Jedna vodáreň. Jedna dodatočná montáž. Tri čísla, na ktorých záleží.Po pridaní miešacieho a vyprázdňovacieho zariadenia vzduch-voda do nakloneného rúrkového usadzovača, ktorý bol v prevádzke od roku 1998, závod zaznamenal20% pokles frekvencie vyprázdňovania, a 12% zníženie nákladov na chemické čisteniea a15% pokles vstupnej práce. Ešte dôležitejšie je, že rekonštrukcia vyriešila pretrvávajúci letný problém, ktorý roky spôsoboval problémy s kvalitou vody: množenie červených červov a lariev chironomidov v stagnujúcich kalových vreckách. Ak má váš usadzovač rúrok vypúšťanie kalu z perforovaného potrubia, ktoré si vyžaduje neustále čistenie, táto prípadová štúdia je pre vás.
Problém
Keď Sludge Odmietne odísť
Šikmá rúrová usadzovačka na tomto vodnom diele bola postavená v roku 1998 a nachádza sa v prvotriednej oblasti ochrany zdrojovej vody. Surová voda - rezervoárová povrchová voda - sa vyznačuje nízkym zákalom a vysokým obsahom rias. Zatiaľ čo samotný rúrkový usadzovač ponúka vysokú účinnosť sedimentácie na kompaktnom pôdoryse, jeho umiestnenie v blízkosti čerpacej stanice surovej vody znamená, že miešanie chemikálií je vo svojej podstate nerovnomerné. Náročnosť liečby sa zhoršuje v lete, keď objem dodávky vody prudko kolíše a počet rias stúpa.
Ako väčšina naklonených rúrkových usadzovačov postavených v tej dobe, systém vypúšťania kalu sa spoliehalperforované rúry. Mechanizmus je jednoduchý: statický tlak vody z hladiny vody v reakčno-sedimentačnej nádrži stláča kal smerom k perforáciám a gravitačný sifón vytiahne zmes kalu a vody von z nádrže. Žiadne pumpy. Žiadne pohyblivé časti. Má to však háčik:upchávajú otvory. A akonáhle sa upchajú, hromadí sa kal. A keď sa kal nahromadí, veci v ňom začnú žiť.
Terénny tím v tomto závode každé leto pozoroval presne tento reťazec udalostí: upchaté otvory perforovaných potrubí → neúplné vypúšťanie kalu → stagnujúce vrstvy kalu → živná pôda pre červy a larvy chironomidov → anomálie kvality vody. Existujúci spôsob čistenia - chemické namáčanie v kombinácii s vysokotlakovým vodným lúčom - fungoval, ale za cenu. Keď interval vyprázdňovania presiahol 20 dní v lete alebo 30 dní v zime, na povrchu rúr a stenách nádrže rástol mach, čo si vyžadovalo výrazne dlhšie preplachovanie. Medzi plytvaním vodou, spotrebovanými chemikáliami a hodinami spálenia prevádzkové náklady závodu neustále stúpali.
Analýza koreňovej príčiny
Inžiniersky tím identifikoval štyri odlišné mechanizmy za problémom upchávania. Dve sú funkčné, dve sú obmedzeniami fyzického dizajnu. Všetky štyri prispievajú k rovnakému konečnému výsledku:premostenie- stav, keď sa častice piesku v blízkosti otvorov pri veľmi nízkom obsahu vlhkosti a vzájomnej interakcii častíc zhutnia do pevnej hmoty, ktorú statický tlak vody nedokáže rozbiť.
| # | Príčina | Mechanizmus | Prečo na tom záleží |
| 1 | Predĺžená akumulácia kalu | Kal, ktorý sa neodstráni včas, stráca vlhkosť. Keď obsah vlhkosti klesne pod kritickú hranicu, vnútorná tekutosť kalovej vrstvy sa zhorší - stáva sa skôr tuhou ako kašou. | Samotná statická vodná hlava nemôže pretlačiť zhutnenú vrstvu cez otvory. Toto je primárna hnacia sila premostenia. |
| 2 | Nesprávny interval vypúšťania kalu a nadmerný piesok | Zariadenie čerpá surovú vodu priamo zo zásobníka. Obsah piesku, gradácia a veľkosť častíc sa líšia v závislosti od ročného obdobia a klímy. Keď veľkosť zrna piesku presiahne priemer otvoru, otvory sa zablokujú. Ak sa interval vybíjania neskráti na kompenzáciu, účinnosť sa zrúti. | Statický interval nedokáže zvládnuť dynamickú kvalitu surovej vody. Odpoveďou je buď adaptívne plánovanie alebo väčšie otvory – ale väčšie otvory znižujú rovnomernosť vypúšťania (pozri časť 3.2 testovanie). |
| 3 | 10 mm výškové presadenie: rúrka vs. dno násypky | Vzhľadom na vtedajšie konštrukčné normy je potrubie na vypúšťanie kalu umiestnené 10 mm nad podlahou násypky. V priebehu rokov prevádzky sa v tomto mŕtvom priestore pod potrubím hromadí piesok. | Toto je problém fyzického dizajnu – žiadne množstvo prevádzkových úprav ho nedokáže odstrániť. Kompenzovať to môže len dodatočná montáž s premiešavaním na dne. |
| 4 | Cudzie látky a staré úlomky skúmavky | Po dlhšom vystavení chemikáliám a slnečnému žiareniu časti média na usadzovanie rúr starnú, praskajú a uvoľňujú plastové úlomky do kalovej zóny. Tieto úlomky upchávajú otvory. | Je to tiež fyzikálna príčina, ktorá však zdôrazňuje dôležitosť výberu materiálu média stabilizovaného proti UV žiareniu pre vonkajšie inštalácie. |
Príčiny č. 1 a č. 2 sú funkčné – možno ich riešiť pomocou lepšieho hospodárenia s kalom. Príčiny č. 3 a č. 4 sú zapracované do fyzického dizajnu a výberu materiálu. Renovácia potrebovala riešiť všetky štyri súčasne.
Riešenie pre modernizáciu: Miešanie vzduch-voda
Princíp: Stlačený vzduch sa stretáva s vodou
Základný koncept je elegantne jednoduchý. Perforované rúry sú položené na dne nádrže a pripojené k externému dúchadlu. Stlačený vzduch vstrekovaný cez otvory sa zráža s molekulami vody a vytvára vo vnútri nádrže vysokorýchlostné turbulencie. To robí tri veci súčasne:
1. Agitácia.Zrážka vzduch-voda rozbije zhutnenú vrstvu kalu – „premostenie“, ktoré statický tlak vody nedokáže prekonať. Usadené pevné látky sa resuspendujú a homogenizujú s vodou a potom sa vypustia ako tekutá suspenzia.
2. Okysličenie.Strhnutý kyslík v stlačenom vzduchu prichádza do tesného kontaktu s vodou a poskytuje oxidačnú kapacitu. To je obzvlášť cenné pri úprave organických látok v usadených kaloch a vytvára to prostredie nepriateľské anaeróbnym organizmom.
3. Kontaktné prostredie.Turbulencia podporuje kontakt medzi organickými látkami, anorganickými látkami a rozpusteným kyslíkom, čím podporuje oxidačný rozklad nahromadeného organického materiálu - samotnej látky, ktorá živí červy a larvy chironomidov.
Stručne povedané: zariadenie nepresúva len kal – robí kalovú zónu aktívne nepriateľskou voči organizmom, ktoré spôsobujú problémy s kvalitou vody. Tento duálny mechanizmus (fyzické odstránenie + biologické potlačenie) je to, čo robí retrofit efektívnejším ako jednoduché pridávanie ďalších chemikálií alebo skrátenie čistiaceho cyklu.
Inžiniersky dizajn
3.1 Usporiadanie vzduchového potrubia a výber materiálu
Rúrkový usadzovač pracuje na vzostupnom prúde: surová voda s dávkovaním koagulantu vstupuje do distribučnej zóny cez rektifikačnú dosku, prúdi nahor cez naklonené rúrky (kde sa pevné látky rýchlo oddeľujú) a vystupuje ako vyčistená voda cez zberný žľab v hornej časti. Usadené pevné látky skĺznu po stenách rúry pod uhlom 60 stupňov do zóny akumulácie kalu. Existujúce perforované kalové potrubia sú na dne tejto zóny.
Renovácia pridáva slučku perforovaných prevzdušňovacích rúrok položených vedľa existujúcich kalových rúr. Pre prevzdušňovacie potrubie boli hodnotené dva materiály:
| Materiál | Výhody | Smrteľná chyba |
| Nehrdzavejúca oceľ | Vysoká mechanická pevnosť, tepelná odolnosť | Dlhší kontakt s chemicky upravenou vodou spôsobuje vnútornú oxidáciu a koróziu. Oxidové vločky, ktoré sa uvoľňujú z vnútra potrubia - v kombinácii s pieskom usadeným počas prevádzky - znovu upchávajú otvory. Samotný problém, ktorý sa retrofit snaží vyriešiť. |
| UNIKE plast (PVC) | Nižšia hmotnosť, hladší vnútorný povrch (nižší koeficient trenia), odolnosť proti korózii, nižšia cena | Žiadne identifikovanépre túto aplikáciu. Zvolený ako konečný materiál. |
3.1 Výpočet priemeru potrubia: metóda GOLAN Slug-Flow
Priemer potrubia sa vypočítal pomocou metódy ohraničenia prietokového vzoru GOLAN, ako to odporúča Gu Xiaojuan pre návrh priemeru stúpačky. GOLAN klasifikuje vzory prúdenia vzduchu do štyroch režimov:slimákový prúd, bublinový prúd, piestový prúd a prstencový prúd. Spomedzi nich poskytuje prúdenie slimákov najvyššiu účinnosť vzduchového zdvihu – je to cieľový režim pre návrh systému vypúšťania kalu.
Priemer potrubia je odvodený z rovnice hranice toku slimáka. Povrchová rýchlosť stlačeného vzduchu (Vg) a povrchová rýchlosť zdvihnutej kvapaliny (Vl) sa vypočítajú pomocou rovníc (1) až (4), po ktorých nasledujú korigované hodnoty Vg* a Vl* po kompresii:
Na základe skutočného prietoku zdvihnutej kvapaliny a objemu nasávaného vzduchu sa vypočítal rozsah priemeru stúpacieho potrubia. Konečný výber:DN110 mmaDN50 mmpotrubia, spojené redukčnou spojkou na zvýšenie rozdielu tlaku v systéme. Počet otvorov sa odvodil z objemu vzduchu, rýchlosti vzduchu a plochy prierezu otvoru na výpočet otvorov na meter potrubia.
3.2 Optimalizácia vypúšťania kalu vzduch-voda
Prívod vzduchu pochádza z Rootsovho dúchadla – dve jednotky, jedna prevádzková a jedna pohotovostná. Potrubie vedie pozdĺž steny usadzovača, rozdeľuje sa nad chodbou flokulačnej nádrže na dve vetvy a vedie ku dnu nádrže v slučkovom usporiadaní. Hlavné potrubie je DN110 mm, ktoré vedie stlačený vzduch pri0.16 MPa. Vedľa pôvodného kalového potrubia sa položí pomocné potrubie DN50 mm s rovnomerne rozmiestnenými prevzdušňovacími otvormi. Cyklus miešania začína, keď sa hladina vody zníži0,2 m pod zberným žľabom.
Kritická premenná dizajnu jepriemer otvoru. Výskumná literatúra ukazuje, že výkon vypúšťania kalu vzduchovým výťahom s perforovaným potrubím sa riadi priemerom otvoru, prietokom vzduchu a pomerom ponorenia. Množstvo vypúšťaného kalu a účinnosť sú pozitívne korelované s priemerom otvoru a pomerom ponorenia. Existuje však kompromis: väčšie otvory zvyšujú celkovú priepustnosť, aleznížiť rovnomernosť výboja, pretože trecí odpor sa zvyšuje so vzdialenosťou od stúpačky - ústia sú bližšie k výtoku stúpačky viac, ústia ďaleko od výtoku stúpačky menej a hromadenie kalu je nerovnomerné.
Projektový tím vykonal test v teréne porovnávajúci tri priemery otvoru. Výsledky vyriešili dizajn:
| Otvor ∅ | Pomer otvorenej plochy | Rovnomernosť vypúšťania kalu | Výsledok |
| 5 mm | Najväčší (najvyšší pomer) | Najhoršie - kal sa koncentruje v blízkosti stúpačky | Odmietnuté |
| 4 mm | Stredná | Mierne | Prijateľné, neoptimálne |
| 3 mm | Najmenší (najnižší pomer) | Najlepšie - jednotné na všetkých pozíciách | ✓ Vybrané |
Neintuitívne zistenie:menšie otvory vytvárajú rovnomernejšie vypúšťanie kalu. Dôvodom je, že pomer otvorenej plochy sa mení s priemerom otvoru a rovnomernosť vypúšťania kalu s tým negatívne koreluje. Väčšie otvory znamenajú väčší pomer otvorenej plochy, čo znamená, že tlakový gradient pozdĺž potrubia je strmší, čo znamená, že otvory v blízkosti stúpačky zabraňujú prúdeniu. 3 mm otvory zabezpečujú rovnomernejšiu distribúciu vzduchu vo všetkých polohách.
Konečné parametre inštalácie po optimalizácii:
| Parameter | Hodnota |
| Dúchadlo | ZSR-100 Rootsov ventilátor, 15 kW (2 jednotky, 1 prevádzkový + 1 pohotovostný režim) |
| Hlavné potrubie | DN110 mm, dĺžka 6,6 m |
| Pomocné potrubie | DN50 mm, dĺžka 3,7 m |
| Menovitý tlak v potrubí | 1.6 MPa |
| Priemer otvoru | 3 mm |
| Rozstup otvorov | 30 mm od stredu k stredu |
| Uhol otvoru | 45 stupňov na oboch stranách od stredovej čiary spodnej časti – na zvýšenie intenzity čistenia spodnej časti |
| Poloha otvoru | Medzi dvoma radmi existujúcich kalových potrubí |
| Ochrana ventilátora | Nainštalovaný ochranný kryt na predĺženie životnosti a zabezpečenie stabilnej vonkajšej prevádzky |
Riadenie a automatizácia PLC
3.3 Sekvencia automatického vyprázdňovania
Renovácia zahŕňa automatický riadiaci systém na báze PLC, ktorý eliminuje závislosť operátora. Naprogramovaná sekvencia prebieha nasledovne:
Krok 1:Spúšťa časovač vyprázdňovania →Krok 2:Spustí sa Rootsov ventilátor →Krok 3:Dúchadlo natlakuje potrubie, vytvorí vákuum →Krok 4:Solenoidový ventil sa otvorí →Krok 5:Vo výtlačnom potrubí sa tvorí vákuum →Krok 6:Vzduch sa vypúšťa cez otvory →Krok 7:Zmes vody a kalu sa mieša a homogenizuje →Krok 8:Výťažok z vyprázdňovania →Krok 9:Vyprázdňovanie dokončené, vákuová dráha prerušená →Krok 10:Systém prejde na ďalšiu nádrž v poradí
Systém riadi10 sád zariadení na vypúšťanie kalu. Každý odkalovací ventil je riadený dvojpolohovým štvorcestným solenoidovým ventilom pomocou spôsobu ovládania jeden pohon - dva. Čas vypúšťania na ventil je nastavený na120 sekúnds 1-sekundovým oneskorením medzi ventilmi v rovnakej skupine a 10-sekundovým intervalovým oneskorením medzi skupinami. Ventily sú vyrobené zNerezová oceľ 304odolávať korozívnemu vonkajšiemu inštalačnému prostrediu.
Pretože obe strany usadzovača je možné vyprázdňovať iba oddelene (obmedzenie pôvodného návrhu z roku 1998), nad usadzovač bol nainštalovaný elektrický škrtiaci ventil DN10 mm, ktorý rozdelil odvzdušňovacie potrubie na dve vetvy pomocou redukčného T-kusu. Riadiaci obvod solenoidového ventilu je znázornený na obrázku 2.
Bezpečnostné a alarmové funkcie
Program PLC obsahuje prvky bezpečnosti výroby vyvinuté na základe prevádzkových skúseností závodu:
| Funkcia | Popis |
| Hlasová výzva pri spustení | 5-sekundové pípnutie pri spustení automatického vyprázdňovania, ktoré upozorní obsluhu, aby skontrolovala a dohliadala na proces |
| Alarm poruchy | Ak je dráha vysávania abnormálna alebo ventilátor zlyhá, hlasová výzva sa zmení na krátke, rýchle pípnutia. Do centrálneho dispečingu sa odošle alarm a na miestnom ovládacom paneli sa zobrazí obsah alarmu alebo chybový kód. |
| Nútené vyprázdňovanie | Keď je potrebné núdzové vyprázdnenie kvôli abnormálnej kvalite vody, automatický systém sa môže okamžite aktivovať pomocou špeciálneho tlačidla „núteného vyprázdnenia“. |
| Núdzové zastavenie | Počas automatického vyprázdňovania je možné proces kedykoľvek prerušiť stlačením tlačidla „zastaviť vyprázdňovanie“. |
Režim údržby
Závod zaviedol dvojúrovňový program údržby:
Bežná denná kontrola:Overte, či prietok vzduchu a tlak spĺňajú požiadavky procesu. Prechádzajte potrubím, aby ste zistili počuteľné úniky. Skontrolujte prevádzkovú teplotu ventilátora.
Pravidelná kontrola:Podrobný plán údržby systému prívodu vzduchu, potrubí a ventilov. Analyzujte historické príčiny porúch a využite získané poznatky späť do prevádzkových postupov. Zorganizujte technické školenie pre príslušný personál. Vykonajte neohlásené náhodné kontroly rovnomernosti vypúšťania kalu.
Výsledky a návratnosť investícií
Po úplnom prevádzkovom období po modernizácii závod zaznamenal tri kvantifikované zlepšenia:
| -20% Frekvencia vyprázdňovania |
-12% Náklady na chemické namáčanie |
-15% Pracovný vstup |
Okrem čísel, modernizácia dosiahla svoj hlavný prevádzkový cieľ:letné anomálie kvality vody spôsobené červenými červami a larvami chironomidov boli odstránené. Mechanizmus miešania a okysličovania vzduch-voda potláčal anaeróbne mikroprostredie, kde sa tieto organizmy rozmnožujú. Zariadenie tiež hlásilo nižšie povrchové zaťaženie usadzovača (kal sa už medzi cyklami nehromadil) a zníženú spotrebu vody na čistenie.
Boli identifikované zlepšenia v ďalšom kroku
Projektový tím sa nezastavil pri rekonštrukcii. Počas post-retrofitovej analýzy boli identifikované dve oblasti pre ďalšie zlepšenie:
1. Geometria spodného zásobníka.Existujúcu železobetónovú násypku je možné upgradovať na terazzo prefabrikované panely, mechanicky leštené, aby sa zvýšil uhol klzného trenia a uhol sklonu. Keď gravitačná kĺzavá sila prekročí odpor prúdenia, nahromadený kal hladko kĺže do hlavnej kalovej násypky bez akejkoľvek mechanickej pomoci. To by ďalej znížilo závislosť na systéme miešania vzduchu a umožnilo by menej častú prevádzku.
2. Online monitorovanie.Inštaláciou ultrazvukových hladinomerov a meračov koncentrácie kalu pozdĺž trasy toku zariadenia by sa do monitorovacej stanice dodávali údaje v reálnom čase (koncentrácia kalu, hladina vody). PLC by potom mohlo dynamicky upravovať prevádzkové parametre – objem vypúšťania kalu, interval spätného preplachovania a trvanie miešania – na základe skutočných podmienok a nie pevných harmonogramov. To sa posúva od údržby založenej na čase k údržbe založenej na stave, čo je zlatý štandard pre automatizované čistiarne odpadových vôd.
Čo to znamená pre vašu rastlinu
Táto prípadová štúdia ukazuje, že technológia miešania a vyprázdňovania vzduch-voda nie je teoretickým konceptom – ide o osvedčenú modernizáciu s kvantifikovanou návratnosťou vo viacerých dimenziách: prevádzková (menej čistiacich cyklov), chemická (nižšia spotreba) a prácna (menej manuálnych zásahov). Rovnaký prístup možno použiť na usadzovače so šikmými rúrami pri chemickom spracovaní, farmaceutických odpadových vodách, potravinách a nápojoch a aplikáciách na ochranu životného prostredia.
Otázkou je, či systém vypúšťania kalu vo vašom zariadení na usadzovanie rúr funguje tak, ako bol navrhnutý. Ak máte niektorú z nasledujúcich situácií:
•Premostenie kalu vyžadujúce manuálny zásah
•Sezónne zhoršenie kvality vody spojené s akumuláciou kalu
•Červené červy alebo larvy chironomid v usadenej vode počas teplých mesiacov
•Perforované otvory rúr, ktoré vyžadujú časté čistenie
•Rastúca spotreba chemikálií pri čistiacich cykloch
...potom sa pre vaše zariadenie oplatí zhodnotiť modernizáciu miešania vzduch-voda. Konštrukcia je vyspelá, návratnosť je zdokumentovaná a modernizácia sa inštaluje bez úpravy existujúcej konštrukcie nádrže.
Či už modernizujete existujúcu inštaláciu alebo navrhujete nový systém, Juntai poskytuje kompletné riešenia na usadzovanie rúr – od UV-stabilizovaných PP/PVC médií až po podporné rámy a konštrukčné dimenzovanie. Zašlite nám svoje rozmery umývadla a prevádzkové podmienky pre bezplatné odporúčanie systému do 24 hodín.
| Pošlite e-mailom svoje požiadavky | WhatsApp: +86 13600513715 | Online dopytový formulár |