Vodná elektráreň Kunshan Jinghe (600 000 m³/d): Ako dodatočná montáž usadzovača platní s laterálnym tokom znižuje zákal pod 1,0 NTU – s nulovou pridanou energiou

DOMOV › PRÍPADY › RETROFIT ODOVZDÁVANIA SKLONNÝCH TANIER - VODNÁ RASTLINA KUNSHAN

Zverejnené: 28.05.2025 • Kategória:Prípady• Značky:Usadzovač rúrok · Usadzovač šikmých platní · Sedimentácia Retrofit · Pitná voda · Kunshan

ODDIEL 1

Zariadenie 600 000 m³/d so zastaraným procesom a problémom so zákalom

Vodný závod Kunshan Jinghe nie je malé zariadenie. S konštrukčnou kapacitou600,000 m³/dktorá slúži veľkému mestu v provincii Jiangsu, prešla v rokoch 2006–2007 modernizáciou pokročilej úpravy, pričom do svojej konvenčnej úpravne pridala ozónovo-biologické aktívne uhlie. Po celé roky závod prevádzkoval flokulačnú mriežku → horizontálna prietoková sedimentačná nádrž → flotačná nádrž → proces filtrovania typu V – konfigurácia navrhnutá, keď zdroj surovej vody, jazero Kui, trpel sezónnym kvitnutím rias, kvôli ktorým bola flotácia nevyhnutná.

Potom, v novembri 2011, sa všetko zmenilo. Projekt odklonu vody v rieke Yangtze bol online, čím sa Kunshan stal druhým zdrojom surovej vody. Nový dvojzdrojový systém „rieka + jazero“ dramaticky zlepšil kvalitu surovej vody. Hladiny rias klesli. A flotačná nádrž - kedysi kritická - sa stala azodpovednosť za vysokú spotrebu energie. Pred rekonštrukciou bol už vyradený z prevádzky.

Ale vyradenie flotačnej nádrže z prevádzky vytvorilo kaskádu problémov. Horizontálna prietoková sedimentačná nádrž bola dlhá len 76 metrov (vrátane 22-metrovej koncovej zbernej zóny), čo jej dávalo relatívnekrátky hydraulický retenčný čas. Bez leštiaceho efektu flotácie sa zákal usadenej vody posunul až na1,0 – 2,0 NTUa operátori mohli vizuálne vidieť jemné vločkové častice prúdiace smerom k filtrom. Následné filtre typu V zaberali kratší chod filtra, častejšie spätné preplachovanie, vyššiu spotrebu energie a vody.

Závod potreboval rekonštrukciu. Ale s nádržou na čistú vodu postavenou priamo pod sedimentačnými a flotačnými nádržami a konštrukciou starou už viac ako 20 rokov nemohli veci len tak zbúrať a začať odznova. Každá úprava musela rešpektovať existujúcu štruktúru, vyhnúť sa zvýšeniu hmotnosti a – kriticky – nikdy neriskovať poškodenie strechy nádrže na čistú vodu.

ODDIEL 2

Stručný návrh: Dodatočné vybavenie v rámci 20-ročnej konštrukcie

Inžiniersky tím stanovil tri jasné obmedzenia:

1.Minimalizujte štrukturálne poškodenie existujúcich nádrží – tieto boli postavené v 90. rokoch a začiatkom 21. storočia.

2.Pilotná fáza II. fázy (50 000 m³/d) – jeden vlak na úpravu – predtým, než sa začne uvažovať o zavedení celého závodu.

3.Cieľ: zakalenie odpadovej vody zo sedimentačnej nádržestabilne pod 1,0 NTUs kontrolovanými investičnými nákladmi.

Hlavná stratégia bola elegantne jednoduchá:prehodnotiť existujúci priestor flotačnej nádrže ako sekundárnu sedimentačnú zónu, kompenzujúce nedostatočnú dĺžku horizontálnej prietokovej nádrže. Dve kritické rozhodnutia o dizajne by však určili, či modernizácia bola úspešná alebo neúspešná.

ODDIEL 3

Dve rozhodnutia typu Make alebo Break: zberné žľaby a typ osadníka

Rozhodnutie 1Ponechať alebo odstrániť zberné žľaby?

Horizontálna prietoková sedimentačná nádrž mala na konci päť zberných žľabov v dĺžke 22 metrov, železobetónové s nerezovými prestaviteľnými hrádzovými doskami. Ich ponechaním by sa ušetrili búracie práce. Ale vzor prúdenia smerom nahor, keď voda vstúpila do žľabov, by zdvihol jemné čiastočky vločiek, ktoré sa sotva usadili, čím by sa podkopal celý proces sedimentácie.

Rozhodnutie: Odstráňte korýtka.Nárast efektívnej sedimentačnej dĺžky o 22 metrov ďaleko prevýšil dodatočné náklady na demoláciu. Voda by teraz prúdila cez rozvodné otvory v deliacej stene kontrolovanou rýchlosťou menšou alebo rovnou 0,1 m/s a plynulo by prechádzala do sekundárnej sedimentačnej zóny.

Rozhodnutie 2Usadzovače rúr alebo šikmé dosky s laterálnym tokom?

Toto bola kľúčová technická voľba. Rúrkové usadzovače aj usadzovače so sklonenými doskami využívajú princíp sedimentácie s malou hĺbkou – pridanie viacerých paralelných usadzovacích plôch na dramatické zvýšenie efektívnej usadzovacej plochy v rámci rovnakého objemu nádrže. Ale smer toku robí celý rozdiel.

Usadzovače rúr so vzostupným tokom majú v tomto scenári štyri výrazné nevýhody:

▷Vločka dosahujúca sekundárnu zónu už bola v poriadku a ťažko sa usadzovala aj pri horizontálnom prúdení. Pri vzostupnom prúdení (protiprúdová sedimentácia) by ich voda stúpajúca proti padajúcim časticiam unášala nahor, čím by sa separácia stala nepredvídateľnou.

▷Pôvodná flotačná nádrž bola len 3,3 m vysoká s efektívnou hĺbkou pod 3,0 m po voľnom boku. Usadzovače rúr potrebujú aspoň 4,5 m pre správnu spodnú distribúciu a horné zóny čistej vody. Nedostatočná výška znamená zlú distribúciu - zabijak č. 1 pri výkone osadníkov.

▷Plocha nádrže 400 m² mimoriadne sťažila rovnomernú distribúciu a zber cez veľké pole usadzovačov rúr, najmä pri výškových obmedzeniach.

▷Akákoľvek nerovnomernosť vytvára lokálne vysoko hydraulické zaťažovacie zóny, kde unikajú jemné vločky, čím sa úplne porušuje účel sekundárnej sedimentácie.

Naklonené dosky s bočným tokom vyriešili všetky štyri problémy:

✓Voda tečie horizontálne, častice sa usadzujú krížovým tokom smerom nadol s minimálnym rušením. Oveľa priaznivejšie pre jemné vločky.

✓Horizontálna distribúcia pozdĺž nádrže s dĺžkou 18,6 m poskytuje dostatok priestoru pre rovnomerný prietok bez výškových rozdielov.

✓Vyžaduje sa iba hĺbka nádrže 3–3,5 m – ideálne pre existujúcu 3,3 m flotačnú nádrž.

Rozhodnutie: Šikmé dosky s bočným tokom.Nebola to tesná výzva - fyzické obmedzenia existujúcej nádrže spôsobili, že usadzovače rúr boli neživotaschopné a naklonené dosky boli prirodzeným riešením.

Toto je lekcia, ktorá stojí za zapamätanie:pri projektoch modernizácie je „najlepšia“ technológia na papieri irelevantná. Jediná vec, na ktorej záleží, je to, čo funguje v rámci obmedzení vašej existujúcej štruktúry.

ODDIEL 4

Konečný dizajn: Každé číslo, na ktorom záležalo

Po porovnaní schémy sa zišiel návrh retrofitu pre 50 000 m³/d fázy II úpravy. Tu sú technické detaily - druh, ktorý môžete skutočne použiť, ak plánujete niečo podobné.

4.1Úprava horizontálnej sedimentačnej nádrže

4.2Sedimentačná zóna šikmej platne s laterálnym tokom

ČASŤ 5

Konštrukcia: Pracuje okolo 20-ročnej nádrže na čistú vodu

Výstavba sa začala v decembri 2023 a systém bol uvedený do prevádzky v polovici januára 2024 – iba šesť týždňov na rekonštrukciu na priamom liečebnom vlaku. Vynikli tri výzvy:

Výzva 1Vŕtanie cez konštrukčné steny

Výstupná deliaca stena sedimentačnej nádrže aj vstupná stena flotačnej nádrže potrebovali rozvodné otvory. Ale tieto steny slúžili aj akozáklady pre nosné stĺpy strechy. Vyvŕtajte príliš veľa otvorov alebo ich urobte príliš veľké a ohrozíte štrukturálnu integritu. Urobte ich príliš malé a namiesto rovnomerného rozloženia získate tryskanie.

Po konzultácii so statikmi bolo riešenie16 kruhových otvorov s priemerom 600 mm v každej stene-dostatočne málo na zachovanie pevnosti, dostatočne veľké na dosiahnutie cieľovej distribučnej rýchlosti 0,1 m/s bez šmyku vločiek. Niekedy je najlepším technickým rozhodnutím vedieť, kedy ďalej neoptimalizovať.

Výzva 2Nerozbij strechu (je to aj podlaha)

Spodná doska flotačnej nádržejestrecha nádrže na čistú vodu. Akékoľvek poškodenie by znamenalo únik do zásobníka upravenej vody pod katastrofálnym poruchovým režimom pre zariadenie na pitnú vodu. Všetky búracie a stavebné činnosti museli byť naplánované okolo tohto obmedzenia. Žiadne výnimky.

Výzva 3Váhová neutralita

Nemôžete zaťažiť strechu, ktorá na to nebola navrhnutá. Dodatočné vybavenie muselo byť hmotnostne neutrálne: každý kilogram nového inštalovaného zariadenia musel byť kompenzovaný odstránenými kilogramami. Inžiniersky tím to starostlivo zohľadnil:

✓Odstránené: flotačné zariadenie, skimmery, potrubia, tehlové priečky

✓Pridané:ABS jednotky so šikmými doskami(hustota blízka vode - takmer neutrálny vztlak pri ponorení)

✓Pridané:Ľahké betónové kalové svahy(hustota zodpovedajúca vode, vyhýba sa mŕtvemu zaťaženiu)

Prístup založený na vyvážení hmotnosti je kritickou lekciou pre každú továreň, ktorá uvažuje o modernizácii tielka:výber materiálu nie je len o chemickej odolnosti a hustote nákladov, keď pracujete na inej štruktúre.

ODDIEL 6

Výsledky: Zákal pod 1,0 NTU - bez pridania jediného wattu

Renovácia bola uvedená do prevádzky v januári 2024. Päť mesiacov prevádzkových údajov (február – jún 2024) potvrdilo, že návrh splnil svoje ciele:

Tu je časť, ktorá je pre manažérov závodu najdôležitejšia:toto celé zlepšenie bolo dosiahnuté bez pridania akejkoľvek formy spotreby energie.Sedimentačná zóna naklonenej dosky funguje výlučne gravitáciou. V porovnaní s flotačnou nádržou nahradila bežiace vzduchové kompresory, recirkulačné čerpadlá a pohon skimmerov 24/7. Renovácia nezlepšila len kvalitu vody; eliminovala hlavnú riadkovú položku OpEx.

Objavil sa jeden prevádzkový problémto stojí za zmienku pre každého, kto plánuje podobnú rekonštrukciu. Pred úpravou by občasná chemická pena alebo plávajúca spodina na konci sedimentačnej nádrže jednoducho spadla do zberných žľabov a tiekla k filtrom. Po rekonštrukcii sú nové distribučné otvory umiestnené pod vodnou hladinou - spodina nemôže uniknúť a hromadí sa na konci nádrže. Nemá to vplyv na kvalitu odpadovej vody, ale je to nevzhľadné. Závod to v súčasnosti rieši ručným odstraňovaním a neskôr môže pridať zariadenie na povrchový zber. Malý detail, ale taký, ktorý zjednodušuje alebo sťažuje život operátorov.

Obrázok 1 Usporiadanie dodatočnej montáže: Sedimentačná nádrž s horizontálnym prietokom + Sedimentačná zóna šikmých dosiek s bočným prietokom (fáza II, vlak 50 000 m³/d)

Obrázok 2 Jednotky so šikmými doskami vo vnútri opätovne použitej flotačnej nádrže - 2 Jednotky, materiál ABS, rozstup medzi platňami 80 mm

ODDIEL 7

Čo nás tento projekt učí o úpravách sedimentácie

Tento projekt nie je jednorazový. Závody na celom svete čelia rovnakej situácii: stará procesná jednotka, ktorá kedysi slúžila svojmu účelu, teraz spotrebováva energiu a dodáva marginálnu hodnotu, sediaca na hodnotných nádržiach, ktoré by mohli robiť viac. Kunshan retrofit ponúka päť prenosných lekcií:

1. Bočný tok poráža tok nahor pre jemné vločky.Keď sú vaše častice už malé a ľahké, nebráňte sa gravitácii – použite krížové oddeľovanie, kde sa voda pohybuje horizontálne a častice sa usadzujú vertikálne s minimálnym rušením.

2. Rovnomernosť distribúcie spôsobuje alebo narúša výkonnosť osadníkov.Či už si vyberiete rúrky alebo dosky, ak je vaša distribúcia prívodu nerovnomerná, získate lokalizované vysokorýchlostné zóny, kde častice unikajú. Tím Kunshan bol posadnutý týmto - 16 starostlivo dimenzovanými otvormi, vstupnými stabilizačnými zónami, výstupnou stabilizáciou - a vyplatilo sa.

3. Pri retrofitoch tielka záleží na hustote materiálu.ABS platne s hustotou blízkou vode a sklonom kalu z ľahkého betónu udržiavali modernizáciu neutrálnu. Toto nie je len technická poznámka pod čiarou – je to rozdiel medzi realizovateľným projektom a projektom, ktorý váš stavebný inžinier zamietne.

4. Odstránenie spotreby energie je rovnako cenné ako zlepšenie odpadových vôd.Kompresory a čerpadlá flotačnej nádrže boli konštantným odtokom OpEx. Naklonený doskový usadzovač beží na gravitácii. Počas 20-ročnej zostávajúcej životnosti zariadenia samotné úspory energie pravdepodobne prevyšujú náklady na modernizáciu.

5. Univerzálna šablóna neexistuje.To, čo fungovalo v Kunshane – premena flotačnej nádrže na usadzovač so sklonenou doskou – nemusí platiť pre váš závod. Iná surová voda, iná geometria nádrže, rôzne obmedzenia. Metodika (hodnotiť, porovnávať, pilotovať, overovať) je univerzálna. Konkrétne riešenie nie je.

Pre zariadenia zvažujúce podobnú modernizáciu ponúka prístup so sklonenou doskou (lamela) presvedčivú hodnotovú ponuku:pridať efektívnu usadzovaciu plochu bez zvýšenia stopy, zlepšiť kvalitu odpadovej vody bez pridania energie a premeniť zastarané nádrže bez väčších stavebných prác.S rozstupom dosiek typicky 50–80 mm pre aplikácie pitnej vody a materiály od PP a PVC po ABS a nehrdzavejúcu oceľ, existuje konfigurácia pre prakticky akúkoľvek existujúcu geometriu nádrže.