разбрыз­гивателей. Максимальный секундный расход, который может быть подан на одну секцию биофильтра,

2.

Фмакс — <7макс 1 — <7макс ^с//р»

Где п — число разбрызгивателей в одной секции; Fc— площадь одной секции биофильтра, м2; /р — площадь, орошаемая одним разбрызгивателем, м2. Каждый разбрызгиватель орошает вокруг себя площадь радиусом R, Размер которого зависит от свободного напора у разбрызгивателя. При расположении разбрызгивателей рядами (рис. 4.99, а) орошаемая пло -

9

Щадь составит 78,5% общей площади, а при расположении разбрызгива­телей в шахматном порядке (рис. 4. 99, б) —около 90% общей площади.

Разбрызгиватели располагают так, чтобы орошаемая площадь одним из них частично перекрывала площади, орошаемые соседними разбрыз­гивателями (рис. 4.99, в). Площадь орошения одним разбрызгивателем /р условно принимают равной площади правильного шестиугольника, вписанного в круг радиусом R:

Fp= 2,б/?2, (4.169)

Откуда

# = V7wl,61. (4.170)

В этом случае расстояние между разбрызгивателями равно 1,73 R, а расстояние между рядами— 1,5 R.

Величину /р выбирают так, чтобы она не вызывала чрезмерного по­вышения свободного напора (который обычно принимают равным 1,5 м) и увеличения диаметров трубопроводов спринклерной системы.

Рассчитывать разводящую сеть необходимо с учетом восстановитель­ного напора, который возникает в результате переменного расхода воды вдоль пути ее движения по трубопроводам, а также с учетом местных сопротивлений, возникающих на поворотах, в местах изменения диамет­ров труб, и пр.

Таким образом, потери напора могут быть подсчитаны по формуле

2 2 2 2

AJ vk vk vk+i ~~ vk

K = + Щ------------------------------------------------------------- — , (4.171)

D 2G 2G 2G V '

Где WD — величина, характеризующая потери напора по длине трубопровода;

Vk+I и vk— скорости движения воды в распределительных трубопро­водах до и после ответвления; £— коэффициент местного сопротивления; г| — коэффициент восстановления скоростного напора, при­нимаемый равным около 1. При длинной распределительной сети восстановительный напор мож­но не учитывать.

Потери напора определяют для наиболее удаленного от дозирую­щего бака разбрызгивателя. Скорость протока в главной магистраль­ной трубе обычно принимают равной 1 м/с, а в разводящих трубах, на которых установлены стояки с разбрызгивателями, — до 0,75 м/с.

Максимальный уровень воды в дозирующем баке (см. рис. 4.97), при котором должно начаться орошение, определяют по формуле

"общ = + 2/W + К + H6, (4.172)

ГДЄ ^макс — максимальный свободный напор у самого отдаленного разбрызгивателя, м; 2АИакс—максимальные потери напора в сети с учетом восстано­вительного напора и местных сопротивлений, м; Hc — потери напора в сифоне, м; h6 — потери напора в баке, м. Для предварительных подсчетов сумму всех потерь при максималь­ном расходе можно принимать равной 25% общего напора Н0бЩ.

Наименьший суммарный расход воды через разбрызгиватели qcMKH должен быть больше максимального притока в бак При несоблю­дении этого требования разбрызгиватели будут работать непрерывно, что приведет к неравномерному орошению биофильтра и ухудшению его работы. Обычно принимают ^ин=1,5<7Пр. Величину quР определяют по формуле

^ІшііГ' (4Л73)

Где Q— среднесуточный приток воды на биофильтр, м3; Кч— коэффициент часовой неравномерности притока; N— число установленных дозирующих баков. Свободный напор можно определять как по величине минимально­го расхода, пользуясь графиком (см. рис. 4.98), так и по отношению минимального расхода воды из разбрызгивателя к максимальному. Максимальный расход в соответствии с формулой (4.167)

W = / WaKc = А (4.174)

Где А—постоянный коэффициент для насадков данного типа и раз­мера.

Минимальный расход соответственно

= (4.175)

Отсюда

C = 4Cctc. (4.176)

Во избежание засорения разбрызгивателей свободный напор для них Н™ин обычно принимают равным 0,5 м. Зная минимальный и мак­симальный свободный напор и определив соответствующий последнему расход, по формуле (4.175) определяют расход при минимальном на­поре.

Объем дозирующего бака W зависит от продолжительности периода между двумя его последовательными опорожнениями, который прини­мают равным 5—8 мин; продолжительность опорожнения бака 1—5 мин, тогда

^ = (<7cp-<7np)'on-60, (4.177)

Где qcР — средний расход через разбрызгиватели, питаемые данным баком, л/с, приблизительно равный:

9ср = (<7макс + 9мин) Л "J" ; (4.178)

Дпр— максимальный приток сточных вод в бак, л/с; Ton— продолжительность опорожнения, мин; п — число разбрызгивателей, обслуживаемых баком.

Рабочую высоту бака Яр определяют по формуле

Яр = "общ-№н + ймин). (4-179)

Где Я«н — свободный напор при минимальном расходе;

/їмин — потери напора при минимальном расходе, обычно прини­маемые равными 0,25 м.

Зная рабочую глубину и объем бака и задавшись площадью его нижнего сечения, МОЖНО ИЗ соотношения FJFU = <Умакс/<?мин определить площадь верхнего сечения.

Иногда искомой величиной является продолжительность опорожне­ния бака t0Il. Ее находят по заданной вместимости бака и значениям расходов <7ср и qЩ> исходя из полного цикла t работы бака:

* = *оп + *нап. (4.180)

Где? нап—продолжительность наполнения:

Tmn = W/qnp. (4.181)

Если вычисленное значение ton не выходит из указанных ранее пре­делов, значит вместимость бака подобрана правильно. Если продол­жительность получается большей, то расчет производят снова, задава­ясь другими значениями высоты бака и расхода из разбрызгивателя.

Расчет сифона основан на законе Бойля — Мариотта. Действие си­фона начинается тогда, когда избыточное давление /^изб под колпаком достигает величины, соответствующей максимальному уровню воды В баке.

При рабочей высоте бака Яр избыточное давление

Hm0 =Hv — hlt

Где ftj— высота расположения верха разводящей трубы сифона над дном бака.

Регулирующая трубка (см. рис. 4.97) должна присоединяться к ко­локолу на высоте не менее /гизб, считая от колена Диаметр регули­рующей трубки принимают равным 19 мм, а воздушной трубки — 25—38 мм.

Распределительную сеть укладывают или на специальные столбы, или прямо на фильтрующую загрузку на глубине 0,7—0,8 м от поверх -

Ности биофильтра. Сеть укладывают с уклоном с тем, чтобы ее можно было опорожнить в случае необходимости. В конце каждой трубы це­лесообразно иметь пробку, через которую можно было бы промыть трубопровод чистой водой. Спринклерные головки устанавливают обыч­но на 0,15 м выше поверхности загрузки фильтра.

Реактивные вращающиеся водораспределители (оросители). Вра­щающийся ороситель состоит из двух или четырех дырчатых труб, кон - сольно закрепленных на общем стояке (рис. 4.100).

Вода из распределительной камеры поступает под некоторым на­пором в стояк, установленный на шариковых подшипниках; стояк мо­жет свободно вращаться вокруг своей вертикальной оси. Из стояка во­да поступает в радиально расположенные трубы и через отверстия в них выливается на поверхность биофильтра. Под действием реактив­ной силы, возникающей при истечении воды из отверстий, распредели­тель вращается.

Такие реактивные оросители получили большое распространение за рубежом (в Англии, ФРГ и Чехословакии) и вполне себя оправдали. У нас они применяются на очистных станциях во многих городах (Харь­кове, Славянске, Шереметьеве, Владимире и др.).

Союзводоканалниипроектом разработаны типовые проекты вращаю­щихся оросителей для биофильтров диаметром 15, 21, 27 и 29 м (рис. 4.101).

Для приведения в действие реактивного оросителя необходим срав­нительно небольшой напор (0,2—1 м), что является одним из достоинств этого устройства. Кроме того, при реактивных оросителях отпадает не­обходимость в устройстве дозаторов.

Диаметр отверстий в радиально расположенных трубах обычно ко­леблется от 10 до 15 мм; расстояние между отверстиями увеличивается от периферии к центру, что обеспечивает более равномерное орошение биофильтра.