Distribucija vode u cijevnom taložniku i dizajn ispuštanja mulja: Praktični inženjerski vodič za taložnike

Ako projektirate novi cijevni taložnik za taloženje ili rješavate probleme s nedovoljno učinkovitim, dva će čimbenika odrediti vaše rezultate više nego bilo koji drugi:distribucija vode na ulazuiispuštanje mulja s dna. Bilo koji pogriješite i posljedice su trenutni - kratki-spoj, neravnomjerno taloženje, nakupljanje mulja i kvaliteta otpadne vode koja ne zadovoljava standarde ispuštanja, bez obzira na-kvalitetu vašeg medija u cijevima. Ovaj vodič prolazi kroz ključna načela dizajna i metode izračuna za oba sustava, koristeći stvarni inženjerski primjer kako bi se brojke stavile u praksu.

Zašto cijevni taložnici pružaju iznimnu učinkovitost

Cijevni taložnici nude jednu od-najjeftinijih metoda za povećanje kapaciteta pročišćavanja postojećeg sedimentacijskog bazena. Osnovno načelo je elegantno jednostavno: učinkovito područje taloženja potpuno je neovisno o površini poda spremnika - umjesto toga ovisi oukupna vodoravno projicirana površina modula nagnutih cijevi. To znači da možete dramatično povećati kapacitet taloženja bez proširenja vašeg spremnika.

Kada su cijevi postavljene pod kutom od 60 stupnjeva, svaki kubični metar volumena cijevi daje približno11 do 15 m²efektivnog područja taloženja. Ovo u prijevodu znači do8 do 10 puta veće od površine podaspremnika. Udaljenost taloženja unutar svakog kanala cijevi je samo nekoliko centimetara - u usporedbi s nekoliko metara u konvencionalnom taložniku - što znači da čestice puno brže stižu do površine za prikupljanje.

Jednako je važan i hidraulički režim unutar cijevi. Uvjeti laminarnog strujanja, s Reynoldsovim brojevima koji obično ostaju ispod 500, omogućuju da stopa hidrauličkog opterećenja po jedinici efektivne površine taloženja budeznatno veća od konvencionalne sedimentacije. Ali ova se teoretska prednost pretvara u stvarne-izvedbe samo kada je hidraulika pravilno projektirana - konkretno, kada je protok ravnomjerno raspoređen po cijelom poprečnom presjeku taložnika-i mulj je uklonjen u potpunosti i na vrijeme.

Dizajn distribucije vode - Pravilan protok

Ciljevi projektiranja ulaza

Ulazni sustav za cijevni taložnik služi dvije ključne funkcije koje izravno određuju ukupnu učinkovitost. Prvo, morarasipati kinetičku energijudolaznog protoka - ako turbulencija prodre u zonu taloženja, remeti pokrivač taloženog mulja, ponovno-suspendira čestice i potkopava sve za što su cijevi dizajnirane. Drugo, mora distribuirati protok što je moguće ravnomjernije preko cijele površine poprečnog-presjeka cijevnih modula. Neravnomjerna raspodjela stvara lokalizirane zone velike -brzine koje nose krutine kroz cijevi prije nego što se mogu taložiti.

Uobičajene ulazne konfiguracije koje se koriste u praksi uključuju:perforirani pregradni zidovis pravilno raspoređenim otvorima (najčešće korištena i pouzdana opcija za pravokutne spremnike), potopljenim ulaznim cijevima s višestrukim distribucijskim otvorima, donjim-ulaznim distribucijskim bočnim dijelovima s-okrenutim otvorima prema gore i ulaznim kanalima s V-urezima. Izbor ovisi o geometriji spremnika, brzini protoka i ograničenjima prostora, ali perforirana pregradna stijenka zadana je početna točka za većinu gradskih projekata.

Ključni parametri dizajna

Najvažnija hidraulička metrika za ulaze cijevnih taložnika jebrzina približavanja- brzina protoka prema gore dok voda ulazi u donju stranu cijevnih modula. Za većinu komunalnih primjena koje tretiraju površinske vode ili sekundarne otpadne vode, pristupite brzinama od5 do 15 mm/spružiti optimalnu izvedbu. Brzine ispod 5 mm/s rizikuju taloženje mulja unutar same distribucijske zone, stvarajući mrtve zone koje smanjuju efektivni volumen. Brzine iznad 20 mm/s stvaraju opasnost od remećenja sloja mulja i odnošenja čestica flokula u kanale cijevi prije nego što se mogu istaložiti.

Dizajn pregrade za rasipanje energije

Postavljen je jedan odbojni zid0,8 do 1,5 mod ulaznog zida, s ravnomjerno raspoređenim rupama (obično50 do 100 mm promjerana200 do 400 mm razmaka), osigurava učinkovito rasipanje ulazne energije za većinu pravokutnih spremnika. Treba ciljati projektiranu brzinu rupe0,15 do 0,25 m/spri prosječnom dnevnom protoku - dovoljno brzo da spriječi taloženje unutar rupa, dovoljno sporo da izbjegne mlaz. Ukupna otvorena površina svih rupa zajedno trebala bi biti15 do 25%područja pregradnog zida. Važan detalj koji se često zanemaruje: osigurajte a200 do 300 mm razmakana dnu pregrade za prolaz mulja. Bez ovog razmaka, mulj se nakuplja iza pregrade, smanjujući aktivni volumen i na kraju stvarajući anaerobne uvjete.

Zahtjevi za ujednačenost distribucije

Dobro-projektiran ulazni sustav trebao bi postići jednolikost raspodjele protoka od najmanje85 do 90%, što znači da brzina protoka po jedinici površine varira za manje od 10 do 15% od prosjeka preko-presjeka spremnika. Najčešći uzroci loše distribucije uključuju: postavljanje ulaza preblizu modulima cijevi (manje od 0,5 m razmaka), nedovoljno otvoreno područje pregrade (ispod 10% površine zida) i asimetrična geometrija spremnika koja nije uzeta u obzir pri dimenzioniranju pojedinačnih otvora. Pravokutni spremnici s jednim bočnim ulazom posebno su osjetljivi na potonje - otvori koji su najbliži ulazu primaju nesrazmjerno veći protok osim ako nisu pojedinačno dimenzionirani.

Dizajn ispuštanja mulja - Ne dopustite nakupljanje krutih tvari

Zašto je važno ispuštanje mulja

Učinkovito uklanjanje mulja iz cijevnog taložnog spremnika jednako je kritično kao i pravilna ulazna distribucija - i nedvojbeno se češće zanemaruje od ta dva. Kada se mulj nekontrolirano nakuplja, uzrokuje kaskadu problema: efektivni volumen taloženja se smanjuje, razvijaju se anaerobne zone i stvaraju plinovi koji mogu uzrokovatiflotacija mulja(podižući taložene krutine natrag u suspenziju), a ako se pokrivač mulja podigne dovoljno visoko, može fizički začepiti donje otvore cijevnih modula. Kad se to dogodi, jedino rješenje je ispuštanje spremnika i ručno čišćenje - što je skup i ometajući proces. Dobro-projektiran sustav za prikupljanje i ispuštanje mulja trebao bi uklanjati taložene krute tvari kontinuirano ili u čestim, kratkim intervalima.

Geometrija lijevka za mulj

Većina cijevnih taložnika koristi jednu od dvije konfiguracije skupljanja mulja. Prve upotrebeviše koničnih ili piramidalnih lijevka, obično 1,0 do 1,5 m dubine s bočnim nagibima od najmanje 60 stupnjeva - ovaj kut je kritičan kako bi se osiguralo da mulj pouzdano klizi do dna spremnika umjesto da se lijepi za stijenke. Druga konfiguracija koristi aravno ili blago nagnuto dno s mehaničkim strugačem muljai središnje sabirno korito. Za lijevka-donje spremnike, vodoravna udaljenost mulja mora prijeći duž poda da bi došla do lijevka treba biti minimalizirana - idealno manje od3 do 4 metra. Duže udaljenosti putovanja omogućuju zbijanje krutih tvari i prijanjanje na pod, čime se poništava svrha dizajna lijevka.

Odabir konfiguracije ovisi o obliku spremnika: kružni spremnici obično koriste rotirajući strugač s perifernim sakupljanjem mulja, pravokutni spremnici koriste više lijevka razmaknutih duž duljine ili pokretni strugač s mostom. Pristup s više-lijevka češći je za manje pravokutne spremnike jer nema pokretnih dijelova i zahtijeva manje održavanja.

Ventili i cjevovod za ispuštanje mulja

Cijevi za ispuštanje mulja trebaju imati minimalni promjer od150 mmodoljeti začepljenju. Nagib cijevi trebao bi biti najmanje2% prema točki pražnjenja. Tip ventila je kritično važan: uvijek ga koristiteventili-punog provrtakao što su zasuni, čep ili klizni ventili. Nikada nemojte koristiti kuglaste ili leptiraste ventile u servisiranju mulja - oni stvaraju unutarnja ograničenja protoka koja zadržavaju krute tvari i lako se začepljuju. Automatizirani ventili (pneumatski ili električni) s timerom-kontroliranim isprekidanim pražnjenjem snažno se preporučuju umjesto ručnih ventila. Ručno izvlačenje mulja ovisi o marljivosti operatera, koja varira od smjene do smjene, a nedosljedno pražnjenje jedan je od vodećih uzroka problema nakupljanja mulja.

Radne smjernice za dosljedne rezultate

Ispuštanje mulja na temelju aredoviti vremenski rasporednego ručna procjena dosljedno daje najbolje rezultate. Počnite s kratkim, čestim intervalima pražnjenja - na primjer,15 do 30 sekundi svakih 15 do 30 minuta- i prilagodite na temelju izmjerene koncentracije mulja. Ciljajte koncentraciju mulja od1 do 3% čvrste tvariu struji pražnjenja; koncentracije ispod 1% sugeriraju da trošite previše vode (prečesto ili predugo otvaranje ventila), dok koncentracije iznad 3% ukazuju na nedovoljnu učestalost pražnjenja.

Pratite razinu pokrivača mulja svakodnevno pomoću prijenosnog detektora pokrivača mulja. Ciljana razina pokrivača trebala bi biti0,3 do 0,5 m ispod dna cijevnih modula. Ako se pokrivač diže bliže od 0,3 m, povećajte učestalost ili trajanje pražnjenja. Ako padne daleko ispod 0,5 m i koncentracija ispuštanja je niska, vjerojatno nepotrebno trošite pročišćenu vodu.

Primjer rada - 10,000 m³/d Cijevni taložnik

Da bismo principe dizajna primijenili u praksi, ovdje je potpuni primjer obrade pravokutnog cijevnog taložnika10,000 m³/dkomunalnih otpadnih voda.

Ulazni podaci za dizajn

Izračuni dizajna ulaza

Prilazna brzina izračunava se kao brzina protoka podijeljena s površinom plana taložnika cijevi: 417 m³/h podijeljeno s (10 mx 5 m) jednako8,34 m/h, ili približno 2,3 mm/s. To je udobno unutar preporučenog raspona od 5 do 15 mm/s, iako malo na nižoj granici - što znači da postoji prostor za povećanje protoka u budućnosti ako bude potrebno.

Za pregradni zid: područje zida je 6 m širine x 4,5 m dubine =27 m². Pri omjeru otvorene površine od 20%, potrebna otvorena površina je5.4 m². Koristeći rupe promjera 75 mm (površina svake rupe=0.0044 m²), potreban broj rupa je 5,4 podijeljeno s 0,0044, što je približno jednako1.220 rupa. Raspodijeljeno na površini od 6 mx 4,5 m, to daje otprilike150 mm x 150 mm razmakizmeđu rupa.

Brzina otvora pri prosječnom protoku je 0,116 m³/s podijeljeno s 5,4 m² =0,021 m/s (približno 0,02 m/s). Ovo je značajno ispod preporučenog cilja od 0,15 m/s, što znači da su rupe prevelike za protok. Da biste to ispravili, razmislite o smanjenju broja rupa (na otprilike 170 rupa, što bi dalo brzinu bližu 0,15 m/s) ili o smanjenju promjera rupa kako biste povećali brzinu uz održavanje ravnomjerne raspodjele.

Dizajn spremnika za mulj

Osiguratičetiri lijevka duž duljine spremnika- jedan svaka 3 metra - svaki1,2 m dubine s bočnim padinama od 60 stupnjevakako bi se osiguralo pouzdano klizanje mulja. Svaki spremnik trebao bi biti opremljen s150 mm pneumatski pokretani čep ventilna vremenskoj kontroli. Preporučeni slijed rada je isprekidano pražnjenje20 sekundi svakih 20 minuta, rotirajući kroz spremnike uzastopno tako da se samo jedan spremnik ispušta u bilo kojem trenutku. Time se sprječava hidraulički udar u sustavu dok se održava dosljedno uklanjanje mulja.

Zaključak

Distribucija vode i ispuštanje mulja dva su najzanemarenija aspekta dizajna cijevnih taložnika -, a također su i među najčešćim uzrocima nedovoljnog učinka na terenu. Ključna načela dizajna su jednostavna i dobro-utvrđena: ravnomjerno rasporedite protok po cijelom poprečnom-presjeku taložnika cijevi, ciljajte pristupnu brzinu između 5 i 15 mm/s, osigurajte 15 do 25% zaklona otvorenog područja za rasipanje energije, uklonite mulj prema pouzdanom vremenskom rasporedu pomoću-ventila punog provrta i održavajte nagibe cijevi iznad 2%. Provjerite izvedbu putem rutinskog praćenja razine pokrivača mulja - idealno držeći pokrivač 0,3 do 0,5 m ispod ulaza cijevnih modula. Postrojenja koja ulažu inženjerske napore da isprave te temelje, vidjet će punu korist od ulaganja u cijevni taložnik: veći kapacitet pročišćavanja bez širenja površine, bolja kvaliteta otpadne vode koja zadovoljava strože standarde ispuštanja i znatno manje operativnih glavobolja.