Kako dionica s vodoravnim protokom smanjuje zamućenost taložene vode sa 6,15 na 1,3 NTU — studija slučaja retrogradnje cijevnih taložnika u punom{2}}razmjeru

Županijski vodovod izgrađen 1989. Sirova voda na 0–5 stupnjeva pet mjeseci godišnje. Vlak za liječenje koji nije mogao slomiti 3 NTU.Inženjeri tvornice izvršili su jednu strukturnu promjenu na svom nagnutom cijevnom taložniku - dodajući vodoravni dio za ispravljanje protoka koji zauzima samo 1/3 duljine spremnika - i promatrali su pad zamućenosti istaložene vode sa 6,15 NTU naispod 2 NTU unutar 72 sata od pokretanja. Tri godine kasnije sustav je i dalje funkcionirao1,3 NTU prosjekbez modifikacije plašta spremnika. Ako koristite nagnuti cijevni taložnik koji slabije radi u hladnoj vodi ili se bori s udarnim opterećenjima, ova studija slučaja pokazuje kako točno funkcionira popravak - i zašto je jednostavniji nego što mislite.

Izazov: Novi standardi, staro postrojenje, hladna voda

Kada je manje od ili jednako 1 NTU zakon, a vaše postrojenje je izgrađeno za manje od ili jednako 3 NTU

Okružni vodovod nalazi se u sjevernom Shaanxiju, regiji u kojoj zimi temperature vode rutinski padaju do0-5 stupnjevaa zamućenost sirove vode varira između 15 i 77 NTU ovisno o sezoni. Postrojenje je pušteno u rad 1989. s konvencionalnim postupkom: flokulacija s presavijenom-pločom, sedimentacija u kosim cijevima i gravitacijski filtri bez ventila. Dva paralelna niza, svaki nominalnog kapaciteta 6.000 m³/d, za ukupni kapacitet od 12.000 m³/d. Dva desetljeća to je bilo primjereno. Gotova voda imala je oko 3 NTU - što je prihvatljivo prema starom standardu.

Tada su se propisi promijenili. Novi sanitarni standardi pitke vode podigli su ljestvicu s manje ili jednako 3 NTU naManje ili jednako 1 NTU. Postojeći proces nije mogao zatvoriti taj jaz. Vodovod se suočio s odlukom s kojom se na kraju susreće svako ostarjelo postrojenje:srušiti i ponovno izgraditi ili naknadno opremiti unutar postojećeg otiska. Ovo drugo je bila jedina realna opcija. Strukture za obradu bile su smještene u zatvorenom prostoru radi toplinske izolacije - što je nužno u klimi sjevernog Shaanxija, gdje bi se vanjski spremnici smrzavali. Rušenje zidova radi proširenja nije bilo na stolu. Morali su poboljšati funkcioniranje onoga što su imali.

Cilj: povećati kapacitet jednog-vlaka sa 6000 m³/d na10,000 m³/d(ukupni učinak postrojenja: 16.000 m³/d), s zamućenošću ustaljene vode stalno ispod 3 NTU kako bi se filtrima dala šansa za borbu s Manjim od ili jednakim 1 NTU zahtjevima za gotovom{4}}vodom.

Strategija retrofita: Tri nadogradnje, jedan princip

Inženjerski tim nije dirao oklop tenka. Promijenili su proces unutar njega, pretvarajući staru "flokulaciju presavijene-ploče + sedimentaciju u nagnutoj cijevi + gravitacijski filtar bez ventila" u"kontaktna flokulacija + poboljšani nagnuti cijevni taložnik + gravitacijski filter bez ventila". Tri su nadogradnje potaknule transformaciju:

1. Više-cijevni mikser zamjenjuje cjevasti statički mikser

Originalni cjevasti statički mikser radio je jednu stvar: miješao je. Zamjenski više-cijevni mikser radi tri stvari istovremeno:protok rezanja i razdvajanja, reverzni refluks i brzo miješanje. Kada voda prolazi kroz geometriju više-cijevi, visokofrekventne vrtložne struje stvaraju se na graničnom sloju stijenke cijevi. Ti vrtlozi stvaraju mikro-zone intenzivnog smicanja koje ravnomjerno raspoređuju koagulant po cijelom presjeku protoka u roku od nekoliko sekundi. Izmjerena učinkovitost miješanja premašuje94%, a gubitak glave manji je od izvornog statičkog miješalica - neobična kombinacija koja znači bolje miješanje s manje energije.

Praktična korist:20–30% uštede kemikalijau usporedbi s originalnom miješalicom, s boljom prilagodljivošću protoku i varijacijama kvalitete vode. Za postrojenje u kojem se zamućenost sirove vode sezonski mijenja od 15 do 77 NTU, ta je prilagodljivost važna.

2. Rešetkasta flokulacija sa zvjezdastim-krilcima zamjenjuje presavijenu-pločastu flokulaciju

Flokulacija presavijene-ploče tjera vodu kroz vijugavi put između paralelnih ploča. Stvara turbulencije, ali ne one prave. Poboljšani dizajn koristilopatice u-obliku zvijezdemontiran okomito na smjer protoka unutar rešetkastih odjeljaka. Ove lopatice generiraju visoko{1}}mikro-vrtloge - turbulencije na razini koja potiče sudar čestica bez razdvajanja pahuljica koje su već nastale.

Spremnik za flokulaciju je podijeljen na11 pretinacakroz dva stupnja reakcije. Faza 1: 8 odjeljaka po 1,5 m × 1,5 m svaki, zadržavanje 8,95 minuta. Faza 2: 3 odjeljka po 1,5 m × 2,0 m svaki, zadržavanje 4,48 minuta. Ukupno hidrauličko vrijeme zadržavanja:13.43 minutepri GT vrijednosti od 1,7 × 10⁴. Dvo-fazni dizajn stvara gušće,-otpornije na smicanje od jedno-falokulacije - što je ključna prednost kada te flokule kasnije uđu u distribucijsku zonu cijevnog taložnika, gdje bi ih pretjerana turbulencija razbila.

3. Ključna inovacija: Horizontalna sekcija ispravljanja protoka ispred cijevnog taložnika

Ovdje se naknadna ugradnja udaljava od standardne prakse i gdje je postignut najveći dobitak performansi. Tradicionalni nagnuti cijevni taložnik prima vodu izravno iz izlaza spremnika za flokulaciju. Prijelaz je nagao: voda prelazi iz turbulentnog, mješovitog-režima toka u laminarni režim taloženja bez posrednog kondicioniranja. Rezultat jeneravnomjerna raspodjela protokapreko snopa cijevi. Neki kanali vide veliku brzinu i ispiru pahuljice ravno kroz njih. Drugi vide malu brzinu i nakupljaju mulj. Oba uvjeta pogoršavaju kvalitetu otpadnih voda.

Dodatna oprema dodala je dva elementa koji to rješavaju:

Potopljena ustava na izlazu iz spremnika za flokulaciju.Umjesto da se voda ispušta izravno u distribucijsku zonu, ona prvo teče preko potopljene ustave koja djeluje kao ispravljač protoka - izglađujući gradijente brzine i raspršujući-turbulencije velikih razmjera prije nego što voda uđe u taložnik.

Vodoravni protočni dio koji zauzima 1/3 ukupne duljine spremnika (24 m²).Ovo je inovacija. Nakon prelaska preko ustave, voda ulazi u vodoravnu-zonu toka prije nego što se podigne kroz nagnute cijevi. Vodeće stijenke i u vodoravnom dijelu i u kosom dijelu cijevi kontroliraju putanju protoka. Horizontalna zona istovremeno služi tri funkcije: smanjuje horizontalnu brzinu strujanja na12,73 mm/s(unutar prozora od 10–18 mm/s koji istraživanja pokazuju da je kritičan za stabilnu sedimentaciju), osigurava dodatno vrijeme taloženja za veće flokule i djeluje kao hidraulički međuspremnik koji apsorbira fluktuacije protoka prije nego što dođu do snopa cijevi.

Razdjelni zid na kraju prijelaznog dijela koristiperforacije sa širim razmakom na vrhu i užim razmakom na dnu. Ovaj protu-intuitivni raspored je namjeran: on kompenzira prirodnu tendenciju vode da kratko-spoji prema vrhu distribucijske zone, forsirajući ravnomjerniju vertikalnu distribuciju protoka po cijeloj visini snopa cijevi.

Zašto dionica s vodoravnim protokom radi: inženjersko obrazloženje

Problem s tradicionalnim nagnutim cijevnim taložnicima nisu same cijevi. To se događaprije nego voda stigne do njih. Istraživanje je identificiralo četiri parametra koji upravljaju ujednačenošću raspodjele protoka u cijevnim taložnicima: omjer duljine-prema-širini spremnika (L/B), stopa površinskog opterećenja (q), promjer cijevi (D) i visina distribucijske zone ispod cijevi.

od ovih,Najveći utjecaj imaju omjer L/B i površinsko opterećenje (q).. Kako se omjer L/B povećava, distribucija protoka postaje ne-ujednačenija, a kritična brzina taloženja - minimalna brzina pri kojoj se čestica određene veličine taloži - raste. Površinsko opterećenje (q) otprilike je proporcionalno kritičnoj brzini taloženja: gurnite više protoka kroz isto područje i potrebna vam je veća brzina taloženja da uhvatite iste čestice. Oba učinka djeluju protiv kvalitete otpadnih voda.

Tradicionalni cijevni taložnici također pate od problema s perforiranim-stjenkama. Da bi se postigla ravnomjerna raspodjela, perforirana stijenka na ulazu treba manje otvore od vodoravnog{2}}spremnika za taloženje - što značiveće brzine otvora. Mlazovi velike-brzine kroz ove otvore razbijaju flokule koje je spremnik za flokulaciju upravo izgradio 13 minuta. Još gore, mlaznice mogu uzburkati mrtvi mulj nataložen na dnu distribucijske zone, ponovno-suspendirajući krutine koje su se već taložile.

Vodoravni dio toka rješava ovaj lanac problema u korijenu. Dodavanjem 1/3 duljine spremnika kao horizontalne-zone protoka prije nagnutih cijevi, dizajn postiže četiri stvari:

Parametri dizajna: brojke iza retrofita

Nagnuti dio cijevi koristiprotu{0}}tok struje- voda se diže prema gore kroz cijevi dok krutine klize prema dolje duž nagiba od 60 stupnjeva. Cijevi su etilen-propilen kopolimer (EPC) sa saćastim šesterokutnim presjekom, promjera 30 mm, duljine 1 m. EPC je odabran umjesto standardnog PVC-a ili PP-a zbog svoje superiorne izvedbe u hladnoj vodi: održava fleksibilnost i otpornost na udarce na temperaturama na kojima kruti PVC postaje krt.

Za prikupljanje mulja koriste se veliki gravitacijski lijevci s kutom klizanja koji je strmiji od uobičajenih malih lijevka, čime se osigurava temeljito uklanjanje mulja uz minimalno ometanje lokalnog protoka. Ventili za ispuštanje mulja suručno{0}}električno brzo-otvaranje tipa- praktičan izbor koji daje prednost pouzdanosti i jednostavnosti održavanja nad potpunom automatizacijom. Manje uređaja, manje stope kvarova, niža cijena.

Rezultati: 4 NTU niže u 3 dana, 1,3 NTU nakon 3 godine

72-satni probni rad: trenutna razlika u performansama

Tro{0}}dnevno kontinuirano ispitivanje provedeno je od 15. do 17. listopada 2011., s protokom protoka kontroliranim na750 m³/h. Postrojenje je uzorkovalo sirovu vodu, efluent iz nemodificiranog tradicionalnog cijevnog taložnika (paralelni niz) i efluent iz poboljšanog cijevnog taložnika istovremeno tijekom cijelog ispitivanja.

Rezultati su bili nedvosmisleni. Zamućenost otpadne vode poboljšanog taložnika bila jeviše od 4 NTU nižeod tradicionalnog dizajna na svim točkama uzorkovanja. Razmak je bio dosljedan i neposredan - bez prekida-u razdoblju, nije potrebno podešavanje. Kvaliteta efluenta ispunila je projektirana očekivanja od prvog dana, značajno smanjujući opterećenje filtera nizvodno.

Uklanjanje TOC-a: 6,08% poboljšanja u odnosu na tradicionalni dizajn

Zamućenost i organska tvar usko su povezani u površinskoj vodi - iste čestice koje raspršuju svjetlost također nose adsorbiranu prirodnu organsku tvar (NOM). Tijekom ispitivanja, postrojenje je mjerilo TOC u efluentu iz oba procesa sedimentacije. TOC sirove vode bio je stabilan na2,5–3,0 mg/L.

Poboljšanje od 6% u uklanjanju TOC-a može se činiti skromnim, ali u pročišćavanju vode za piće, uklanjanje organske tvari u fazi sedimentacije izravno smanjuje potencijal stvaranja nusproizvoda dezinfekcije (DBP) nizvodno. Svaki miligram TOC-a uklonjen prije kloriranja je miligram koji neće stvarati trihalometane (THM) ili halooctene kiseline (HAA) u distribucijskom sustavu.

Tro-godišnja potvrda: brojke stoje

Rekonstrukcija je puštena u rad 15. travnja 2012. Tijekom tri godine neprekidnog rada, postrojenje je redovito uzorkovalo zamućenost taložene vode i iz naknadno opremljenog i iz nemodificiranog paralelnog niza. Podaci govore jasnu priču o održivoj izvedbi:

Prosjek od 1,3 NTU taložene vode je broj koji je najvažniji. Isporukom vode od 1,3 NTU u filtre umjesto 2,3 NTU, poboljšani taložnik smanjio je opterećenje filtra krutim tvarima za približno43%. To znači duži rad filtera između povratnih ispiranja, manju potrošnju vode za povratno ispiranje i - kritično - gotovu vodu koja može pouzdano zadovoljiti standard Manje od ili jednako 1 NTU. Filtar koji prima 2,3 NTU taložene vode ima vrlo malu marginu za postizanje 1 NTU gotove vode. Filter koji prima 1,3 NTU taložene vode ima prostora za rad.

Što to znači za vašu biljku

Ova studija slučaja pokazuje da nagnuti cijevni taložnik slabih performansi ne treba zamijeniti. Problem su rijetko same cijevi - to je ono što se događa u zoni distribucije prije nego što voda dođe do njih. Načela naknadne ugradnje su prenosiva:

1. Ako je zamućenost vaše ustaljene vode nedosljedna, prvo provjerite distribuciju protoka.Neravnomjeran protok kroz snop cijevi je najčešći uzrok varijacije u radu u kosim cijevnim taložnicima. Potopljena ustava na izlazu iz flokulacije i perforirani distribucijski zid s postupnim razmakom rupa jeftini su-popravci koji to rješavaju na izvoru.

2. Ako liječite hladnom vodom (<5°C), add a horizontal flow section.Hladna voda proizvodi slabe flokule koje ne mogu preživjeti turbulencije tradicionalnog ulaza taložnika u cijevi. Horizontalni dio protoka pruža nisko{1}}energetsku prijelaznu zonu gdje se ove krhke flokule mogu taložiti bez raspadanja.

3. Ako kvaliteta vaše sirove vode sezonski varira, povećajte međuspremnik zone distribucije.Sposobnost vodoravnog dijela da apsorbira udarna opterećenja nije lijepo--imati - to je razlika između stabilnih otpadnih voda i sezonskih pritužbi na kvalitetu vode. Dodjela 1/3 duljine spremnika korištena u ovom projektu dobra je polazna točka za dizajn.

4. Materijal cijevi je važan u hladnim klimama.EPC cijevi odabrane za ovaj projekt održavaju fleksibilnost na temperaturama na kojima kruti PVC postaje krt. Ako vaša sirova voda dulje vrijeme padne ispod 5 stupnjeva, porazgovarajte o odabiru materijala cijevi sa svojim dobavljačem. Standardni PVC i PP imaju različite nisko-temperaturne ovojnice.

5. Poboljšanje od 6% u uklanjanju TOC-a vrijedi više nego što izgleda.U obradi pitke vode, organska tvar uklonjena prije dezinfekcije eliminira potencijal stvaranja DBP-a. Poboljšanje TOC-a od 6,08% u fazi sedimentacije dovodi do mjerljivo nižeg stvaranja THM-a i HAA nizvodno - prednost usklađenosti s regulativom koja se povećava tijekom životnog vijeka biljke.

Ovdje opisana rekonstrukcija povećala je kapacitet pročišćavanja za 33% (s 12.000 na 16.000 m³/d) unutar istog otiska spremnika, dok je istovremeno poboljšavala kvalitetu efluenta. Ta kombinacija -više vode, bolja voda, ista zgrada- je ono zbog čega je koncept ispravljanja vodoravnog protoka vrijedan procjene za bilo koje zastarjelo postrojenje za pročišćavanje vode koje se suočava sa strožim standardima.