Многоканальные усреднители с различной длиной каналов

1. Количество секций n принимается, не менее двух, далее находится объем одной секции W ₁. Исходя из этого объема, принимаются типовые усреднители или проектируются индивидуально. В таблице 5 приведены основные характеристики и размеры усреднителей конструкции ВНИИ ВОДГЕО.

2. Принимают глубину усреднителя Н в пределах 2 м и по формуле (7) определяют площадь каждой секции усреднителя F.

3. Для прямоугольного в плане усреднителя ширину В, м одной секции усреднителя принимают из конструктивных соображений и по формуле 6 определяется длина усреднителя L, м

Для круглого в плане усреднителя рассчитывается его диаметр D:

, м

(25)

4. Назначается количество каналов в одной секции n_can которое должно быть не менее четырех. Находится ширина каналов b_can:

– для прямоугольного усреднителя:

(26)

– для круглого усреднителя:

(27)

Ширина канала округляется до целого значения и приблизительно должна быть в пределах 1–10 м.

Таблица 5. Основные показатели усреднителей проточного типа конструкции ВНИИ ВОДГЕО

Рабочий объем, м³	Число усреднителей	Размеры, м
макс.	мин.	общая ширина всех каналов	длина канала	ширина канала	глубина воды	ширина сборного лотка
					1,5	1,25	0,4
					1,5	1,25	0,4
					1,5	1,25	0,4
					1,5	1,25	0,4
					1,5	1,5	0,8
						1,5	0,8
						1,5	0,8
						1,5	0,8
						1,5	0,8
						1,5	0,8
						1,5	0,8
						1,5	0,8
						1,5	0,8
Примечание: Высота усреднителей составляет 2 м.

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА УСРЕДНИТЕЛЕЙ

Пример 1

Исходные данные: Расход производственных сточных вод равен
q_w = 380 м³/ч, характер нестационарности – циклические сбросы загрязнений с периодом колебаний t_cir = 3 ч и концентрацией
С_max = 750 мг/л. Средняя концентрация загрязнений в стоке составляет
С_mid = 130мг/л, допустимая концентрация после усреднения должна быть C_adm = 260 мг/л.

Содержание взвешенных веществ в стоке С_e_n = 100 мг/л с гидравлической крупностью u = 9 мм/с.

Задание. Выбрать тип усреднителей, рассчитать объем и конструктивные параметры.

Расчет.По таблице 1 выбирается барботажный тип усреднителя. По формуле (1) находят требуемый коэффициент усреднения:

По формуле (5) расчитываем объем усреднителей (при К_аv до 5):

Принимаем глубину усреднителя Н = 3 м, количество секций n = 4, затем по формуле (15) находят площадь каждой секции усреднителя:

Назначают ширину секции В = 12 м и по формуле (16) рассчитывают длину секции усреднителя:

Принимают длину секции L =16 м. По формуле 17 определяют скорость продольного движения воды:

, м/с

Рассчитанная скорость меньше максимального значения (0,0025 м/с).

Проектируют трубы-барботеры на глубине Н_b = 2,9 м – два пристроенных барботера на расстоянии от стены усреднителя В_b = 3 м и один промежуточный барботер, расположенный по оси секции.

Принимают интенсивность барботирования для пристенных барботеров q_air = 12 м³/(ч. м), для промежуточных барботеров q^′_air = 24 м³/(ч. м), и выбирают из табл.4 перфарированные трубы со следующими характеристиками:

– пристенный барботер: диаметр трубы 63 мм, два ряда перфорационных отверстий диаметром 3 мм и шагом между ними 160 мм, один стояк для подвода воздуха, располагаемый посредине барботера;

– промежуточный барботер: диаметр трубы 63 мм, два ряда перфорационных отверстий диаметром 3 мм и шагом между ними 80 мм, один стояк для подвода воздуха, располагаемый посередине барботера.

По формуле 20 определяют общий расход воздуха для барботирования:

, м³/ч.

Пример 2

Исходные данные. Расход производственных сточных вод равен q_w = 450 м³/ч, характер нестационарности – залповые сбросы длительностью t_Z = 1,5 ч загрязнений с концентрацией С_max = 620 мг/л. Средняя концентрация в стоке составляет С_mid = 180 мг/л, допустимая концентрация после усреднения должна быть С_adm = 250 мг/л.

Содержание взвешенных веществ в стоке С_en = 350 мг/л с гидравлической крупностью u = 2,5 мм/с.

Задание. Выбрать тип усреднителей, рассчитать объем и конструктивные параметры.

Расчет. По таблице 1 выбираем тип усреднителя – многоканальный с каналами различной ширины.

По формуле 1находят требуемый коэффициент усреднения:

По формуле (4) рассчитывают объем усреднителей:

м³

Принимают глубину усреднителя Н = 2 м, количество секций n = 4, затем по формуле (15) находят площадь каждой секции усреднителя:

м².

Назначаем ширину секции В = 12 м и по формуле (16) рассчитывают длину секции усреднителя:

Принимаем длину секции L = 23 м. Назначают количество каналов в каждой секции усреднителя n_can = 3.

По формуле (21) рассчитывают ширину каждого i -того канала:

, м

(i ₁ = 1 м, i ₂ = 2 м, i ₃ = 3 м)

Тогда ширина первого канала составит b ₁ = 3,5 м, ширина второго b = 6 м, ширина третьего b = 2,5 м.

По формуле 22 рассчитывают расходы воды в каждом i-том канале

, м³/час

Расход воды в первом канале составляет q ₁ = 87,0 м³/час, во втором q ₂ = 49,5 м³/час, в третьем q ₃ =12,0 м³/час.

Принимаем скорость течения в распределительном лотке v = 0,4 м/с и по формуле 23 находим площадь поперечного сечения лотка:

м²

Подбираем лоток шириной b₀= 0,3 м и глубиной h₀ = 0,26 м.

По формуле 24 рассчитываем площади и размеры боковых и донных отверстий в распределительном лотке, результаты заносим в таблицу 6.

Таблица 6. Результаты расчетов по формуле 24

	Номер канала

Площадь, м²
- донного отверстия	0,00855	0,00487	0,00118
- бокового отверстия	0,00749	0,00426	0,00103
Диаметр донного отверстия, см
Размеры бокового отверстия, см	8*8	6*6	3*3

Пример 3

Исходные данные. Те же, как и в примере 2.

Задание. Рассчитать конструктивные параметры многоканального усреднителя с различной длиной каналов (прямоугольной и круглой формы в плане.)

Расчет. Из расчета примера 2 известен объем усреднителей:

W_Z = 2121,43 м³.

Принимают количество секций n = 2, глубину усреднителя Н = 1,5 м, затем по формуле (15) находят площадь каждой секции усреднителя:

м²

I вариант – прямоугольный в плане усреднитель.

Назначают ширину секции В = 20 м и по формуле (16) рассчитывают длину секции усреднителя:

Принимают длину секции L = 36 м. Назначают количество каналов в каждой секции усреднителя n_са_n = 5.

По формуле (26) рассчитывают ширину одного канала:

2 вариант – круглый в плане усреднитель.

По формуле (25) рассчитывают диаметр усреднителя:

Назначают количество каналов в каждой секции усреднителя
n_can = 5. По формуле (27) рассчитывают ширину одного канала:

Пример 4

Исходные данные. Расход производственных сточных вод постоянный и равен q_w = 530 м³/ч, характер нестационарности – произвольные колебания концентрации загрязнителя в сточной воде.

Таблица 7. Произвольные колебания концентраций загрязнителя в сточной воде

Часы суток	С_en, мг/л	Часы суток	С_en, мг/л
0-1		12-13
1-2		13-14
2-3		14-15
3-4		15-16
4-5		16-17
5-6		17-18
6-7		18-19
7-8		19-20
8-9		20-21
9-10		21-22
10-11		22-23
11-12		23-24

Допустимая концентрация после усреднения должна быть

С_adm = 800 мг/л.

Задание. Рассчитать объем усреднителей.

Расчет.Превышение концентрации загрязнений над допустимым уровнем (800 мг/л) наблюдается в часы с 6 до 13 ч. Период усреднения равен 7 ч.

Ориентировочный объем усреднителя равен суммарному притоку в эти часы:

м³

Для дальнейших расчетов принимаем объем усреднителя

W_es =3800 м³.

По формуле (7) рассчитываем максимальный отрезок времени (шаг), через который будет рассчитываться концентрации загрязнителя на выходе:

ч.

(В этой формуле q_max = q_w = 530 м³/ч.)

Так как Δ t_st > 1 ч, принимаем шаг Δt_st = 1 ч.

Наибольшая концентрация (1580 мг/л) наблюдается в час 7-8, следовательно, начинаем расчет именно с этого часа. Предполагаем, что 8 ч в усредненной воде концентрация загрязнения будет равна допустимому значению – 800 мг/л.

По формуле (8) рассчитываем приращение концентрации на выходе из усреднителя в следующий час:

мг/л,

По формуле (9) определяем концентрацию загрязнителя на выходе из усреднителя на 9 ч:

мг/л.

Аналогично рассчитываем приращение и концентрацию на выходе на 10 ч:

мг/л

Результаты дальнейшего расчета показаны в табл.8

Таблица 8. Приращение концентраций на выходе из усреднителя

Исходные данные	Расчетные концентрации загрязнений, мг/л в усредненной воде за:
Часы суток	Подача в усреднитель q_i, м³/ч.	Концентрация С_en, мг/л	1-е сутки	2-е сутки	3-и сутки
Δ С_ex	C_ex	Δ С_ex	C_ex	Δ С_ex	C_ex
0-1					-22	-21
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
6-7
7-8
8-9
9-10
10-11
11-12
12-13			-10		-2	-1
13-14			-50		-43	-43
14-15			-74		-68	-68
15-16			-83		-78	-78
16-17			-71		-67	-67
17-18			-56		-52	-52
18-19			-44		-41	-41
19-20			-24		-21	-21
20-21			-29		-27	-26
21-22			-23		-21	-21
22-23			-23		-21	-21
23-24			-23		-21	-21

Как видно из этой таблицы, допустимой концентрации после трех суток достичь не удалось. Поэтому увеличиваем объем усреднителя до значения W_es = 4200 м² и повторяем расчет в табл. 9

Таблица 9. Приращение концентраций на выходе из усреднителя, при увеличении объема

Исходные данные	Расчетные концентрации загрязнений, мг/л в усредненной воде за:
Часы суток	Подача в усреднитель q_i, м³/ч.	Концентрация С_en, мг/л	1-е сутки	2-е сутки	3-и сутки
Δ С_ex	C_ex	Δ С_ex	C_ex	Δ С_ex	C_ex
0-1					-23	-21
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
6-7
7-8
8-9
9-10
10-11
11-12
12-13			-8
13-14			-45		-37	-37
14-15			-67		-60	-70
15-16			-76		-70	-70
16-17			-66		-61	-61
17-18			-53		-48	-48
18-19			-43		-39	-38
19-20			-25		-21	-21
20-21			-29		-26	-26
21-22			-24		-21	-21
22-23			-24		-21	-21
23-24			-23		-21	-21

Допустимая концентрация на выходе из усреднителя была достигнута в 13 ч на третьи сутки, следовательно, расчетный объем
W_es = 4200 м³ определен правильно.

ПРИМЕР 5

Исходные данные. Характер нестационарности производственных сточных вод – произвольные колебания концентрации загрязнения и расход воды (табл. 10).

Допустимая концентрация после усреднения должна быть
С_adm = 800 мг/л.

Задание. Рассчитать объем усреднителей.

Таблица 10. Производные колебания концентраций загрязнений и расхода производственных сточных вод

Часы суток	Подача в усреднитель q_i, м³/ч	Концентрация С_en, мг/л
0-1
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
6-7
7-8
8-9
9-10
10-11
11-12
12-13
13-14
14-15
15-16
16-17
17-18
18-19
19-20
20-21
21-22
22-23
23-24

Расчет. По формуле (10) находят расход сточной жидкости после усреднения.

q_ex = (150+140+120+100+100+180+190+250+260+290+300+310+290+ 290+210+200+190+180+190+200+220+250+190+180)/ 24 = 4970/24 = 207,08 м³/ч

По формуле (11) рассчитывают поступление (расход) сточной воды в усреднитель по всем часам суток Δ q и заносят результаты в табл.11 столбцы 4 и 5.

Например, для часа 0-1 значение Δ q_i вычисляется так:

м³

Так как значение отрицательно, заносим его в столбец 5 «Расход из емкости». Аналогично рассчитываем остальные строки в таблице 11.

Таблица 11. Поступление сточных вод в усреднитель по часам суток

Час суток	Подача в усреднитель q_i, м³/ч	Расход после усреднителя q_ex м³/ч	Поступление в емкость Δ q_i, м³	Расход из емкости Δ q_i, м³	Остаток в емкости Δ W_i. м³

0-1		207,8		57,08	412,5
1-2		207,8		67,08	345,42
2-3		207,8		87,08	258,33
3-4		207,8		107,08	151,25
4-5		207,8		107,08	44,17
5-6		207,8		27,08	17,08
6-7		207,8		17,08
7-8		207,8	42,92		42,92
8-9		207,8	42,92		85,83
9-10		207,8	82,92		168,75
10-11		207,8	92,92		261,67
11-12		207,8	102,92		364,58
12-13		207,8	82,92		447,50
13-14		207,8	82,92		530,42
14-15		207,8	2,92		533,33
15-16		207,8		7,08	526,25
16-17		207,8		17,08	509,17
17-18		207,8		27,08	482,08
18-19		207,8		17,08	465,00
19-20		207,8		7,08	457,92
20-21		207,8	12,92		470,83
21-22		207,8	42,92		513,75
22-23		207,8		17,08	496,67
23-24		207,8		27,08	469,58

Принимаем за «час нулевого объема» конец интервала времени от 22 часов до 7 часов, т, час 6-7. Затем по формуле (12) последовательно, начиная с часа 6-7, рассчитываем остатки воды в емкости усреднителя Δ W.

Результаты заносим в таблицу 11.

Например, для часа 7-8 остаток воды ΔW₈ рассчитывается:

м³.

По результатам расчета принимаем объем регулирующей емкости усреднителя, равный наибольшему значению остатка, который наблюдается в час 14-15:

W_reg = 533,33 м³

Далее производят расчет объема, необходимого для усреднения концентрации загрязнений. Превышение концентраций загрязнений над допустимым уровнем (800 мг/л) наблюдается в часы с 6 до 13 ч. Период усреднения равен 7 часам.

Ориентировочно объем усреднителя равен суммарному притоку в эти часы:

м³

Для дальнейших расчетов принимается объем усреднителя

W_es =1900 м³.

ч.

(В этой формуле q_max = 310 м³/ч)

Так как _Δ t_st > 1 ч. принимаем шаг _Δ t_st = 1 ч.

Наибольшая концентрация (1580 мг/л) наблюдается в час 7-8, следовательно, начинаем расчет именно с этого часа.

Предполагают, что в 8 ч в усредненной воде концентрации загрязнения будет равна допустимому значению – 800 мг/л.

По формуле (8) рассчитывают приращение концентрации на выходе из усреднителя в следующий час:

мг/л.

По формуле (9) определяют концентрацию загрязнителя на выходе из усреднителя на 9 час:

мг/л

Аналогично рассчитывают приращение и концентрацию на выходе на 10 ч:

мг/л.

мг/л

Результаты дальнейшего расчета показаны в табл. 12

Таблица 12. Приращение концентраций на выходе из усреднителя

Исходные данные	Расчетные концентрации загрязнений, мг/л в усредненной воде за:
Часы суток	Подача в усреднитель q_i, м³/ч.	Концентрация С_en, мг/л	1-е сутки	2-е сутки	3-и сутки
Δ С_ex	C_ex	Δ С_ex	C_ex	Δ С_ex	C_ex
0-1					-17	-16
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
6-7
7-8
8-9
9-10
10-11
11-12
12-13			-12		-1
13-14			-56		-47	-46
14-15			-59		-53	-52
15-16			-64		-60	-59
16-17			-55		-51	-50
17-18			-43		-39	-39
18-19			-38		-35	-34
19-20			-25		-22	-22
20-21			-32		-29	-29
21-22			-31		-28	-27
22-23			-22		-20	-20
23-24			-21		-19	-19

Как видно по таблице, допустимой концентрации после трех суток достичь не удалось. Поэтому увеличиваем объем усреднителя до значения W_es = 2100 м³ и повторяем расчет.(табл. 13)

Допустимая концентрация на выходе из усреднителя была достигнута в 13 ч. на вторые сутки, следовательно, расчетный объем
W_conc = W_es =2100 м³ определен правильно.

Таблица 13. Приращение концентраций на выходе из усреднителя, при увеличении объема

Исходные данные	Расчетные концентрации загрязнений, мг/л в усредненной воде за:
Часы суток	Подача в усреднитель q_i, м³/ч.	Концентрация С_en, мг/л	1-е сутки	2-е сутки	3-и сутки
Δ С_ex	C_ex	Δ С_ex	C_ex	Δ С_ex	C_ex
0-1					-17	-16
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
6-7
7-8
8-9
9-10
10-11
11-12
12-13			-10
13-14			-50		-40	-39
14-15			-53		-47	-47
15-16			-59		-54	-53
16-17			-51		-46	-46
17-18			-40		-36	-36
18-19			-36		-32	-32
19-20			-25		-21	-21
20-21			-31		-28	-27
21-22			-30		-27	-27
22-23			-22		-20	-20
23-24			-21		-19	-19

Рассчитываем общий объем усреднителя по формуле (14)

м³,

Для последующего конструирования принимаем объем W = 2700 м³

Заключение

В методических указаниях приведены инженерные расчетов для проектирования, даны справочные данные, используемые в проектирование. Они соответствуют содержанию дисциплин и составлены она основе образовательного стандарта и рабочей программы дисциплин.

В работе корректно использована специальная терминология и обозначения, отражает современные научные представления в области очистки сточных вод промышленного предприятия с учетом уровня профессиональной образовательной программы.

Данные расчеты используются при проектирования курсового проекта и изучения дисциплины.

Список рекомендуемой литературы:

Основная

1. Яковлев С.В Водоотведение и очистка сточных вод: учебник для вузов. / С.В. Яковлев, Ю.В. Воронов.– М., 2006 – 704 с.

Вспомогательная

2. Калицун В. И. Водоотводящие системы и сооружения. – М.: Стройиздат, 1987.

3. Ласков Ю.М. Примеры расчетов канализационных сооружений. / Ю.М. Ласков, Ю.В. Воронов, В.И. Калицун. –М.: Стройиздат, 1987.– 253 с.

4.СНиП 2.04.03–85 Канализация. Наружные сети и сооружения / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП,2002. – 87 с.

5. Яковлев С.В. Водоотводящие системы промышленных предприятий: учебник для вузов /С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, Ю.М. Ласков, Ю.В. Воронов; Под ред. С.В. Яковлева. – М.: Стройиздат, 1990. – 511 с.:ил.

Яковлева Татьяна Вячеславовна