Hydraulický dizajn usadzovača šikmých rúrok: Opravte nesúlad rýchlosti V₁–V₂, ktorý láme vaše vločky|Juntai

Správne ste dimenzovali svoj naklonený držiak rúrok. Vzostupná rýchlosť je v rozsahu učebnice. Dávka koagulantu je správna. A predsa - prvá tretina nádrže produkuje zakalený odpad, zatiaľ čo zvyšok je čistý. Vločky sa lámunie vo flokulačnej nádrži, ale na neviditeľnom rozhraní, kde voda v distribučnej zóne naráža do vstupov rúr s poklesom rýchlosti o viac ako 90 %. Nejde o chemický problém. Je to problém konštrukcie hydrauliky – a má presnú, opraviteľnú príčinu.

SKRYTÝ GRADIENT RÝCHLOSTI PRI VCHODE TRUBKY

V naklonenej rúrkovej usadzovači všetko riadia dve rýchlosti:

V₁ - Rýchlosť distribúcie:horizontálna rýchlosť, ktorou voda prechádza distribučnou zónou pod rúrkami, na svojej ceste k distribúcii smerom nahor do zväzku rúrok.

V₂ - Vzostupná rýchlosť:rýchlosť vertikálneho stúpania vody vo vnútri samotných naklonených rúrok, typicky 1,5–4,5 mm/s v čínskej praxi.

Tu je problém, ktorý väčšine dizajnérov uniká. Na prednom konci usadzovača voda vstupuje do rúrok rýchlosťou V1 a musí sa okamžite spomaliť na približne V2/sin60 stupňov – zložku vzostupnej rýchlosti pozdĺž osi rúry. Pretože V1 je typickyniekoľkokrát až desaťkrátväčší ako V₂/sin60 stupňov, voda zažije pokles rýchlosti o90 % alebo viac do vzdialenosti centimetrov, pričom sa súčasne otáčajú o 90 stupňov (alebo 120 stupňov v závislosti od smeru prúdenia) do rúrok.

To vytvára intenzívny rýchlostný gradient na rozhraní distribučnej zóny-rúrky. Vločky prichádzajúce z flokulačnej nádrže sú veľké, voľné a štrukturálne krehké - ich odolnosť v strihuzmenšuje sa so zväčšovaním ich veľkosti. Zasiahnite ich náhlym poklesom rýchlosti o 90 % a otočením o 90 stupňov a zlomia sa. Po rozbití sa už netvoria. Jemným časticiam uvoľneným do trubice potom chýba čas zdržania na to, aby sa usadili v dĺžke 1 metra a vystupujú ako zákal.

Výrazný príznak:zakalený výtok len z prvých rúrok, ktorý sa postupne čistí smerom k vzdialenému koncu. Je to preto, že V1 klesá pozdĺž dráhy toku, keď je voda progresívne nasávaná smerom nahor do rúrok - v distribučnej zóne zostáva stále menej vody, takže horizontálna rýchlosť prirodzene klesá. Medzitým V2/sin60 stupňov vo vnútri trubíc zostáva v podstate konštantná od vstupu k výstupu. Gradient rýchlosti na rozhraní preto po dĺžke nádrže slabne, lámanie vločiek sa zmenšuje a odpadová voda sa vyčistí. Ak by bola celá nádrž zakalená, mali by ste podozrenie na nadmerný obsah V₂. Ale zákal iba na prednej strane ukazuje priamo na nesúlad V₁ – V₂.

DOSTANETE SPRÁVNE V₁ A V₂

Dizajnové rady sú dobre zavedené, ale dôležitá je ich interakcia:

V₂ by sa malo vyberať na základe kvality surovej vody, cieľového zákalu odpadovej vody, teploty vody, typu a dávky koagulantu a priemeru a dĺžky trubice. Čím je V₂ nižšie, tým je odpadová voda lepšia – ale za cenu kapacity. Kľúčovým konštrukčným krokom je zaistenie toho, že V₁ zostane pod rýchlosťou výstupu z flokulačnej nádrže a v pásme 0,02–0,05 m/s, takže prechod V₁→V₂/sin60 stupňov na vstupe do trubice sa nestane gilotínou vločiek.

POMER L/B: VZOREC, KTORÝ ZABRAŇUJE PREŤAŽENIE KONCOVÝCH ZÓN

Po výbere V1 a V2 vyplývajú proporcie nádrže z jedného vzťahu:

V₁ × B = V₂ × L

Kde B je šírka nádrže (rozmer pokrytý zväzkom rúrok) a L je dĺžka nádrže v smere toku. Tento vzorec zaisťuje, že celkový prietok vstupujúci do prierezu distribučnej zóny sa rovná celkovému prietoku vystupujúcemu cez rúrky - zabraňuje hydraulickej nerovnováhe, kde sa rýchlostná hlava na vzdialenom konci premieňa na potenciálnu energiu a preťažuje posledné rúrky.

Dôležitá je aj výška distribučnej zóny. Musí postačovať na udržanie prietokovej prierezovej rýchlosti pod 0,02–0,05 m/s (okrem výšky, ktorú zaberá nahromadený hrubý kal). Pre mechanicky čistené nádrže je minimálna výška distribučnej zóny1.6 msa odporúča. Akonáhle je táto výška pevná a B je určená z V₁, L vyplýva priamo zo vzorca - a výsledný pomer L/B je hydraulicky správny.

DÔKAZ SKUTOČNÉHO SVETA: VODNÁ RASTLINA SHUNDE LONGJIANG

Vzorec nie je teoretický. Keď vodný závod Shunde Longjiang navrhol 20 000 m³/d naklonenú rúrkovú usadzovačku, dizajnérsky tím zámerne porovnal V₁ a V₂ a na určenie rozmerov nádrže použil V₁×B=V₂×L. Výsledný pomer dĺžky k šírke bol0.65.

Výsledok prekonal očakávania. Nielenže nádrž fungovala bezchybne pri svojej projektovanej kapacite 20 000 m³/d – keď sa výroba posunula na40 000 m³/d (dvojnásobok projektovaného zaťaženia), kvalita odpadovej vody zostala vynikajúca. Rovnaký prístup bol odvtedy overený vo viacerých následných návrhoch vodných elektrární.

KONTROLNÝ ZOZNAM DIZAJNU

1.Udržujte V₁ na hodnote 0,02 – 0,05 m/sa nikdy nie vyššiu, ako je výstupná rýchlosť flokulačnej nádrže. Ak v prevádzkovej jednotke vidíte zákal iba na prednej strane, prvým podozrivým je V₁.

2.Zvoľte V₂ v rozsahu 1,5 – 4,5 mm/s na základe charakteristík surovej vody a cieľových hodnôt odtoku. Nižšie je bezpečnejšie; vyššie požiadavky na lepšiu pevnosť vločiek.

3.Použite V₁×B=V₂×L na určenie rozmerov nádrže. To zabraňuje hydraulickému preťaženiu na vzdialenom konci a zabezpečuje rovnomerné zaťaženie rúr.

4.Pri mechanicky čistených nádržiach udržujte výšku distribučnej zóny aspoň 1,6 m a overte, či rýchlosť vstupného prierezu zostáva v rozsahu 0,02 – 0,05 m/s.

5.Pamätajte: zákal v celej nádrži naznačuje problém V₂. Zákal iba na prednej strane naznačuje problém V₁. Príznak vám povie, kde hľadať.