Veličina čestica u odnosu na učinkovitost taložnika s nagnutom cijevi: CFD simulacija pronalazi prag od 80 μm

Znate da cijevni taložnik uklanja suspendirane krutine. Ali znate li koje veličine zapravo uklanja -, a koje veličine prolaze bez obzira na to koliko je spremnik dobro dizajniran? Koristeći CFD simulaciju stvarnog brojača od 1000 m³/d-strujnog nagnutog cijevnog taložnika u provinciji Anhui, istraživači su modelirali ponašanje čestica iz30 do 120 μmpod stvarnim radnim uvjetima. Rezultat je jasan prag: ispod 80 μm, veličina čestica jedva da je bitna za uklanjanje. Iznad 80 μm, učinkovitost raste. Ako vaš koagulant ne proizvodi pahuljice iznad tog praga, vaše nagnute cijevi ne rade ono što ste platili.

ZAŠTO CFD - I ZAŠTO OVAJ SPREMNIK

Većina studija o kosim cijevnim taložnicima usredotočuje se na uzorke protoka - optimiziranje dimenzija spremnika, smanjenje mrtvih zona, ujednačavanje raspodjele brzine. Rijetki su postavili pitanje koje je najvažnije za kvalitetu otpadnih voda:s obzirom na specifičnu raspodjelu veličine čestica, što se zapravo uklanja?Budući da čestice različitih promjera imaju različite brzine taloženja, raspodjela veličine čestica ulaznih suspendiranih krutih tvari izravno kontrolira učinkovitost taloženja koju spremnik može postići.

Kako bi odgovorili na to, istraživači su koristilistandardni k{0}}ε model turbulencije(za polje protoka) zajedno sVišefazni model smjese(za dvofazno ponašanje kruto-tekuće-) - kombinacija dobro-pogodna za simulaciju turbulentnog toka-natrpanog česticama unutar radnog taložnika cijevi.

Ispitni slučaj bio je pravi taložnik s kosim cijevima protiv-struje u vodovodu u provinciji Anhui, sa sljedećim dizajnom i radnim parametrima:

REZULTAT 1: GDJE SE ČESTICE KONCENTRIRAJU - I ZAŠTO JE TO VAŽNO

Simulirano je pet promjera čestica:30, 50, 80, 100 i 120 μm. Za svaki je ispitana vertikalna raspodjela suspendiranih krutih tvari iscrtavanjem prosječnog volumnog udjela na poprečnim-presjecima na različitim visinama (Slika 2).

Iz profila koncentracije proizlaze tri obrasca:

1. Sve veličine čestica slijede isti opći trend.Ukupni oblik krivulje koncentracije-prema-visini sličan je bez obzira na promjer. Fizika spremnika - struktura četiri-zone, putanja protoka, uzorak turbulencije - nameće zajednički profil koncentracije.

2. Na ulazu cijevi (~1,5 m visine), koncentracija naglo raste za veće čestice.Ovo je prijelazna zona gdje protok ulazi u nagnute cijevi. Turbulencija i miješanje stvaraju područje visoke-koncentracije koje potiče kontakt čestica i flokulaciju - što je pozitivan učinak za odvajanje krutog i tekućeg. Što su veće čestice ušle u ovu zonu, to je skok koncentracije izraženiji.

3. Na dnu spremnika i presjeku efluenta, veličina čestica utječe na ishod.U blizini zone mulja, prosječni volumenski udio raste s veličinom čestica - veće čestice talože se i nakupljaju tamo gdje bi trebale. Na poprečnom-presjeku efluenta, prosječni volumenski udiosmanjuje sekako se veličina čestica povećava - sve manje velikih čestica izlazi. Korelacija je nedvosmislena:veće čestice → više taloženja → čišći efluent.

REZULTAT 2: PRAG OD 80 μm

Učinkovitost uklanjanja η definira se kao:

gdje C_ulazje ulazna koncentracija SS (kg/m³) i C_utičnicaje koncentracija SS u efluentu (kg/m³).

Slika 3 prikazuje odnos između učinkovitosti uklanjanja i promjera čestica pod danim uvjetima utjecaja (295 mg/L SS, gustoća 1,050 kg/m³, viskoznost 0,02001 Pa·s). Krivulja nije linearna - ima izrazito koljeno.

Podaci otkrivaju dva režima:

Razlog je hidraulički: čestice ispod 80 μm imaju dovoljno niske brzine taloženja da ih uzlazni tok u cijevima može izvesti, bez obzira na to koliko je spremnik dobro dizajniran. Iznad 80 μm, brzina taloženja nadmašuje uzlaznu brzinu za povećanje margine i uklanjanje postaje učinkovito. Prag od 80 μm specifičan je za geometriju i radne uvjete ovog spremnika (promjer cijevi od 40 mm, nagib od 60 stupnjeva, ulazna brzina od 0,1 m/s) - ali načelo se primjenjuje široko:svaki cijevni taložnik ima kritičnu veličinu čestica ispod koje je uklanjanje slabo, a ta veličina je određena uzlaznom brzinom u cijevima.

ŠTO OVO ZNAČI ZA VAŠU BILJKU

1. Doziranje koagulanta ima cilj, a on iznosi 80 μm.Svrha koagulacije i flokulacije - osim neutraliziranja naboja i premošćavanja čestica - je rast flokula iznad kritične veličine gdje ih taložnik u cijevi može uhvatiti. Testiranje staklenki trebalo bi potvrditi da vaše formirane pahuljice prelaze granični promjer za vašu specifičnu geometriju spremnika.

2. Ako je vaš efluent zamućen i veličina pahuljica je ispod praga, cijevi nisu problem - problem je faza flokulacije.Dodavanje više cijevi ili smanjenje uzlazne brzine malo će pomoći. Ali pravo rješenje je uzvodno: bolja flokulacija za proizvodnju većih, gušćih čestica koje postojeće cijevi mogu uhvatiti.

3. Kritična veličina ovisi-o spremniku.Ova simulacija je pronašla 80 μm za cijev od 40 mm na 60 stupnjeva s ulaznom brzinom od 0,1 m/s. Manji promjer cijevi, ravniji kut ili manja uzlazna brzina pomaknuli bi prag prema dolje - što znači da manje čestice postaju uklonjive. Zbog toga geometrija cijevi i hidrauličko opterećenje nisu samo projektni parametri; oni izravno postavljaju minimalnu veličinu čestica koju vaš taložnik može podnijeti.

4. CFD simulacija je praktičan alat za dizajn, a ne akademska vježba.Kombinacija modela k-ε + mješavina koja se ovdje koristi može predvidjeti, za bilo koju geometriju spremnika i radne uvjete, krivulju učinkovitosti uklanjanja veličina čestica. Prije izgradnje ili naknadnog opremanja, simulacija može odgovoriti na pitanje koje empirijska pravila projektiranja ne mogu:hoće li ovaj spremnik ukloniti čestice iz moje sirove vode?