Problemi s nagnutim taložnikom cijevi: Mehanička analiza fluida, nepravilne distribucije protoka, resuspenzija mulja i kako to popraviti

Odvajanje sedimentacije, kao jedinična operacija, dugo se koristi u kontroli tretmana vode i relativno je praktična tehnologija obrade vode. Da bi se poboljšao efekat odvajanja sedimentacije, nagnute ploče ili nagnute cijevi se često ugrađuju u zonu taloženja tokom upotrebe, tako da se može primijeniti princip plitkog sloja, koristeći prednost velike površine i visoke efikasnosti odvajanja. Međutim, problemi koji se javljaju prilikom primjene rijetko su privlačili pažnju. Ovaj rad se fokusira na analizu ključnih problema koji se pojavljuju tokom primjene i predlaže odgovarajuća rješenja za referencu.

1. PROBLEMI KOJI SE DOGAĐAJU TOKOM PRIMJENE KOSIH CIJEVNIH ODJELJAČA

Ako distribucija vode na ulazu kosih cevnih taložnika nije ravnomerna, doći će do ozbiljne turbulencije u kretanju tečnosti u blizini ulaza. To uzrokuje ekstremno veliku lokalnu brzinu protoka na ulazu, zbog čega se mulj prethodno taložen na kosim cijevima ponovo diže.

Unutrašnja situacija kosog cevnog taložnika tokom normalnog rada prikazana je na slici 1.

Sa slike 1 može se vidjeti da tok vode i tok mulja svaki imaju svoje putanje. Ako se normalan rad nastavi dugo vremena, kretanje toka mulja je u osnovi blizu dinamičke ravnoteže:

u ovom trenutku efikasnost uklanjanja SS otpadnih voda je dobra.

Međutim, ako raspodjela protoka na ulazu nije dovoljno ujednačena, brzina protoka na nekim ulazima cijevi postaje previsoka, uzrokujući ozbiljne turbulencije i pogoršanje kvaliteta efluenta.

2. MEHANIKA FLUIDA ANALIZA PROBLEMA

Tokom čitavog nepovoljnog procesa, fluid će pokazivati ​​situaciju prikazanu na slici 2.

Razlozi navedenog fenomena analizirani su sa sljedećih aspekata.

2.1 Hidraulička analiza nepovoljne situacije

U stvari, uzlazni i silazni tok vode i mulja u nagnutim cijevima može se smatrati približnim fenomenom fluidizacije. Pretpostavimo da je v površinska brzina vode kroz cijevi, u₁ je stvarna brzina vode kroz čestice mulja, a ε je udio praznine (sloja čestica mulja). Zatim u₁=v/ε, kao što je prikazano na slici 3.

Ako je udio praznine suspendiranih čvrstih tvari mali, stvarna brzina vode kroz sloj čestica je relativno velika. Ako je brzina taloženja čestica poznata kao fiksna vrijednost u_set, prema teoriji različitih faza fluidizacije, kada je stvarna brzina vode kroz sloj čestica u₁=u_set, fluidizirano stanje je u fazi fiksnog sloja sa stabilnom frakcijom praznina ε. Kada u₁ > u_set, originalni udio praznine ε je slomljen, što uzrokuje povećanje udjela praznine. Za kosi taložnik, to znači da se čestice dižu, smanjujući efikasnost odvajanja.

2.2 Analiza različitih brzina taloženja resuspendiranih čestica mulja u različitim stanjima

Resuspendovane čestice mulja postoje u obliku ① pojedinačnih čestica i ② klastera čestica različitih veličina (sa praznim udjelom ε'). Prema formuli brzine taloženja za pojedinačne čestice u području Stokesovog zakona:

Za brzinu taloženja klastera čestica, prema empirijskom odnosu Steinoura:

gdje:

v_t,grupa- brzina taloženja klastera čestica, m/s;

t - vrijeme slijeganja, s;

g - gravitaciono ubrzanje, m/s²;

ρ_s, ρ_L- gustina čestica i tečnosti, kg/m³;

D_p- prečnik čestica, m;

μ - dinamički koeficijent viskoznosti, kg/(m·s);

ε - prazna frakcija.

Budući da je 0 < ε² < 1 i 0 < 10^-1.82(1-ε)< 1, slijedi da je ε²·10^-1.82(1-ε)< 1, dakle v_t,grupa< v_t.

Prema teoriji sedimentacije i gore navedenom dokazu, nakon resuspendiranja, manja je vjerovatnoća da će se klasteri čestica taložiti, odnosno lakše ih odnosi protok vode, smanjujući efikasnost sedimentacije.

2.3 Karakteristike protoka u nepovoljnom stanju

Kada dođe do nepovoljne situacije prikazane na slici 2, gledajući dole na površinu vode taložnika, distribucija protoka se pojavljuje kao na slici 4.

Kao što je prikazano na slici 4, na površini vode se pojavljuju tri zone: ① relativno mirna zona, ② prelazna zona i ③ zona jake turbulencije. U zoni jake turbulencije, u ozbiljnim slučajevima, površina vode može čak i da se izboči u male zakrivljene lukove. Koncentracija SS ovdje je izuzetno visoka, gotovo ista kao i influentna.

2.4 Rezultati ispitivanja na licu mjesta nakon korekcije na osnovu gornje analize

U određenom projektu tretmana otpadnih voda, zbog gore navedenog problema, efluent je bio prilično mutan. Nakon hidrauličke analize i inženjerske korekcije kako bi distribucija vode bila ujednačena, fenomen podizanja floka se više nije javljao u efluentu. Rezultati ispitivanja su prikazani u tabeli 1.

Tabela 1 Rezultati ispitivanja CODcr otpadnih voda iz određenog postrojenja

Iz tabele 1 se može vidjeti da je nakon korekcije i ravnomjerne distribucije vode brzina uklanjanja CODcr dostigla relativno visok nivo.

3. NEKOLIKO TOČKI KOJI SE OBAVEZUJU KOD KOSIH CIJEVNIH ODJELJAČA

3.1 Analiza različitih čestica

Za različite čestice, kao što su taloženje pijeska, taloženje floka otpadnih voda za štampanje i bojenje i taloženje uglja, zbog razlika u gustoći čestica, obliku i frakciji praznina, postoje razlike u sedimentaciji. Čestice pijeska imaju relativno veliku gustoću i malu veličinu, pa se brzo talože. Flokovi iz otpadnih voda štampanja i bojenja imaju relativno malu gustoću, blisku vodi, veliki oblik i visoku frakciju praznina, pa se sporo talože. Ugljena kaša pada između njih. Stoga je za taloženje pijeska utjecaj fluktuacija protoka relativno mali, dok je za otpadne vode za tiskanje i bojenje utjecaj fluktuacija protoka relativno velik. Dakle, različite čestice imaju različite zahtjeve za distribuciju protoka. Za štampanje i bojenje otpadnih voda, distribucija protoka na ulazu mora biti relativno ujednačena.

3.2 Nagnute cijevi za taloženje zahtijevaju ravnomjerniju distribuciju vode

Budući da su nagnute cijevi (obično 35 mm, 50 mm u prečniku) postavljene u taložnik, kada hidraulička distribucija ispod cijevi nije ravnomjerna, zbog ν=Q/A, brzina protoka postaje previsoka u nekim cijevima, uzrokujući porast kosmičaka, što rezultira još lošijim kvalitetom odvodne cijevi od one bez cijevi. Stoga distribucija vode u kosim cijevnim taložnicima treba biti ravnomjernija nego u običnim taložnicima.

3.3 Smjer ugradnje kosih cijevi treba da bude suprotan smjeru ulaza

Proces ulaska vode u taložnik iz ulazne cijevi uključuje naglo povećanje poprečnog presjeka protoka. Zbog toga tok prolazi kroz kratku promjenu. Da bi se izbjegla ova promjena, smjer ugradnje kosih cijevi trebao bi biti suprotan smjeru ulaza. Ovo može ublažiti uticaj nagle promene protoka na efikasnost sedimentacije flokula.