bbk 000000

УДК 628.16.067.1

Филатов А. И., Шаповалов В. И., Райкин Л. Л.

Конструктивные особенности и опыт эксплуатации пористых дренажных систем в скорых фильтрах

Аннотация

Изложены конструктивные особенности и многолетний опыт эксплуатации пористых дренажных систем двух типов в скорых фильтрах. Дренажи обеспечивают высокую степень равномерности промывки по площади фильтров.

Ключевые слова:

питьевая вода , фильтры , дренажная система , зернистая загрузка , гранулы , пористый слой

Скачать статью в журнальной верстке PDF

Конструкции пористых дренажных систем, не требующие гравийных поддерживающих слоев в скорых фильтрах, всегда были привлекательными для специалистов водопроводных станций. Однако их широкое применение сдерживается как сложностью изготовления, так и недостаточной надежностью в работе.

В Ростовском НИИ АКХ им. К. Д. Памфилова в 1970-х годах были разработаны пористые дренажные системы, значительно отличавшиеся от аналогов. Основное требование к новым конструкциям – надежность работы в реальных условиях эксплуатации. Наиболее удачными, прошедшими длительную проверку в производственных условиях, оказались пористо-трубчатый дренаж защемленного типа и дренаж в виде ложного дна из сплошной пористой полимербетонной плиты.

Принципиальное отличие конструкции защемленного дренажа от других пористых дренажных систем заключается в том, что положение гранул пористого слоя стабилизировано в пространстве путем их механического защемления без применения каких-либо связывающих веществ.

Конструкция трубчатого ренажа с защемленным пористым слоем (рис. 1) состоит из системы труб диаметром 100–120 мм с продольными прямоугольными вырезами в нижней части. К ним жестко прикреплены (сваркой или хомутами) дрены – перфорированные трубы из коррозионно-стойкого материала, заполненные гранулами гравия, гранитного щебня или пластмассы расчетной крупности. Таким образом, дренаж защищен от пескования не наружными слоями гравия, а гранулами, размещенными внутри дрен. И что особенно важно, отсутствует одно из самых слабых звеньев пористых дренажей – связующее вещество. На разработку данной конструкции было получено авторское свидетельство (№ 613773 СССР).

Дренажная система работает по следующей схеме. Вода из промывного канала (или коллектора) подается в дренажные трубы, затем последовательно проходит через верхние отверстия дрен, пористый слой, нижние отверстия дрен и поступает в фильтрующую загрузку. При фильтрации движение воды происходит в обратном направлении. Защемленный пористый слой в дренах препятствует выносу с фильтратом зерен фильтрующей загрузки через дренаж. Стенки дрен в свою очередь удерживают пористый слой в стабильном состоянии, препятствуя его расширению или смещению.

Стабильность положения гранул пористого слоя в дренах сохраняется при условии:

d₀/D_экв ≤ 0,75,               (1)

где d₀ – диаметр отверстий в дренах, мм; D_экв – эквивалентный диаметр гранул пористого слоя, мм.

Для предотвращения суффозии частиц стандартных фильтрующих загрузок через дренаж крупность гранул в дренах не должна превышать 10 мм.

Величина сопротивления дренажа при промывке в основном определяется площадью отверстий в дренах и в меньшей степени – пористым слоем. На последний приходится только 10–20% общей суммы потерь напора в дренаже. Для гидравлического расчета дренажной системы предложена формула:

где n – общее число отверстий, выходящих в фильтрующую загрузку; q – интенсивность промывки фильтра, л/(с∙м²); F – площадь фильтра, м²; g – ускорение силы тяжести, м/с²; H – потери напора в дренаже при промывке, м вод. ст. (суммарно в отверстиях и в пористом слое).

Для предварительного подбора основных параметров дренажной системы удобно пользоваться номограммой (рис. 2), построенной по усредненным значениям диаметра дренажных отверстий, крупности гранул пористого слоя (D_экв = 8,33 мм) и частиц стандартной песчаной фильтрующей загрузки.

Работоспособность описанной конструкции дренажа защемленного типа подтверждена в производственных условиях на Ставропольском городском водопроводе, где один из фильтров, оборудованный таким дренажем, проработал без рекламаций около 20 лет (фильтрующая загрузка – кварцевый песок крупностью 0,8–2 мм высотой слоя 1,6 м; средняя скорость фильтрования 8–10 м/ч; потери напора в дренаже при интенсивности промывки 16 л/(с·м²) в среднем 2,5 м вод. ст.; среднее количество остаточных загрязнений в фильтрующей загрузке 0,5%) [1; 2].

Вторая апробированная конструкция – дренажная система из пористого полимербетона. Это перекрывающая поддон сплошная пористая плита, на которой располагается фильтрующая загрузка. Пористый полимербетон изготовлен из инертного заполнителя (гравия, щебня) и связывающего вещества, в качестве которого использовались эпоксидные диановые смолы (ЭД-16, ЭД-20) с отвердителем. Подробная характеристика основных параметров конструкции таких дренажных систем, вопросы их проектирования, устройства и эксплуатации приведены в [3; 4].

Предложенная конструкция дренажной системы оказалась достаточно надежной в эксплуатации, благодаря чему получила широкое распространение на водопроводах Юга России в фильтровальных блоках производительностью от 50 тыс. м³/сут (Анапа) до 200 тыс. м³/сут (Ставрополь, Пятигорск), запроектированных институтом «Ставрополькрайкоммунпроект». Самые первые фильтры с такими дренажными системами успешно проработали 25 лет.

Надежность работы пористых полимербетонных дренажных систем обусловлена гранулометрическим составом заполнителя, не подверженного кольматации загрязнениями и песком, а также свойствами нового долговечного вяжущего – эпоксидной диановой смолы (в отличие от клея БФ или цементного вяжущего, применявшихся ранее).

Фильтры с дренажами из пористого полимербетона работают со скоростями не меньше расчетных, масса остаточных загрязнений в фильтрующей загрузке не превышает допустимых значений, дренаж обеспечивает высокую степень равномерности промывки по площади фильтров (0,9–0,95 по напорам).

Выводы

Предложенные конструкции пористых дренажных систем – защемленного типа и из пористого полимербетона – прошли проверку в течение 20–25 лет в реальных условиях эксплуатации и рекомендуются к применению как при капитальном ремонте скорых фильтров, так и при новом строительстве.

Список литературы

1. Филатов А. И., Вежливая Т. Н. Пористый дренаж защемленного типа для скорых водоочистных фильтров: Сб. науч. тр. – М., АКХ, 1987.
2. Филатов А. И., Вежливая Т. Н. Пористый дренаж защемленного типа для фильт­ров // Изв. вузов. Строительство и архитектура. 1991. № 3.
3. Филатов А. И., Драгинский В. Л. и др. Рекомендации по проектированию, монтажу и эксплуатации дренажей скорых водоочистных фильт­ров из пористого полимербетона. – М., АКХ, 1983.
4. Филатов А. И., Вежливая Т. Н. Водоочистные фильтры с пористыми дренажами // Жилищное и коммунальное хозяйство. 1991. № 7.