Notekūdeņu smiltis kopā ar organiskām daļām var nogulsnēties attīrīšanas ietaišu caurulēs un rezervuāros un tos aizpostot. Lai paātrinātu smilšu atdalīšanu, ūdeni var aerēt. Smilšķērājus projektē, lai atdalītu neorganiskās daļiņas ar diametru 0,15mm un rupjākas, kuru rupjums (U0) ir vismaz 14-24mm/s. Hidrauliskais rupjums nozīmē, ar kādu ātrumu daļiņa grimst ūdenī. Jo smilts daļiņa lielāka, jo tās hidrauliskais rupjums lielāks. Attīrīšanas ietaisēs, kurās pirmreizējo nostādināšanu neprojektē, smilts traucē bioloģiskos attīrīšanas procesus aerotenkos un biofiltros. Savāktais smiltis jānogādā uz smilšu žāvēšanas laukumiem. Laukumus drenē un ierobežo ar 1-2 m augstiem zemes valnīšiem. 1 m2 platībā var izžāvēt 3m2 smilšu gadā.
Horizontālos smilšķērājus izveido kā divus paralēlus caurtekošus koridorus, no kuriem viens darbojas, bet otru attīra no smiltīm. Plūsmas ātrumu samazinot, sāks nogulsnēties arī sīkās dubļu daļiņas un citas organiskās vielas. Optimālais ūdens plūsmas ātrums smilšķērāja ir 0,15-0,30 m/s robežas un nostādināšanas laiks – līdz 30 s.
Horizontālā smilšķērāja garumu var noteikt pēc formulas:
Ls=ks•hs•v•103•U0-1, m
kur:
ks – koeficients, atkarīgi no plūsmas rakstura;
hs – smilšu uztvērēja dziļums (optimālais 0,25-1,0 m).
Caurtekošo koridoru izmērus (šķērsgriezuma laukumu, virsmas laukumu F un platumu b) nosaka pēc formulām:
W=Qmax/(v•n), m2
F=Qmax/v, m2
b=W/h, m
kur n – koridoru vai atsevišķu smilšķērāju skaits.
Smilšķērāja aprēķins
Horizontālo smilšķērāja aprēķinu var veikt ar diviem paņēmieniem.
Pirmais paņēmiens
L=vmaxt•60,
kur:
L – smilšķērāja garums, m;
vmax – plūsmas ātrums maksimālā patēriņā, m/sek;
t – caurteces ilgums, min;
60 – sekunžu skaits minūtē.
No plūsmas nesauraujamības nosacījuma:
Ω=Qmax/vmax,
kur:
Ω – smilšķērāja aktīva šķērsgriezuma kopēja platība, m2;
Qmax – maksimāla notekūdeņu pietece, m3/sek.
n=Ω/(bh1),
kur:
n – smilšķērāja nodaļu skaits;
b – smilšķērāja nodaļu platums, m;
h1 – ūdens caurteces dziļums smilšķērājā, m.
Dziļums h1 parasti pieņem mazliet lielāk, nekā ūdens caurteces dziļums pievadkanālā, un noteikts 0,5-1,2m robežos; nodaļas platums 0,6-1,6m parastajiem smilšķērājiem un 4-6m – smilšķērājos ar kasīkli izkristo nogulšņu saraušanai uz savākšanas bedri. Lielums n jādalās ar citu ietaišu nodaļu skaitu attīrīšanās stacijā.
Iegūtie smilšķērāja izmēri pārbauda uz notekūdens minimālo patēriņa caurlaidi Qmin. Pie tam iegūta vmin vērtība nav jābūt mazāk par 0,15m/sek.
Tālāk nepieciešams aprēķināt izkristo nogulšņu slāņa dziļumu h2 smilšķērājā. Tam nolūkam sākumā noteica kopējo nogulšņu tilpumu Wn kubametros.
Wn=(N∙p∙T)/1000,
kur:
N – iedzīvotāju skaits, kuru apkalpo smilšķērāji;
p – izkristo nogulšņu norma litros uz vienu cilvēku diennaktī;
T – diennakšu skaits starp smilškērāju tīrīšanas reizēm, parasti pieņem 2-4.
h2=Wn/L∙b∙n,
Otrais paņēmiens. Šo aprēķina paņēmienu piedāvāja tehnisko zinātņu kandidāts A.A.Karpinskis. Šis paņēmiens dod iespēju noteikt smilšķērāja izmērus atkarībā no smilšu graudu minimālo frakciju izmēra, kas pastāv aizturēšanai smilšķērājā.
Karpinska paņēmiens balstās uz suspensiju izkrišanas no ūdens aprēķina elementāras teorijas horizontālā nostādinātājā (smilšķērājs uzskatīts par horizontālo nostādinātāju).
1.attēlā parādīts horizontāla nostādinātāja garengriezuma shēma ar garumu L un dziļumu H. Ūdens nostādinātājā kustas vienmērīgi ar ātrumu v. Suspensiju daļiņa A nolaidīsies uz nostādinātāja dibenu zem smaguma spēka ietekmes ar ātrumu U1, U0, U2 utt. Atrodoties zem horizontāla plūsmas ātruma v ietekmes, daļiņas nolaidīsies ar kopspēkiem S1, S0, S2. Atkarībā no suspensiju daļiņas hidrauliska lieluma tas izkrist uz nostādinātāja dibenu (vai vispār ne sasniegs dibenu) un aiznesas ar plūsmu no nostādinātāja projām (piemēram, daļiņa ar hidraulisko lielumu U2). Nostādinātājā ar garumu L nosēdīsies suspensiju daļiņas ar minimālo lielumu un U0 vairāk (piemēram, U1). No trīsstūru AFB un ADC līdzības seko:
U0/v=H/L,
no kurienes
v=(U0L)/H,
Ω=Hb,
kur:
Ω – smilšķērāja aktīva šķērsgriezuma platība, m2;
b – nostādinātāja platums, m.
No plūsmas nesauraujamības nosacījuma:
Q=vΩ.
Ieliekot formulā (13.) v un Ω vērtības, no formulām (11.) un (12.) un izdodas
Q=(U0LHb)/H=U0Lb,
kur Lb=F - ūdens spoguļa laukums nostādinātājā. Sekojoši,
Q=U0F∙1000, m3/sek.
Šeit 1000 ievests dimensijas U0 pārvēršanai no mm/sek uz m/sek. No formulas (16.)
F=1000Q/U0, m2.
Augstāk aprakstītas formulas ir derīgas lamināra plūsmu režīma nosacījumiem nostādinātājā. Horizontālajos smilšķērājos, kā likums, ir turbulenta plūsmu režīms. Tas pieved pie tā, ka suspensiju daļiņu krišana uz nostādinātāja dibenu aizkavējas plūsmā esošo tā saucamo „suspendēto ātrumu” dēļ.
A.A.Karpinskis piedāvāja ņemt vērā suspendēto ātrumu W0 formulā
U=√(U02-W02),
kur U – smilšu graudu nogulsnēšanas vidējais ātrums, atkarībā no tas hidrauliska lieluma U0;
W0=0,05vmax,
kur vmax – ūdens plūsmas ātrums smilšķērājā pie maksimālas notekūdens pieplūdes.
Smilšu graudu hidrauliskais lielums, pieņemts uz eksperimenta datiem, pievadīts tabulā 1.
Smilšķērāja nodaļas platums b noteicas pēc formulas:
b=Qmax/(H1vmaxn),
kur:
Qmax – maksimāla notekūdens pietece uz smilškērāju, m3/sek;
h1 – smilšķērāja caurteces daļas dziļums, m;
vmax – kustības ātrums smilšķērājā pie maksimālas notekūdens pieteci, m/sek.
Smilšķērāja garums L noteicas pēc formulas:
L=F/(bn).
Nogulsnes slāņa dziļums h2, kas izkrīt smilšķērājā, noteic tādā veidā kā pirmā aprēķina paņēmienā.