Elektrownia wodna Kunshan Jinghe (600 000 m³/d): Jak modernizacja osadnika płytowego z przepływem bocznym obniża zmętnienie poniżej 1,0 NTU — przy zerowym dodawaniu energii

DOM › SPRAWY › MODERACJA Osadnika POCHYLONEJ PŁYTY - INSTALACJA WODNA KUNSHAN

Opublikowano: 28.05.2025 • Kategoria:Sprawy• Tagi:Osadnik rurowy · Pochylony osadnik płytowy · Modernizacja sedymentacji · Woda pitna · Kunshan

ROZDZIAŁ 1

Instalacja o wydajności 600 000 m³/d z przestarzałym procesem-i problemem zmętnienia

Zakład Wodny Kunshan Jinghe nie jest małym obiektem. Z możliwością projektowania600,000 m³/dobsługujący duże miasto w prowincji Jiangsu, w latach 2006–2007 poddano go zaawansowanej modernizacji oczyszczania, polegającej na dodaniu ozonu-biologicznego węgla aktywnego do konwencjonalnego układu oczyszczania. Przez lata w zakładzie zastosowano siatkę flokulacyjną → osadnik z przepływem poziomym → zbiornik flotacyjny → Proces filtracyjny typu V-- – konfiguracja zaprojektowana, gdy źródło surowej wody, jezioro Kui, ucierpiało z powodu sezonowych zakwitów glonów, które spowodowały, że flotacja stała się niezbędna.

Potem, w listopadzie 2011 roku, wszystko się zmieniło. Uruchomiono projekt przekierowania wody z rzeki Jangcy, dzięki czemu Kunshan zyskało drugie źródło surowej wody. Nowy system podwójnego-źródła „rzeka + jezioro” radykalnie poprawił jakość wody surowej. Poziom glonów spadł. A zbiornik flotacyjny-niegdyś krytyczny-stał sięwysokie-odpowiedzialność za-zużycie energii. Przed modernizacją był już wycofany z eksploatacji.

Jednak likwidacja zbiornika flotacyjnego spowodowała lawinę problemów. Osadnik o przepływie poziomym miał zaledwie 76 metrów długości (wliczając 22-metrową końcową strefę zbiorczą), co zapewniało mu stosunkowokrótki czas retencji hydraulicznej. Bez polerującego efektu flotacji, zmętnienie osiadłej wody podniosło się do poziomu1,0–2,0 NTU, a operatorzy mogli wizualnie zobaczyć drobne kłaczki płynące w kierunku filtrów. Filtry typu V-z biegiem wstecznym wytrzymują-krótsze przebiegi filtrów, częstsze płukanie wsteczne, większe zużycie energii i wody.

Zakład wymagał modernizacji. Jednak mając zbiornik na czystą wodę zbudowany bezpośrednio pod zbiornikami sedymentacyjnymi i flotacyjnymi oraz konstrukcję mającą już ponad 20 lat, nie można było po prostu zburzyć wszystkiego i zacząć od nowa. Każda modyfikacja musiała uwzględniać istniejącą konstrukcję, unikać zwiększania ciężaru i-co najważniejsze-nigdy nie ryzykować uszkodzenia dachu zbiornika czystej wody.

ROZDZIAŁ 2

Zarys projektu: modernizacja w 20-letniej konstrukcji

Zespół inżynierów postawił trzy jasne ograniczenia:

1.Zminimalizuj uszkodzenia konstrukcyjne istniejących zbiorników-zbudowano je w latach 90. i na początku XXI wieku.

2.Pilotaż w fazie II (50 000 m³/d)-pojedynczy pociąg do oczyszczania-przed rozważeniem-pełnego uruchomienia instalacji.

3.Cel: zmętnienie ścieków ze zbiornika sedymentacyjnegostabilnie poniżej 1,0 NTU, przy kontrolowanym koszcie inwestycji.

Podstawowa strategia była elegancko prosta:zmienić przeznaczenie istniejącej przestrzeni zbiornika flotacyjnego na strefę sedymentacji wtórnej, kompensując niewystarczającą długość poziomego zbiornika przepływowego. Jednak dwie krytyczne decyzje projektowe zadecydują o powodzeniu lub niepowodzeniu modernizacji.

ROZDZIAŁ 3

Dwie decyzje dotyczące podjęcia-lub-złamania: koryta zbiorcze i typ osadnika

Decyzja 1Zachować czy usunąć koryta zbiorcze?

Osadnik z przepływem poziomym miał na końcu pięć rynien zbiorczych-każda o długości 22 metrów, wykonanych z żelbetu i regulowanymi jazami ze stali nierdzewnej. Utrzymanie ich oszczędziłoby prac rozbiórkowych. Jednak przepływ wody w górę, gdy woda wpływała do rynien, unosiłby drobne kłaczki, które ledwo osiadły, zakłócając cały proces sedymentacji.

Decyzja: Usuń koryta.Zwiększenie efektywnej długości sedymentacji o 22 metry znacznie przewyższyło dodatkowe koszty rozbiórki. Woda będzie teraz przepływać przez otwory rozprowadzające w ścianie działowej z kontrolowaną prędkością mniejszą lub równą 0,1 m/s, płynnie przechodząc do strefy sedymentacji wtórnej.

Decyzja 2Osadniki rurowe czy płyty nachylone z przepływem bocznym?

To był kluczowy wybór techniczny. Zarówno osadniki rurowe, jak i osadniki płytowe nachylone wykorzystują zasadę sedymentacji na płytkiej-głębokości-dodając wiele równoległych powierzchni osadczych, aby radykalnie zwiększyć efektywną powierzchnię osadzania w tej samej objętości zbiornika. Ale kierunek przepływu robi różnicę.

Osadniki rurowe z przepływem w górę mają w tym scenariuszu cztery-wady zakłócające umowę:

▷Flok docierający do strefy wtórnej był już drobny i-lekki, trudny do osadzenia nawet przy przepływie poziomym. Podczas przepływu w górę (sedymentacja-przeciwprądowa) woda unosząca się w stronę opadających cząstek unosiłaby je do góry, przez co separacja byłaby nieprzewidywalna.

▷Pierwotny zbiornik flotacyjny miał zaledwie 3,3 m wysokości, a efektywna głębokość poniżej 3,0 m za wolną burtą. Osadniki rurowe potrzebują co najmniej 4,5 m dla właściwej dolnej dystrybucji i górnych stref czystej wody. Niewystarczająca wysokość oznacza słabą dystrybucję-najbardziej zabójczą wydajność osadników.

▷Powierzchnia zbiornika wynosząca 400 m² niezwykle utrudniała równomierną dystrybucję i zbieranie na dużym polu osadnika rurowego, szczególnie w przypadku ograniczeń wysokości.

▷Jakakolwiek niejednorodność-tworzy lokalne strefy wysokiego obciążenia hydraulicznego, z których wydostają się drobne kłaczki,-całkowicie niwelując cel wtórnej sedymentacji.

Płyty nachylone z przepływem bocznym rozwiązały wszystkie cztery problemy:

✓Woda przepływa poziomo, cząsteczki osiadają w-przepływie-w dół przy minimalnych zakłóceniach. O wiele bardziej korzystne dla drobnych kłaczków.

✓Poziomy rozkład wzdłuż zbiornika o długości 18,6 m zapewnia wystarczającą przestrzeń dla równomiernego przepływu-bez wpływu na wysokość.

✓Wymagana jest tylko głębokość zbiornika 3–3,5 m-idealna do istniejącego zbiornika flotacyjnego o długości 3,3 m.

Decyzja: Płyty nachylone z przepływem bocznym.Nie było to takie proste,-fizyczne ograniczenia istniejącego zbiornika sprawiły, że osadniki rurowe- stały się nieopłacalne, a pochyłe płyty stały się naturalnym rozwiązaniem.

Oto lekcja, którą warto zapamiętać:w projektach modernizacyjnych „najlepsza” technologia na papierze nie ma znaczenia. Liczy się tylko to, co działa w ramach ograniczeń istniejącej struktury.

ROZDZIAŁ 4

Ostateczny projekt: każda liczba, która miała znaczenie

Po porównaniu schematów opracowano projekt modernizacji pociągu do oczyszczania fazy II o wydajności 50 000 m³/d. Oto szczegóły techniczne,-które możesz wykorzystać, jeśli planujesz coś podobnego.

4.1Modyfikacja zbiornika sedymentacyjnego z przepływem poziomym

4.2Strefa sedymentacji z przepływem bocznym i nachyloną płytą

ROZDZIAŁ 5

Budowa: praca przy 20-letnim zbiorniku na czystą wodę

Budowa rozpoczęła się w grudniu 2023 r., a system został oddany do użytku w połowie-stycznia 2024 r., czyli zaledwie sześć tygodni na modernizację pociągu do leczenia na żywo. Wyróżniały się trzy wyzwania:

Wyzwanie 1Wiercenie w ścianach konstrukcyjnych

Zarówno ściana wylotowa osadnika, jak i ściana wlotowa zbiornika flotacyjnego wymagały otworów rozdzielczych. Ale te ściany służyły również jakofundamenty pod słupy nośne dachu. Wywierć zbyt wiele otworów lub zwiększ je za duże, co naruszy integralność konstrukcji. Zrób je za małe, a zamiast równomiernego rozkładu otrzymasz strumień.

Po konsultacji z inżynierami budowlanymi znaleziono rozwiązanieW każdej ścianie 16 okrągłych otworów o średnicy 600 mm-wystarczająco mało, aby zachować wytrzymałość, wystarczająco duże, aby osiągnąć docelową prędkość dystrybucji 0,1 m/s bez ścinania kłaczków. Czasami najlepszą decyzją inżynieryjną jest wiedza, kiedy nie należy dalej optymalizować.

Wyzwanie 2Nie rozbijaj dachu (to także podłoga)

Płyta denna zbiornika flotacyjnegoJestdach zbiornika czystej wody. Wszelkie uszkodzenia oznaczałyby wyciek do magazynu uzdatnionej wody-w przypadku katastrofalnej awarii w zakładzie wody pitnej. Wszystkie prace związane z rozbiórką i budową musiały być zaplanowane w oparciu o to ograniczenie. Żadnych wyjątków.

Wyzwanie 3Neutralność wagi

Nie można zwiększać obciążenia dachu, który nie został do tego zaprojektowany. Modernizacja musiała być-neutralna pod względem masy: każdy kilogram zainstalowanego nowego sprzętu musiał zostać zrekompensowany usuniętymi kilogramami. Zespół inżynierów szczegółowo to rozliczył:

✓Usunięto: urządzenia flotacyjne, odpieniacze, rurociągi, ceglane ścianki działowe

✓W dodatku:Zespoły płyt skośnych ABS(gęstość zbliżona do wody-blisko-neutralnej pływalności po zanurzeniu)

✓W dodatku:Zbocza z lekkiego betonu mułowego(gęstość dostosowana do wody, unikanie obciążenia własnego)

Podejście-równoważenia ciężaru to kluczowa lekcja dla każdego zakładu rozważającego modernizację-górnego zbiornika:Podczas pracy na innej konstrukcji wybór materiału nie zależy wyłącznie od odporności chemicznej i-gęstości kosztowej.

ROZDZIAŁ 6

Wyniki: zmętnienie poniżej 1,0 NTU-bez dodawania ani jednego wata

Modernizację oddano do użytku w styczniu 2024 r. Dane operacyjne z pięciu miesięcy (luty – czerwiec 2024 r.) potwierdziły, że projekt spełnił swoje cele:

Oto część, która ma największe znaczenie dla kierowników zakładów:Całą tę poprawę osiągnięto bez dodawania jakiejkolwiek formy zużycia energii.Strefa sedymentacji nachylonej płyty działa wyłącznie grawitacyjnie. Porównaj to ze zbiornikiem flotacyjnym, który zastąpił-pracujące sprężarki powietrza, pompy recyrkulacyjne i napędy skimmerów działające 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu. Modernizacja nie tylko poprawiła jakość wody; wyeliminowało to główną pozycję kosztów operacyjnych.

Pojawił się jeden problem operacyjnywarto o tym pamiętać dla każdego, kto planuje podobną modernizację. Przed modyfikacją sporadyczna piana chemiczna lub piana pływająca na końcu osadnika po prostu opadała do rynien zbiorczych i spływała do filtrów. Po modernizacji nowe otwory dystrybucyjne znajdują się poniżej powierzchni wody.-Powłona powierzchniowa nie może się wydostać i gromadzi się na końcu zbiornika. Nie ma to wpływu na jakość ścieków, ale jest nieestetyczne. Obecnie zakład radzi sobie z tym metodą ręcznego usuwania, a później może dodać sprzęt do szumowania powierzchniowego. Mały szczegół, ale taki, który ułatwia lub utrudnia życie operatorom.

Rysunek 1 Układ modernizacji: Zbiornik sedymentacyjny z przepływem poziomym + strefa sedymentacji z nachyloną płytą z przepływem bocznym (faza II, pociąg o przepustowości 50 000 m³/d)

Rysunek 2 Pochylone zespoły płytowe wewnątrz przebudowanego zbiornika flotacyjnego - 2 Jednostki, materiał ABS, odstęp między płytami 80 mm

ROZDZIAŁ 7

Czego ten projekt uczy nas na temat modernizacji sedymentacji

Ten projekt nie jest jednorazowy.- Zakłady na całym świecie stoją w obliczu tej samej sytuacji: stara jednostka procesowa, która kiedyś służyła określonemu celowi, obecnie zużywa energię i zapewnia wartość marginalną, znajdując się na cennym zbiorniku, który mógłby zdziałać więcej. Modernizacja Kunshan oferuje pięć możliwych do przeniesienia lekcji:

1. Przepływ boczny przewyższa przepływ w górę, co zapewnia drobne kłaczki.Kiedy cząsteczki są już małe i lekkie, nie walcz z grawitacją,-użyj-oddzielenia z przepływem krzyżowym, w którym woda porusza się poziomo, a cząstki osiadają pionowo przy minimalnych zakłóceniach.

2. Jednolitość dystrybucji wpływa na wydajność osadników lub je zakłóca.Niezależnie od tego, czy wybierzesz rurki, czy płytki, jeśli rozkład na wlocie jest nierówny, otrzymasz zlokalizowane-strefy dużej prędkości, z których uciekają cząstki. Zespół Kunshan miał obsesję na punkcie tych-16 starannie dobranych otworów, stref stabilizacji wlotu i stabilizacji wylotu – i to się opłaciło.

3. Gęstość materiału ma znaczenie w przypadku modernizacji-topów zbiorników.Płyty ABS o gęstości bliskiej-wody i nachyleniach z lekkiego betonu pozwoliły utrzymać wagę modernizacji-neutralną. To nie jest tylko przypis inżynierski-to różnica między projektem wykonalnym a takim, który odrzuci inżynier konstrukcyjny.

4. Eliminacja zużycia energii jest równie cenna, jak poprawa jakości ścieków.Sprężarki i pompy zbiornika flotacyjnego stale zużywały koszty operacyjne. Pochylony osadnik płytowy działa na zasadzie grawitacji. W ciągu pozostałych 20 lat żywotności instalacji same oszczędności energii prawdopodobnie przekroczą koszt modernizacji.

5. Nie ma uniwersalnego szablonu.To, co sprawdziło się w Kunshan-przekształceniu zbiornika flotacyjnego w osadnik z pochyłą płytą-może nie mieć zastosowania w Twoim zakładzie. Inna woda surowa, inna geometria zbiornika, różne ograniczenia. Metodologia (ocena, porównanie, pilotaż, weryfikacja) jest uniwersalna. Konkretne rozwiązanie nie jest.

W przypadku zakładów rozważających podobną modernizację, podejście z pochyłymi płytami (lamelami) oferuje przekonującą propozycję wartości:dodaj efektywny obszar osadzania bez zwiększania powierzchni, popraw jakość ścieków bez dodawania energii i zmień przeznaczenie przestarzałych zbiorników bez większych prac budowlanych.Dzięki odstępom między płytami wynoszącym zwykle 50–80 mm w przypadku zastosowań związanych z wodą pitną i materiałami od PP i PCV po ABS i stal nierdzewną, istnieje konfiguracja pasująca do praktycznie każdej istniejącej geometrii zbiornika.