Ako znížiť zákal v usadzovači rúrok: 4 vylepšenia hardvéru + 6 Prevádzkové metódy zo závodu s kapacitou 40 000 m³/d

Keď vstúpil do platnosti nový čínsky štandard pitnej vody GB5749-2006, limit zákalu na kohútiku spotrebiteľa klesol z3 NTU až 1 NTU. Pre vodáreň postavenú v 80. rokoch so sklonenými trubkovými usadzovačmi to znamenalo, že usadená voda – ktorá napája filtre – sa musela podstatne vyčistiť. Pretože zákal usadenej vody poháňa zákal filtrovanej vody a zákal filtrovanej vody je v podstate hotový zákal vody. Závod s kapacitou 40 000 m³/d v Huizhou prijal túto výzvu. Tento článok popisuje presne to, čo zmenili – vylepšenia hardvéru a šesť prevádzkových metód, ktoré spoločne priniesli zakalenie usadenej vody tam, kde to vyžaduje nový štandard.

PREČO JE KONTROLNÝM BODOM ZÁKALOSŤ Usadenej vody

V konvenčnej úpravni vody sa zákal znižuje v troch po sebe nasledujúcich fázach: sedimentačná nádrž sa odstraňuje80–90%suspendovaných pevných látok a koloidov; filtre vyleštia to, čo zostane; a hotová voda sa dostane do distribučného systému. Vzťah medzi fázami nie je nezávislý - je kaskádový:

Zákal usadenej vody ↑ → Zákal filtrovanej vody ↑ → Zákal hotovej vody ↑

Ak je zákal usadenej vody vysoký, filtre musia pracovať intenzívnejšie. Ak sa zvýši, filtre vyžadujú nútené spätné preplachovanie, aby zostali v súlade. A s novým štandardným limitom 1 NTU na kohútiku – plus skutočnosť, že korózia potrubia a sekundárna kontaminácia prívodu zvyšujú zákal v distribučnom systéme –Konečná voda opúšťajúca zariadenie musí byť výrazne pod 1 NTU. To kladie záťaž priamo na štádium sedimentácie. Nemôžete si odfiltrovať cestu zo zlého vysporiadania.

Toto nie je len otázka dodržiavania pravidiel. Zníženie zákalu tiež znižuje mikroorganizmy, znižuje koncentráciu prchavých a poloprchavých organických zlúčenín (a ich mutagénnu aktivitu) a je primárnym mechanizmom odstraňovaniaCryptosporidium a Giardia- prvokové patogény, ktoré samotná dezinfekcia chlórom nedokáže spoľahlivo inaktivovať.

I. RASTLINA – A PREČO POTREBUJÚ POMOC

Vodné dielo Qiaodong of Huizhou General Water Supply Company bolo navrhnuté v polovici 80. rokov 20. storočia s kapacitou40 000 m³/d na fázu. Proces je konvenčný, ale pevný: koagulácia → usadzovač so sklonenou rúrkou → rýchly gravitačný filter → dezinfekcia. Priemerná kvalita surovej vody za sledované obdobie (január 2005 – apríl 2007):

Naklonené rúrkové usadzovače, aj keď sú účinné pri znásobovaní plochy a stabilizácii laminárneho prúdenia, majú svoje štrukturálne obmedzenie:krátky čas zdržania a skrátená vzdialenosť usadzovania spôsobujú, že sú menej stabilné ako bežné nádrže pri zmene kvality surovej vody alebo prietoku. Výška distribučnej zóny je 1,8 m, zóna čistej vody 1,1 m, celkový retenčný čas 33 minút a retenčný čas trubice iba 7 minút. Pri skokoch prietoku alebo skokoch zákalu surovej vody je veľmi málo hydraulického nárazníka. Závod potreboval modernizáciu hardvéru aj prevádzkovú disciplínu, aby splnil nový štandard zákalu.

II. ŠTYRI AKTUALIZÁCIE HARDVÉRU

1. Predchlórovanie surovej vody

Pred koaguláciou sa do surovej vody pridal chlór. To má dve funkcie: oxidáciu organických znečisťujúcich látok (rozbíjanie štruktúr, ktoré by inak odolávali koagulácii) adestabilizácia koloidov- chlór odstraňuje organický povlak z povrchu koloidných častíc, čím sa znižuje negatívny náboj a elektrické odpudzovanie dvojvrstvy, ktoré udržuje častice rozptýlené. Výsledkom je, že častice sa ľahšie zrážajú a aglomerujú, keď sa pridá koagulant. Predchlórovanie pôsobí ako vstavaný koagulačný prostriedok.

2. In-line mixér pre rýchly a rovnomerný chemický kontakt

Miešanie je základom flokulácie - ak koagulant a surová voda nie sú rovnomerne zmiešané v priebehu niekoľkých sekúnd, žiadny čas flokulácie to nevykompenzuje. Zariadenie inštalovalo anin-line mixér: redukčná trubica vo vnútri potrubia surovej vody, ktorá vytvára prudkú zmenu rýchlosti a lokálny podtlak. Strata hlavy je približne 0,3 m. Podľa projektovaného toku je čas miešania10-20 sekúnda turbulencie generované vo vnútri mixéra zaisťujú, že koagulant je v kontakte s každým objemovým prvkom surovej vody. Miešačka nahradila menej spoľahlivé mechanické miešanie pasívnym hydraulickým zariadením, ktoré nemá žiadne pohyblivé časti.

3. Mriežková flokulačná nádrž - 27 vrstvy riadeného rozptylu energie

Existujúca perforovaná vírivá flokulačná nádrž bola prerobená na amriežková flokulačná nádržinštaláciou 27 vrstiev mriežok. Keď voda preteká každou vrstvou mriežky, postupne sa zmršťuje a rozťahuje – vytvára riadené gradienty rýchlosti, ktoré privádzajú častice do kontaktu, kolízie a aglomerácie. Výsledkom sú vločky, ktoré súveľké, husté a odolné voči strihuv čase, keď dosiahnu vstup do usadzovača rúrok. V spodnej časti bolo pridané perforované kalové potrubie DN100 (dĺžka 3,6 m, otvory 30 mm v krížovom vzore) s napojením vysokotlakovej vody na výstup na spätné preplachovanie pri upchatí otvorov. Nárazníková zóna využíva pevný sifón na odvod kalu, ovládaný elektromagnetickým ventilom z centrálneho dispečingu.

4. Prstové zberné žľaby pre rovnomerný odber odpadovej vody

Nerovnomerný odber zo zóny čistej vody vytvára skrat – časť vody strávi v trubiciach menej času, než predpokladá konštrukcia, a odnáša neusadené vločky do odpadovej vody. Závod nahradil pôvodné hranaté zberné otvory sdesať nerezových prstových žľabovrovnomerne rozložené v zóne čistej vody. Stredová výška všetkých zberných otvorov bola nastavená na rovnakú horizontálnu rovinu. Táto jediná zmena znížila tak rozdiel v zákalu medzi prednou a zadnou časťou zbernej zóny, ako aj medzeru medzi zákalom objemovej čistej vody a zákalom vo vnútri jednotlivých žľabov.

III. ŠESŤ PREVÁDZKOVÝCH METÓD, KTORÉ ZAMKNÚ NÍZKY ZÁKALOSŤ

Po aktualizáciách hardvéru sa stále objavovali občasné problémy: jemné čiastočky vločiek v odpadovej vode, nestabilný zákal usadenej vody a vločky stúpajúce na vzdialenom konci nádrže. Tie spôsobovali vysoké zaťaženie filtra a nútené spätné preplachy. Na ich odstránenie bolo systematizovaných šesť operačných metód.

Metóda 1 - Prevádzkujte radový mixér pri návrhovom zaťažení

In-line mixér využíva rýchlosť prúdenia – nie mechanickú energiu – na generovanie miešacej turbulencie. Strata hlavy sa líši podľaštvorec prietoku. Pri dizajnovom toku je miešanie intenzívne a úplné. Pri nízkom prietoku strata hlavy prudko klesá a účinnosť miešania klesá. Keď závod musí znížiť výkon, namiesto škrtenia jedného mixéra pracujúceho pri čiastočnom zaťažení, stratégiou je spustiť menej úpravníckych vlakov pri plnom zaťažení. Mixér by mal zostať vo svojom dizajnovom rozsahu vždy, keď je to možné.

Metóda 2 - SCD-riadené dávkovanie koagulantu

Závod pôvodne reguloval dávku koagulantu manuálne - operátori pridávali chemikálie na základe skúseností a upravovali po zhliadnutí výsledkov. Ale úpravňa vody je nepretržitá a dynamická; v čase, keď operátor vidí účinok zmeny dávky, voda, ktorá dostala nesprávnu dávku, už prešla cez sedimentačnú nádrž a dostala sa k filtrom.

Rastlina prijalaSCD (streaming Current Detector)ovládanie. SCD je online nástroj, ktorý priamo meria účinok pridávania koagulantu - nie prietok alebo zákal, ale skutočný prúd, ktorý odráža neutralizáciu koloidného náboja. Porovnáva zistenú hodnotu s požadovanou hodnotou a pomocou matematického modelu automaticky nastavuje dávkovacie čerpadlo. Slučka je uzavretá: merať → porovnávať → upravovať → merať.Dávka koagulantu sleduje zmeny surovej vody v reálnom čase, nie za 30–60 minút, ktoré si ľudský operátor všimne a zareaguje.

Metóda 3 - Nízka vstupná rýchlosť do sedimentačnej nádrže

Po flokulácii voda vstupuje do nárazníkovej zóny pri0.096 m/s, potom prechádza pomalšie cez perforovanú stenu do distribučnej zóny. Účelom tohto postupného znižovania rýchlosti je zachovať integritu vločiek. Vločky, ktoré prežili vo flokulačnej nádrži, sa môžu stále oddeľovať prudkým gradientom rýchlosti na vstupe usadzovača. Udržiavanie nízkej vstupnej rýchlosti – a zaistenie toho, že perforovaná stena rozdeľuje tok rovnomerne po šírke nádrže – zabraňuje prasknutiu vločiek v poslednom možnom momente pred usadzovaním.

Metóda 4 - Včasné vypúšťanie kalu vrátane mŕtvych zón

Usadzovače so šikmými rúrami majú vlastné mŕtve zóny vypúšťania kalu - kal sa hromadí viac na vzdialenej strane od vypúšťacieho stúpacieho potrubia ako na blízkej strane. Monitoring to potvrdilzákal čistej vody je nižší na strane blízko stúpacieho potrubia. Keď sa kal nahromadí v akumulačnej zóne, vzostupný tok môže vyčistiť spodný kal a zdvihnúť vločky späť do suspenzie. Keď sa kal hromadí vo vnútri rúrok, zmenšený prietokový prierez zvyšuje lokálnu rýchlosť a rýchlejší prietok dvíha usadzované alebo už usadené vločky. Oba mechanizmy zvyšujú zákal odpadovej vody.

Riešenie je dvojaké:pravidelné vypúšťanie kalu z akumulačnej zóny a periodické čistenie povrchov rúr. Kal vo flokulačnej nádrži a nárazníkovej zóne sa musí tiež odstrániť - tieto usadeniny zásobujú usadzovačom nepretržitú zásobu starých, rozbitých fragmentov vločiek.

Metóda 5 - Predĺžte zotrvanie zberača kalu sifónu na koncoch nádrže

Zariadenie používa automaticky riadený mechanický zberač kalu sifónového typu. Počas prevádzky je kolektorzámerne spomalené na oboch koncochjeho dráhy a čas zotrvania na koncoch sa predĺži, aby sa zabezpečilo dôkladné odstránenie kalu zo zón, kde je akumulácia najhoršia. Keď je prítokový zákal vysoký, súčasne s mechanickým zberom kalu sa otvorí odkalovací ventil nádrže, aby sa vypustila spodná kalová voda. Ponorné čerpadlá sú plánované na inštaláciu v kľúčových zónach na zabezpečenie pomocného vypúšťania kalu.

Metóda 6 - Posilniť prevádzkovú disciplínu a koordináciu na úrovni systému

Tento závod funguje ako regulátor prietoku a tlaku pre celý systém zásobovania vodou v meste a zdieľa čerpadlá a potrubia na prívod surovej vody s inými závodmi. Keď stanica nasávacieho čerpadla prepne medzi veľkými a malými čerpadlami alebo iné zariadenia otvoria alebo zatvoria sacie ventily, prietok a tlak dosahujúci toto zariadenie sa náhle zmení. Hydraulické pomery v surovej vode sa menia. Dávka koagulantu - dokonca aj s kontrolou SCD - má oneskorenie odozvy. Len s 33 minútami celkového času zadržania v usadzovači môže náhla zmena prietoku vytlačiť neusadenú vodu do filtrov skôr, ako sa dávkovací systém prispôsobí.

Protiopatrenie jekoordinácia na úrovni systému. Centrálni dispečeri, ktorí si uvedomujú mimoriadnu citlivosť tohto závodu, koordinujú výmeny čerpadiel a operácie ventilov vo viacerých závodoch a na vstupnej stanici, abyminimalizovať veľkosť a frekvenciu prietoku a kolísania tlaku. Na prevádzke zabezpečuje štruktúrovaný hliadkový systém, že operátori pravidelne sledujú tvorbu vločiek pred a za perforovanou stenou a akumuláciu kalu v usadzovacej zóne. Tréning – mentoring, rozvoj zručností na pracovisku – buduje schopnosť posudzovať podmienky v reálnom čase a zasahovať skôr, ako sa malá odchýlka stane turbiditou.

RIADITEĽNÉ PREMENNÉ - ZHRNUTIE

ZÁKLADNÝ POHĽAD

Krátky retenčný čas usadzovača naklonených rúrok - 33 minút celkovo, 7 minút v skúmavkách – je jeho výhodou (kompaktný, lacný) a zároveň zraniteľnosťou (úzky hydraulický nárazník). Keď je všetko proti prúdu optimalizované – keď je miešanie intenzívne a rýchle, keď dávka koagulantu sleduje kvalitu vody v reálnom čase, keď sú vločky vstupujúce do rúrok veľké a odolné voči šmyku, keď sa kal vypúšťa skôr, ako sa nahromadí, a keď sú zmeny prietoku tlmené koordináciou na úrovni systému – usadzovač dodáva zákal usadenej vody dostatočne nízky na to, aby filtre mohli vykonávať svoju prácu bez stresu. Vynechajte ktorýkoľvek z nich a číslo zákalu na vstupe filtra rozpráva príbeh.

Skúsenosti závodu v Huizhou dokazujú, že zasiahnutie hotovej vody nižšej ako 1 NTU z ročníka nakloneného usadzovača rúrok z 80. rokov je dosiahnuteľné – vyžaduje si to však zaobchádzanie s usadzovačom nie ako s izolovaným zariadením, ale ako s koncovým koncom reťazca, ktorý začína chlórovaním surovej vody a končí v zbernom žľabe. Každý článok v tomto reťazci je kontrolným bodom.