Retrofit uz miješanje zraka i vode smanjuje troškove čišćenja cijevi za taloženje za 20%: Studija slučaja u punoj mjeri

Jedan vodovod. Jedna naknadna oprema. Tri bitna broja.Nakon dodavanja uređaja za miješanje i pražnjenje zrak-voda na kosi cijevni taložnik koji je radio od 1998. godine, postrojenje je zabilježilo20% pad frekvencije pražnjenja, a 12% smanjenje troškova hemijskog čišćenja, i a15% smanjenje inputa rada. Što je još važnije, rekonstrukcija je riješila uporni ljetni problem koji je godinama izazivao pritužbe na kvalitet vode: crveni crvi i larve kironomida koje se razmnožavaju u džepovima ustajalog mulja. Ako vaš cijevni taložnik ima ispuštanje mulja iz perforirane cijevi koji treba stalno odčepljivanje, ova studija slučaja je za vas.

Problem

Kada mulj odbije da ode

Taložnik sa kosim cijevima na ovom vodovodu izgrađen je 1998. godine i nalazi se unutar prvorazredne izvorišne vodozaštitne zone. Sirovu vodu – površinsku vodu rezervoara – karakteriše niska zamućenost i visok sadržaj algi. Dok sam cijevni taložnik nudi visoku efikasnost sedimentacije u kompaktnom prostoru, njegova lokacija u blizini pumpne stanice sirove vode znači da je kemijsko miješanje inherentno neravnomjerno. Izazov tretmana se pogoršava ljeti, kada količina opskrbe vodom naglo varira i broj algi raste.

Poput većine sklonih cevnih taložnika izgrađenih u to doba, sistem za ispuštanje mulja se oslanjao naperforirane cijevi. Mehanizam je jednostavan: statički pritisak vode sa nivoa vode u rezervoaru za reakciju-taložnicu istiskuje mulj prema perforacijama, a dejstvo sifona gravitacije izvlači mešavinu mulja i vode iz rezervoara. Nema pumpi. Nema pokretnih dijelova. Ali postoji kvaka:začepljenje otvora. A kada se začepe, mulj se nakuplja. A kada se mulj akumulira, stvari počinju živjeti u njemu.

Terenski tim u ovoj fabrici je svakog ljeta posmatrao upravo ovaj lanac događaja: začepljeni otvori perforiranih cijevi → nepotpuno ispuštanje mulja → stagnirajući slojevi mulja → leglo crvenih crva i larvi kironomida → anomalije kvaliteta vode. Postojeća metoda čišćenja - hemijsko namakanje u kombinaciji sa mlazom vode pod visokim pritiskom - je uspjela, ali po cijeni. Kada je interval pražnjenja prelazio 20 dana ljeti ili 30 dana zimi, mahovina je rasla na površinama cijevi i zidovima rezervoara, što je zahtijevalo znatno duže vrijeme ispiranja. Između potrošene vode, potrošene hemikalije i spaljenih radnih sati, operativni troškovi postrojenja su se stalno povećavali.

Analiza korijenskog uzroka

Inženjerski tim je identifikovao četiri različita mehanizma iza problema začepljenja. Dva su operativna, dva su fizička ograničenja dizajna. Sva četiri doprinose istom krajnjem rezultatu:premošćivanje- stanje u kojem se čestice pijeska u blizini otvora, pod vrlo niskim sadržajem vlage i međusobnom interakcijom čestica, zbijaju u čvrstu masu koju statički pritisak vode ne može razbiti.

Uzroci broj 1 i broj 2 su operativni - oni se mogu riješiti kroz bolje upravljanje muljem. Uzroci #3 i #4 su uklopljeni u fizički dizajn i izbor materijala. Rekonstrukcija je bila potrebna za rješavanje sve četiri istovremeno.

Retrofit rešenje: mešanje vazduh-voda

Princip: komprimovani vazduh susreće vodu

Osnovni koncept je elegantno jednostavan. Perforirane cijevi se polažu na dno rezervoara i spajaju na vanjski ventilator. Komprimirani zrak ubrizgan kroz otvore sudara se s molekulima vode, stvarajući turbulencije velike brzine unutar spremnika. Ovo istovremeno radi tri stvari:

1. Agitacija.Sudar zraka i vode razbija zbijeni sloj mulja - "most" koji statički pritisak vode ne može savladati. Taložene čvrste materije se ponovo suspenduju i homogenizuju sa vodom, a zatim se ispuštaju kao tečna suspenzija.

2. Oksigenacija.Uvučeni kiseonik u komprimovanom vazduhu dolazi u blizak kontakt sa vodom, obezbeđujući oksidativni kapacitet. Ovo je posebno vrijedno kada se tretira organska materija u taloženom mulju, a stvara okruženje neprijateljsko za anaerobne organizme.

3. Kontakt okruženje.Turbulencija potiče kontakt između organskih, neorganskih i rastvorenog kiseonika, pogodujući oksidativnoj razgradnji nagomilanog organskog materijala - same supstance koja hrani crvene crve i larve hironomida.

Ukratko: uređaj ne samo da pomera mulj – on čini zonu mulja aktivno neprijateljskom prema organizmima koji izazivaju pritužbe na kvalitet vode. Ovaj dvostruki mehanizam (fizičko uklanjanje + biološka supresija) je ono što čini naknadnu ugradnju efikasnijom od jednostavnog dodavanja više kemikalija ili skraćivanja ciklusa čišćenja.

Engineering Design

3.1 Izgled zračnog cjevovoda i odabir materijala

Cijevni taložnik radi na uzlaznom obrascu toka: sirova voda dozirana koagulantom ulazi u zonu distribucije kroz ispravljačku ploču, teče prema gore kroz nagnute cijevi (gdje se čvrste tvari brzo odvajaju) i izlazi kao pročišćena voda kroz korito za sakupljanje na vrhu. Taložene čvrste materije klize niz zidove cevi od 60 stepeni u zonu akumulacije mulja. Postojeće perforirane cijevi za mulj se nalaze na dnu ove zone.

Nadogradnja dodaje petlju od perforiranih cijevi za aeraciju položenih uz postojeće cijevi za mulj. Za cijevi za aeraciju procijenjena su dva materijala:

3.1 Proračun promjera cijevi: GOLAN metoda protoka

Promjer cijevi je izračunat korištenjem GOLAN metode granice uzorka protoka, kako je preporučio Gu Xiaojuan za dizajn promjera uspona. GOLAN klasifikuje obrasce strujanja vazdušnog dizanja u četiri režima:puž tok, mjehurasti tok, tok čepa i prstenasti tok. Među njima, flug flow daje najveću efikasnost dizanja vazduha - to je ciljni režim za dizajn sistema za ispuštanje mulja.

Promjer cijevi se izvodi iz granične jednadžbe pukotina. Površinska brzina komprimovanog vazduha (V_g) i površinsku brzinu podignute tečnosti (V_l) se izračunavaju pomoću jednačina (1) do (4), nakon čega slijede korigirane vrijednosti V_g* i V_l* nakon kompresije:

Na osnovu stvarnog protoka podignute tečnosti i zapremine usisnog vazduha, izračunat je opseg prečnika usponske cevi. Konačan izbor:DN110 mmiDN50 mmcijevi, spojene reduktorskom spojnicom kako bi se povećala razlika tlaka u sistemu. Broj otvora je izveden iz zapremine zraka, brzine zraka i površine poprečnog presjeka otvora za izračunavanje otvora po metru cijevi.

3.2 Optimizacija ispuštanja mulja zrak-voda

Dovod zraka dolazi iz Roots ventilatora - dvije jedinice, jedna dežurna i jedna pripravna. Cjevovod se proteže duž zida taložnika, dijeli se iznad hodnika flokulacijskog spremnika u dva kraka i proteže se do dna spremnika u petlji. Glavna cijev je DN110 mm koja vodi komprimirani zrak0.16 MPa. Pomoćna cijev DN50 mm sa ravnomjerno raspoređenim otvorima za aeraciju položena je pored originalne muljne cijevi. Ciklus miješanja počinje kada se nivo vode spusti na0,2 m ispod sabirnog korita.

Kritična varijabla dizajna jeprečnik otvora. Istraživačka literatura pokazuje da učinak ispuštanja mulja iz perforirane cijevi zračnim dizanjem zavisi od promjera otvora, brzine protoka zraka i omjera potapanja. Količina i efikasnost mulja su u pozitivnoj korelaciji sa prečnikom otvora i omjerom potapanja. Međutim, postoji kompromis: veći otvori povećavaju ukupnu propusnost, alismanjiti ujednačenost pražnjenja, jer otpor trenja raste s rastojanjem od uspona - otvori blizu uspona ispuštaju više, otvori udaljeni od uspona manje, a nakupljanje mulja je neravnomjerno.

Projektni tim je izvršio test na terenu upoređujući tri prečnika otvora. Rezultati su riješili dizajn:

Kontraintuitivni nalaz:manji otvori proizvode ravnomjernije ispuštanje mulja. Razlog je taj što omjer otvorenih površina varira s promjerom otvora, a ravnomjernost ispuštanja mulja je u negativnoj korelaciji s tim. Veći otvori znače veći omjer otvorenih površina, što znači da je gradijent tlaka duž cijevi strmiji, što znači da otvori u blizini uspona povlače protok. Otvori od 3 mm omogućavaju ravnomjerniju raspodjelu zraka u svim pozicijama.

Konačni parametri instalacije nakon optimizacije:

PLC kontrola i automatizacija

3.3 Redoslijed automatskog pražnjenja

Retrofit uključuje automatski kontrolni sistem zasnovan na PLC-u koji eliminiše zavisnost operatera. Programirani niz radi na sljedeći način:

1. korak:Tajmer ciklusa pražnjenja aktivira →2. korak:Roots ventilator počinje →Korak 3:Puhalo vrši pritisak u cjevovodu, stvara vakuum →4. korak:Elektromagnetni ventil se otvara →Korak 5:Nastaje vakuum u cijevi za ispuštanje zraka →Korak 6:Zrak se ispušta kroz otvore →Korak 7:Mješavina vode i mulja se miješa i homogenizira →Korak 8:Prihodi od pražnjenja →Korak 9:Pražnjenje je završeno, put vakuuma prekinut →Korak 10:Sistem napreduje do sljedećeg spremnika u nizu

Sistem upravlja10 kompleta uređaja za ispuštanje mulja. Svaki ventil za ispuštanje mulja kontrolira se dvopoložajnim četverosmjernim elektromagnetnim ventilom koristeći metodu upravljanja jedan pogon-dva. Vrijeme pražnjenja po ventilu je podešeno na120 sekundi, sa kašnjenjem od 1 sekunde između ventila u istoj grupi i intervalom od 10 sekundi između grupa. Ventili su proizvedeni od304 nerđajući čelikda se odupre korozivnom okruženju za instalaciju na otvorenom.

Budući da se dvije strane taložnika mogu prazniti samo odvojeno (ograničenje originalnog dizajna iz 1998. godine), električni leptir ventil DN10 mm je instaliran iznad taložnika kako bi se cijev za ispuštanje zraka podijelila na dvije grane preko reducirajućeg T-a. Upravljački krug solenoidnog ventila prikazan je na slici 2.

Sigurnosne i alarmne karakteristike

PLC program uključuje proizvodno-sigurnosne karakteristike razvijene iz operativnog iskustva fabrike:

Režim održavanja

Postrojenje je uspostavilo dvoslojni program održavanja:

Rutinski dnevni pregled:Provjerite da protok zraka i tlak ispunjavaju zahtjeve procesa. Prođite cevovodom radi čujnog curenja. Provjerite radnu temperaturu ventilatora.

Periodični pregled:Detaljan plan održavanja sistema za dovod zraka, cjevovoda i ventila. Analizirajte istorijske uzroke kvarova i vratite naučene lekcije u operativne procedure. Organizirati tehničku obuku za relevantno osoblje. Sprovesti nenajavljene provjere na licu mjesta ujednačenosti ispuštanja mulja.

Rezultati i ROI

Nakon punog operativnog perioda nakon rekonstrukcije, postrojenje je zabilježilo tri kvantificirana poboljšanja:

Osim brojeva, rekonstrukcija je postigla svoj primarni operativni cilj:eliminirane su ljetne anomalije kvaliteta vode uzrokovane crvenim crvima i larvama kironomida. Mehanizam agitacije i oksigenacije vazduh-voda potisnuo je anaerobno mikro okruženje u kojem se ovi organizmi razmnožavaju. Postrojenje je također prijavilo niže površinsko opterećenje taložnika (mulj se više ne akumulira između ciklusa) i smanjenu potrošnju vode za operacije čišćenja.

Identificirana poboljšanja sljedećeg koraka

Projektni tim se nije zaustavio na rekonstrukciji. Dve oblasti za dalje poboljšanje identifikovane su tokom analize posle retrofita:

1. Geometrija donjeg rezervoara.Postojeći armiranobetonski rezervoar mogao bi se nadograditi na teraco prefabrikovane ploče, mehanički polirane kako bi se povećao ugao trenja klizanja i ugao nagiba. Kada gravitaciona sila klizanja premaši otpor protoka, nagomilani mulj glatko klizi u glavni rezervoar za mulj bez ikakve mehaničke pomoći. Ovo bi dodatno smanjilo oslanjanje na sistem za mešanje vazduha i omogućilo ređe rad.

2. Online praćenje.Instaliranje ultrazvučnih mjerača nivoa i mjerača koncentracije mulja duž putanje protoka opreme donijelo bi podatke u realnom vremenu (koncentracija mulja, nivo vode) u stanicu za praćenje. PLC bi tada mogao dinamički da prilagođava radne parametre - zapreminu ispuštanja mulja, interval povratnog ispiranja i trajanje mešanja - na osnovu stvarnih uslova, a ne fiksnih rasporeda. Ovo prelazi sa održavanja zasnovanog na vremenu na održavanje zasnovano na uslovima, zlatni standard za automatizovana postrojenja za prečišćavanje.

Šta ovo znači za vašu biljku

Ova studija slučaja pokazuje da tehnologija miješanja zraka i vode i pražnjenja nije teoretski koncept - to je dokazana naknadna oprema s kvantificiranim povratom u više dimenzija: operativnoj (manje ciklusa čišćenja), kemijskoj (manja potrošnja) i radnoj (manje ručne intervencije). Isti pristup se može primijeniti na nagnute cijevi za taloženje u kemijskoj preradi, farmaceutskim otpadnim vodama, hrani i piću i primjenama zaštite okoliša.

Pitanje je da li sistem za ispuštanje mulja vašeg taložnika radi kako je projektovan. Ako doživljavate nešto od sljedećeg:

•Premošćivanje mulja zahtijeva ručnu intervenciju
•Sezonsko pogoršanje kvaliteta vode povezano sa akumulacijom mulja
•Crvene gliste ili larve hironomida u staloženoj vodi tokom toplih meseci
•Perforirani otvori cijevi koje je potrebno često odčepljivati
•Povećana potrošnja hemikalija za cikluse čišćenja

...onda je rekonstrukcija mešanja vazduh-voda vredna procene za vaš objekat. Inženjering je zreo, isplativost je dokumentovana, a naknadna oprema se instalira bez modifikacije postojeće strukture rezervoara.