Problemi s nagnutim cijevnim taložnikom: Analiza mehanike fluida nepravilne distribucije protoka, resuspenziju mulja i kako to popraviti

Odvajanje sedimentacije, kao jedinična operacija, dugo se koristi u kontroli obrade vode i relativno je praktična tehnologija obrade vode. Kako bi se poboljšao učinak separacije sedimentacije, nagnute ploče ili nagnute cijevi često se ugrađuju u zonu taloženja tijekom upotrebe, tako da se može primijeniti princip plitkog sloja, iskorištavajući veliku površinu i visoku učinkovitost separacije. Međutim, problemi koji nastaju tijekom primjene rijetko su privlačili pažnju. Ovaj se rad usredotočuje na analizu ključnih problema koji se pojavljuju tijekom primjene i predlaže odgovarajuća rješenja za referencu.

1. PROBLEMI KOJI SE JAVLJAJU TIJEKOM PRIMJENE KOSIH CIJEVNIH TALJEŽNIKA

Ako raspodjela vode na ulazu u nagnuti cijevni taložnik nije ravnomjerna, doći će do ozbiljne turbulencije u kretanju tekućine u blizini ulaza. To uzrokuje iznimno veliku lokalnu brzinu protoka na ulazu, zbog čega se mulj koji je prethodno nataložen na nagnutim cijevima ponovno diže.

Unutarnja situacija taložnika s kosom cijevi tijekom normalnog rada prikazana je na slici 1.

Sa slike 1 se može vidjeti da tok vode i tok mulja imaju svaki svoje staze. Ako se normalni rad nastavi dulje vrijeme, kretanje toka mulja je u osnovi blizu dinamičke ravnoteže:

u ovom trenutku učinkovitost uklanjanja SS iz otpadne vode je dobra.

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

2. MEHANIKA FLUIDA ANALIZA PROBLEMA

Tijekom cijelog nepovoljnog procesa, tekućina će pokazivati ​​situaciju prikazanu na slici 2.

Razlozi navedenog fenomena analiziraju se sa sljedećih aspekata.

2.1 Hidraulička analiza nepovoljne situacije

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

Ako je udio praznina suspendiranih krutih tvari malen, stvarna brzina vode kroz sloj čestica je relativno visoka. Ako je brzina slijeganja čestica poznata kao fiksna vrijednost u_postaviti, prema teoriji različitih stupnjeva fluidizacije, kada je stvarna brzina vode kroz sloj čestica u₁=u_postaviti, fluidizirano stanje je u fazi fiksnog sloja sa stabilnim udjelom šupljina ε. Kada je u₁ > u_postaviti, izvorni udio šupljina ε je prekinut, uzrokujući povećanje udjela šupljina. Za nagnuti cijevni taložnik to znači da se čestice podižu, smanjujući učinkovitost odvajanja.

2.2 Analiza različitih brzina taloženja resuspendiranih čestica mulja u različitim stanjima

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

Za brzinu taloženja nakupina čestica, prema Steinourovom empirijskom odnosu:

gdje:

v_{t, grupa}- brzina slijeganja nakupina čestica, m/s;

t - vrijeme taloženja, s;

g - gravitacijsko ubrzanje, m/s²;

ρ_s, ρ_L- gustoća čestica i tekućine, kg/m³;

D_p- promjer čestice, m;

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

ε - razlomak praznine.

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, manje je vjerojatno da će se nakupine čestica taložiti nakon resuspendiranja, tj. lakše ih odnosi protok vode, smanjujući učinkovitost taloženja.

2.3 Karakteristike protoka u nepovoljnom stanju

Kada se dogodi nepovoljna situacija prikazana na slici 2, gledajući prema dolje na vodenu površinu taložnika, raspodjela protoka izgleda kao na slici 4.

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

2.4 Rezultati-testiranja na licu mjesta nakon ispravka na temelju gornje analize

U određenom projektu pročišćavanja otpadnih voda, zbog gore navedenog problema, efluent je bio prilično zamućen. Nakon hidrauličke analize i inženjerskih korekcija kako bi se distribucija vode učinila jednoličnom, fenomen dizanja flokula više se nije pojavljivao u efluentu. Rezultati ispitivanja prikazani su u tablici 1.

Tablica 1 Rezultati CODcr ispitivanja otpadnih voda iz određenog postrojenja

Iz Tablice 1 može se vidjeti da je nakon korekcije i ravnomjerne raspodjele vode, stopa uklanjanja CODcr dosegla relativno visoku razinu.

3. NEKOLIKO TOČAKA KOJE JE POTREBNO PRIMIJENITI ZA KOSE CIJEVNE STALOŽNIKE

3.1 Analiza različitih čestica

Za različite čestice, kao što je sedimentacija pijeska, sedimentacija flokula otpadnih voda za tiskanje i bojanje i sedimentacija ugljenog mulja, zbog razlika u gustoći čestica, obliku i udjelu šupljina, postoje razlike u sedimentaciji. Čestice pijeska imaju relativno veliku gustoću i malu veličinu, pa se brzo talože. Flokule iz otpadnih voda tiskanja i bojanja imaju relativno nisku gustoću, blisku vodi, veliki oblik i visok udio šupljina, pa se sporo talože. Ugljena kaša pada između to dvoje. Stoga je za taloženje pijeska utjecaj fluktuacija protoka relativno mali, dok je za otpadne vode tiskanja i bojenja utjecaj fluktuacija protoka relativno velik. Stoga različite čestice imaju različite zahtjeve za distribuciju protoka. Za otpadnu vodu za tiskanje i bojanje, raspodjela protoka na ulazu mora biti relativno jednolika.

3.2 Nagnuti cijevni taložnici zahtijevaju ravnomjerniju raspodjelu vode

Budući da su nagnute cijevi (obično 35 mm, 50 mm u promjeru) postavljene u taložnik, kada hidraulička distribucija ispod cijevi nije ravnomjerna, zbog ν=Q/A, brzina protoka postaje prevelika u nekim cijevima, uzrokujući podizanje flokula, što rezultira kvalitetom efluenta čak lošijom od one bez cijevi. Stoga bi raspodjela vode u kosim cijevnim taložnicima trebala biti ravnomjernija nego u običnim taložnicima.

3.3 Smjer postavljanja nagnutih cijevi treba biti suprotan smjeru dotoka

Proces ulaska vode u taložnik iz ulazne cijevi uključuje naglo povećanje poprečnog-presjeka protoka. Zbog toga tok prolazi kroz kratku promjenu. Kako bi se izbjegla ova promjena, smjer ugradnje nagnutih cijevi treba biti suprotan smjeru dotoka. To može ublažiti utjecaj nagle promjene protoka na učinkovitost taloženja flokula.