Sedymentacja jako operacja jednostkowa jest od dawna stosowana w kontroli uzdatniania wody i jest stosunkowo praktyczną technologią uzdatniania wody. Aby poprawić efekt separacji sedymentacyjnej, podczas użytkowania w strefie osadzania często instaluje się pochyłe płyty lub nachylone rury, dzięki czemu można zastosować zasadę płytkiej warstwy, wykorzystując dużą powierzchnię i wysoką skuteczność separacji. Jednak problemy pojawiające się podczas aplikacji rzadko przyciągały uwagę. W artykule skupiono się na analizie kluczowych problemów pojawiających się podczas stosowania i zaproponowano odpowiednie rozwiązania w celach informacyjnych.
1. PROBLEMY WYSTĘPUJĄCE PODCZAS STOSOWANIA Osadników POCHYLONEJ RURKI
Jeśli rozkład wody na wlocie osadnika z pochyłą rurą nie jest równomierny, w ruchu cieczy w pobliżu wlotu wystąpią poważne turbulencje. Powoduje to niezwykle dużą lokalną prędkość przepływu na wlocie, powodując ponowne podniesienie się osadu wcześniej osadzonego na pochyłych rurach.
Sytuację wewnętrzną osadnika z pochyłą rurą podczas normalnej pracy pokazano na rysunku 1.
Z rysunku 1 widać, że przepływ wody i osadu mają swoje własne ścieżki. Jeśli normalna praca trwa przez dłuższy czas, ruch strumienia osadu jest w zasadzie bliski równowadze dynamicznej:
w tym czasie skuteczność usuwania SS ze ścieków jest dobra.
Jeśli jednak rozkład przepływu na wlocie nie jest wystarczająco równomierny, prędkość przepływu na niektórych wlotach rur staje się zbyt duża, powodując poważne turbulencje i pogorszenie jakości ścieków.
2. ANALIZA PROBLEMU MECHANIKI PŁYNÓW
Podczas całego niekorzystnego procesu płyn będzie prezentował się jak na rysunku 2.
Przyczyny powyższego zjawiska analizowane są w następujących aspektach.
2.1 Analiza hydrauliczna niekorzystnej sytuacji
W rzeczywistości przepływ wody i szlamu w górę i w dół w nachylonych rurach można uznać za przybliżone zjawisko fluidyzacji. Załóżmy, że v to prędkość powierzchniowa wody w rurach, u₁ to rzeczywista prędkość wody przez cząstki osadu, a ε to frakcja pustych przestrzeni (warstwy cząstek osadu). Następnie u₁=v/ε, jak pokazano na rysunku 3.
Jeśli udział pustych przestrzeni w zawieszonych cząstkach stałych jest mały, rzeczywista prędkość wody przez warstwę cząstek jest stosunkowo wysoka. Jeśli prędkość osiadania cząstek jest znana jako stała wartość uustawić, zgodnie z teorią różnych etapów fluidyzacji, gdy rzeczywista prędkość wody przez warstwę cząstek u₁=uustawić, stan fluidalny znajduje się w fazie złoża nieruchomego ze stabilną frakcją pustych przestrzeni ε. Kiedy u₁ > tyustawić, pierwotna frakcja pustych przestrzeni ε zostaje złamana, powodując wzrost frakcji pustej. W przypadku osadnika z nachyloną rurą oznacza to unoszenie się cząstek, co zmniejsza skuteczność separacji.
2.2 Analiza różnych prędkości osiadania cząstek osadu zawieszonego w różnych stanach
Cząstki ponownie zawieszonego osadu występują w postaci ① pojedynczych cząstek i ② skupisk cząstek o różnej wielkości (z frakcją pustych przestrzeni ε'). Zgodnie ze wzorem na prędkość opadania poszczególnych cząstek w obszarze prawa Stokesa:
Dla prędkości opadania skupisk cząstek, zgodnie z empiryczną zależnością Steinoura:
Gdzie:
vt, grupa- prędkość opadania skupisk cząstek, m/s;
t - czas ustalania, s;
g - przyspieszenie grawitacyjne, m/s²;
ρs, ρL- gęstość cząstek i cieczy, kg/m3;
Dp- średnica cząstek, m;
μ - współczynnik lepkości dynamicznej, kg/(m·s);
ε - ułamek pusty.
Ponieważ 0 < ε² < 1 i 0 < 10-1.82(1-ε)< 1, wynika, że ε²·10-1.82(1-ε)< 1, stąd wt, grupa< wt.
Zgodnie z teorią sedymentacji i powyższym dowodem, po ponownym zawieszeniu skupiska cząstek są mniej skłonne do osiadania, tj. są łatwiej porywane przez przepływ wody, co zmniejsza skuteczność sedymentacji.
2.3 Charakterystyka przepływu w stanie niekorzystnym
Kiedy zachodzi niekorzystna sytuacja pokazana na rysunku 2, patrząc na powierzchnię wody osadnika, rozkład przepływu wygląda jak na rysunku 4.
Jak pokazano na rysunku 4, na powierzchni wody pojawiają się trzy strefy: ① strefa stosunkowo spokojna, ② strefa przejściowa i ③ strefa silnych turbulencji. W poważnych przypadkach w strefie silnych turbulencji powierzchnia wody może nawet wybrzuszać się w małe zakrzywione łuki. Stężenie SS jest tutaj niezwykle wysokie, prawie takie samo jak napływające.
2.4 Wyniki testów-na miejscu po korekcie na podstawie powyższej analizy
W przypadku pewnego projektu oczyszczania ścieków, ze względu na powyższy problem, ścieki były raczej mętne. Po analizie hydraulicznej i korekcie inżynieryjnej mającej na celu równomierny rozkład wody, w ściekach nie występowało już zjawisko unoszenia się kłaczków. Wyniki testu przedstawiono w tabeli 1.
Tabela 1 Wyniki badań ChZTkr ścieków z określonego zakładu
| Partia próbki wody | Wpływ ChZTcr/(mg·L⁻¹) | Ścieki ChZTcr/(mg·L⁻¹) | Wskaźnik usuwania/% |
| 1 | 1272 | 261 | 79.5 |
| 2 | 1153 | 245 | 78.7 |
Z tabeli 1 wynika, że po korekcie i równomiernym rozprowadzeniu wody stopień usuwania ChZTcr osiągnął stosunkowo wysoki poziom.
3. KILKA PUNKTÓW DO UWAGI DOTYCZĄCYCH Osadników Z POCHYLONYMI RURAMI
3.1 Analiza różnych cząstek
W przypadku różnych cząstek, takich jak sedymentacja piasku, sedymentacja kłaczków ze ścieków drukarskich i farbiarskich oraz sedymentacja zawiesiny węglowej, ze względu na różnice w gęstości, kształcie i frakcji cząstek pustych, istnieją różnice w sedymentacji. Cząsteczki piasku mają stosunkowo dużą gęstość i niewielkie rozmiary, dzięki czemu szybko osiadają. Kłaczki pochodzące ze ścieków drukarskich i farbiarskich mają stosunkowo niską gęstość, zbliżoną do wody, duży kształt i wysoką zawartość pustych przestrzeni, dlatego osiadają powoli. Szlam węglowy spada pomiędzy nimi. Zatem w przypadku sedymentacji piasku wpływ wahań przepływu jest stosunkowo niewielki, natomiast w przypadku ścieków drukarskich i barwiących wpływ wahań przepływu jest stosunkowo duży. Zatem różne cząstki mają różne wymagania dotyczące rozkładu przepływu. W przypadku ścieków drukarskich i barwiących rozkład przepływu na wlocie musi być stosunkowo równomierny.
3.2 Osadniki z nachyloną rurą wymagają bardziej równomiernego rozprowadzania wody
Ponieważ w osadniku umieszczane są nachylone rury (zwykle o średnicy 35 mm, 50 mm), a rozkład hydrauliczny pod rurami nie jest równomierny, z powodu ν=Q/A prędkość przepływu staje się zbyt duża w niektórych rurach, powodując wzrost kłaczków, co skutkuje jeszcze gorszą jakością ścieków niż w przypadku braku rur. Dlatego rozkład wody w osadnikach z pochyłą rurą powinien być bardziej równomierny niż w zwykłych osadnikach.
3.3 Kierunek montażu rur skośnych powinien być przeciwny do kierunku dopływu
Proces przedostawania się wody do osadnika z rury wlotowej wiąże się z nagłym zwiększeniem-przekroju przepływu. Dlatego przepływ ulega krótkiej zmianie. Aby uniknąć tej zmiany, kierunek montażu rur pochyłych powinien być przeciwny do kierunku dopływu. Może to złagodzić wpływ nagłej zmiany przepływu na skuteczność sedymentacji kłaczków.