Problémy s usadzovačom naklonených rúrok: Analýza mechaniky tekutín nesprávneho rozdelenia toku, resuspenzia kalu a ako to opraviť

Sedimentačná separácia ako jednotková operácia sa už dlho používa pri riadení úpravy vody a je relatívne praktickou technológiou úpravy vody. Na zlepšenie separačného efektu sedimentácie sa často v usadzovacej zóne počas používania inštalujú naklonené dosky alebo naklonené rúrky, aby sa mohol uplatniť princíp plytkej vrstvy s využitím veľkej plochy a vysokej účinnosti separácie. Problémy, ktoré sa vyskytnú pri aplikácii, však len zriedka priťahujú pozornosť. Tento článok sa zameriava na analýzu kľúčových problémov, ktoré sa vyskytujú počas aplikácie, a navrhuje zodpovedajúce riešenia ako referenciu.

1. PROBLÉMY, KTORÉ SA VYSKYTUJÚ PRI APLIKÁCII SKLONNÝCH RÚR

Ak nie je distribúcia vody na vstupe do usadzovača so sklonenou rúrkou rovnomerná, dochádza k vážnym turbulenciám v pohybe kvapaliny v blízkosti vstupu. To spôsobuje extrémne vysokú lokálnu rýchlosť prúdenia na vstupe, vďaka čomu kal, ktorý sa predtým usadil na šikmých rúrach, opäť stúpa.

Vnútorná situácia nakloneného rúrkového usadzovača počas normálnej prevádzky je znázornená na obrázku 1.

Z obrázku 1 je vidieť, že prúd vody a prúd kalu majú každý svoje vlastné dráhy. Ak bežná prevádzka pokračuje dlhší čas, pohyb kalu je v zásade blízky dynamickej rovnováhe:

v tomto čase je účinnosť odstraňovania SS z odpadovej vody dobrá.

Ak však distribúcia prúdenia na vstupe nie je dostatočne rovnomerná, rýchlosť prúdenia na niektorých vstupoch rúrok bude príliš vysoká, čo spôsobí silné turbulencie a zhoršenie kvality odtoku.

2. ANALÝZA PROBLÉMU MECHANIKY TEKUTINY

Počas celého nepriaznivého procesu bude tekutina vykazovať situáciu znázornenú na obrázku 2.

Dôvody vyššie uvedeného javu sú analyzované z nasledujúcich hľadísk.

2.1 Hydraulický rozbor nepriaznivého stavu

V skutočnosti prúdenie vody a kalu nahor a nadol v naklonených rúrach možno považovať za približný fenomén fluidizácie. Predpokladajme, že v je povrchová rýchlosť vody cez rúrky, u₁ je skutočná rýchlosť vody cez častice kalu a ε je podiel dutín (vrstvy častíc kalu). Potom u₁=v/ε, ako je znázornené na obrázku 3.

Ak je podiel dutín suspendovaných pevných látok malý, skutočná rýchlosť vody cez vrstvu častíc je relatívne vysoká. Ak je rýchlosť usadzovania častíc známa ako pevná hodnota u_nastaviť, podľa teórie rôznych štádií fluidizácie, kedy skutočná rýchlosť vody cez vrstvu častíc u₁=u_nastaviťfluidizovaný stav je v štádiu pevného lôžka so stabilnou frakciou dutín ε. Keď u₁ > u_nastaviťpôvodná pórovitosť ε sa rozbije, čo spôsobí zvýšenie pórovitosti. Pre usadzovač so sklonenou rúrkou to znamená, že častice stúpajú, čím sa znižuje účinnosť separácie.

2.2 Analýza rôznych rýchlostí usadzovania častíc resuspendovaného kalu v rôznych stavoch

Resuspendované častice kalu existujú vo forme ① jednotlivých častíc a ② zhlukov častíc rôznych veľkostí (s prázdnou frakciou ε'). Podľa vzorca rýchlosti usadzovania pre jednotlivé častice v oblasti Stokesovho zákona:

Pre rýchlosť usadzovania zhlukov častíc podľa empirického vzťahu Steinoura:

kde:

v_t,skupina- rýchlosť usadzovania zhlukov častíc, m/s;

t - doba usadzovania, s;

g - gravitačné zrýchlenie, m/s²;

ρ_s, ρ_L- hustota častíc a kvapaliny, kg/m³;

D_p- priemer častíc, m;

μ - koeficient dynamickej viskozity, kg/(m·s);

ε - prázdny zlomok.

Pretože 0 < ε² < 1 a 0 < 10^-1.82(1-ε)< 1, z toho vyplýva, že ε²·10^-1.82(1-ε)< 1, teda v_t,skupina< v_t.

Podľa sedimentačnej teórie a vyššie uvedeného dôkazu je po resuspendovaní menej pravdepodobné, že sa zhluky častíc usadia, tj sú ľahšie unášané prúdom vody, čo znižuje účinnosť sedimentácie.

2.3 Prietokové charakteristiky v nepriaznivom stave

Keď nastane nepriaznivá situácia znázornená na obrázku 2, pri pohľade dolu na vodnú hladinu osadníka sa rozloženie prietoku objaví ako na obrázku 4.

Ako je znázornené na obrázku 4, na vodnej hladine sa objavujú tri zóny: ① relatívne pokojná zóna, ② prechodová zóna a ③ zóna silnej turbulencie. V zóne silnej turbulencie sa vo vážnych prípadoch môže vodná hladina dokonca vyduť do malých zakrivených oblúkov. Koncentrácia SS je tu extrémne vysoká, takmer rovnaká ako pri prítoku.

2.4 Výsledky testu na mieste po korekcii na základe vyššie uvedenej analýzy

V istom projekte čistenia odpadových vôd bol odpad z dôvodu vyššie uvedeného problému dosť zakalený. Po hydraulickej analýze a inžinierskej korekcii, aby bola distribúcia vody rovnomerná, sa fenomén stúpania vločiek už neobjavoval v odpadovej vode. Výsledky testov sú uvedené v tabuľke 1.

Tabuľka 1 Výsledky testu CHSKcr odpadových vôd z určitého závodu

Z tabuľky 1 je možné vidieť, že po korekcii a rovnomernej distribúcii vody dosiahla rýchlosť odstraňovania CHSKcr relatívne vysokú úroveň.

SK

3.1 Analýza rôznych častíc

Pre rôzne častice, ako je sedimentácia piesku, vločková sedimentácia odpadovej vody z tlače a farbenia a sedimentácia uhoľného kalu, kvôli rozdielom v hustote častíc, tvare a frakcii dutín, existujú rozdiely v sedimentácii. Častice piesku majú pomerne vysokú hustotu a malú veľkosť, takže sa rýchlo usadzujú. Vločky z odpadovej vody z tlače a farbenia majú relatívne nízku hustotu, blízku vode, veľký tvar a vysoký podiel dutín, takže sa usadzujú pomaly. Medzi nimi spadá uhoľná kaša. Preto pre sedimentáciu piesku je vplyv kolísania prietoku relatívne malý, zatiaľ čo pre tlač a farbenie odpadových vôd je vplyv kolísania prietoku pomerne veľký. Rôzne častice teda majú rôzne požiadavky na distribúciu toku. Pri tlači a farbení odpadových vôd musí byť rozdelenie prietoku na vstupe relatívne rovnomerné.

3.2 Naklonené rúrkové usadzovače vyžadujú rovnomernejšiu distribúciu vody

Pretože v usadzovači sú umiestnené šikmé rúrky (zvyčajne 35 mm, 50 mm v priemere), keď hydraulické rozdelenie pod rúrkami nie je rovnomerné, v dôsledku ν=Q/A sa rýchlosť prúdenia v niektorých rúrach príliš zvýši, čo spôsobí nárast vločiek, čo má za následok ešte horšiu kvalitu odtoku ako bez rúrok. Preto by distribúcia vody v naklonených rúrkových usadzovačoch mala byť rovnomernejšia ako v bežných sedimentačných nádržiach.

3.3 Smer inštalácie naklonených rúrok by mal byť opačný ako smer prítoku

Proces vstupu vody do usadzovača zo vstupného potrubia zahŕňa náhle zväčšenie prietokového prierezu. Preto prúdenie prechádza krátkou zmenou. Aby sa predišlo tejto zmene, smer inštalácie naklonených rúrok by mal byť opačný ako smer prítoku. To môže zmierniť vplyv náhlej zmeny prietoku na účinnosť sedimentácie vločiek.