Проблеми са нагнутим таложењем цеви: Анализа механике флуида неправилне дистрибуције протока, ресуспензије муља и како то поправити

Одвајање седиментације, као јединична операција, дуго се користи у контроли третмана воде и релативно је практична технологија за пречишћавање воде. Да би се побољшао ефекат одвајања седиментације, нагнуте плоче или нагнуте цеви се често постављају у зону таложења током употребе, тако да се може применити принцип плитког слоја, користећи предност велике површине и високе ефикасности одвајања. Међутим, проблеми који се јављају током примене ретко су привлачили пажњу. Овај рад се фокусира на анализу кључних проблема који се јављају током примене и предлаже одговарајућа решења за референцу.

1. ПРОБЛЕМИ КОЈИ СЕ ЈАВЉАЈУ ТОКОМ ПРИМЕНЕ КОСИХ ЦЕВИ ЗА ОДЛАГАЊЕ

Ако расподела воде на улазу косих цевних таложника није равномерна, доћи ће до озбиљне турбуленције у кретању течности у близини улаза. Ово узрокује изузетно високу локалну брзину протока на улазу, што доводи до тога да се муљ претходно депонован на косим цевима поново диже.

Унутрашња ситуација косог цевног таложника током нормалног рада приказана је на слици 1.

Са слике 1 може се видети да ток воде и ток муља имају своје путање. Ако се нормалан рад настави дуго времена, кретање тока муља је у основи близу динамичке равнотеже:

у овом тренутку ефикасност уклањања СС отпадних вода је добра.

Међутим, ако дистрибуција протока на улазу није довољно равномерна, брзина протока на неким улазима цеви постаје превисока, изазивајући озбиљне турбуленције и погоршање квалитета ефлуента.

2. МЕХАНИКА ФЛУИДА АНАЛИЗА ПРОБЛЕМА

Током читавог неповољног процеса, течност ће испољавати ситуацију приказану на слици 2.

Разлози за горе наведени феномен се анализирају са следећих аспеката.

2.1 Хидрауличка анализа неповољне ситуације

У ствари, узлазни и силазни ток воде и муља у нагнутим цевима може се сматрати приближним феноменом флуидизације. Претпоставимо да је в површинска брзина воде кроз цеви, у₁ је стварна брзина воде кроз честице муља, а ε је удио празнине (слоја честица муља). Затим у₁=в/ε, као што је приказано на слици 3.

Ако је удио празнине суспендованих чврстих материја мали, стварна брзина воде кроз слој честица је релативно велика. Ако је брзина таложења честица позната као фиксна вредност у_сет, према теорији различитих фаза флуидизације, када је стварна брзина воде кроз слој честица у₁=у_сет, флуидизовано стање је у фази фиксног слоја са стабилном фракцијом празнина ε. Када је у₁ > у_сет, првобитни удео празнине ε је прекинут, што доводи до повећања удела празнине. За косо цевно таложење, то значи да се честице дижу, смањујући ефикасност одвајања.

2.2 Анализа различитих брзина таложења ресуспендованих честица муља у различитим стањима

Ресуспендоване честице муља постоје у облику ① појединачних честица и ② кластера честица различитих величина (са фракцијом празнине ε'). Према формули брзине таложења за појединачне честице у области Стоксовог закона:

За брзину таложења кластера честица, према емпиријском односу Стеинора:

где:

v_{т,гроуп}- брзина таложења кластера честица, м/с;

т - време поравнања, с;

г - гравитационо убрзање, м/с²;

ρ_s, ρ_L- густина честица и течности, кг/м³;

D_p- пречник честице, м;

μ - коефицијент динамичког вискозитета, кг/(м·с);

ε - празни разломак.

Пошто је 0 < ε² < 1 и 0 < 10^-1.82(1-ε)< 1, следи да је ε²·10^-1.82(1-ε)< 1, дакле в_{т,гроуп}< в_t.

Према теорији седиментације и горе наведеном доказу, након ресуспендовања, мања је вероватноћа да ће се кластери честица таложити, односно лакше се однесу током воде, смањујући ефикасност седиментације.

2.3 Карактеристике протока у неповољном стању

Када дође до неповољне ситуације приказане на слици 2, гледајући доле на површину воде таложника, дистрибуција протока се појављује као на слици 4.

Као што је приказано на слици 4, на површини воде се појављују три зоне: ① релативно мирна зона, ② прелазна зона и ③ зона јаке турбуленције. У зони јаке турбуленције, у озбиљним случајевима, површина воде може чак и да се избочи у мале закривљене лукове. Концентрација СС овде је изузетно висока, скоро иста као и инфлуентна.

2.4 -резултати тестирања на лицу места након исправке на основу горње анализе

У одређеном пројекту пречишћавања отпадних вода, због горе наведеног проблема, ефлуент је био прилично мутан. Након хидрауличне анализе и инжењерске корекције како би дистрибуција воде била уједначена, феномен пораста флокула се више није јављао у ефлуенту. Резултати испитивања су приказани у табели 1.

Табела 1 Резултати испитивања ЦОДцр отпадних вода из одређеног постројења

Из табеле 1 се може видети да је након корекције и равномерне дистрибуције воде брзина уклањања ЦОДцр достигла релативно висок ниво.

3. НЕКОЛИКО ТАЧКА КОЈИ СЕ ОБАВЕЗУЈУ ЗА КОСИЈУ ЦЕВИ ЗА ОДЛАГАЊЕ

3.1 Анализа различитих честица

За различите честице, као што су таложење песка, таложење флока отпадних вода за штампање и бојење, и таложење угља, због разлика у густини честица, облику и фракцији празнина, постоје разлике у седиментацији. Честице песка имају релативно велику густину и малу величину, тако да се брзо таложе. Флокови из отпадних вода штампања и бојења имају релативно ниску густину, близу воде, велики облик и високу фракцију празнина, тако да се споро таложе. Угљена каша пада између њих. Дакле, за таложење песка утицај колебања протока је релативно мали, док је за штампање и бојење отпадних вода утицај колебања протока релативно велики. Дакле, различите честице имају различите захтеве за дистрибуцијом протока. За штампање и бојење отпадних вода, расподела протока на улазу мора бити релативно уједначена.

3.2 Нагнуте цеви за таложење захтевају равномернију дистрибуцију воде

Пошто су нагнуте цеви (обично 35 мм, 50 мм у пречнику) постављене у таложник, када хидрауличка дистрибуција испод цеви није равномерна, због ν=К/А, брзина протока постаје превисока у неким цевима, што доводи до пораста флокула, што резултира чак и лошијим квалитетом ефлуентних цеви од оних без цеви. Због тога дистрибуција воде у косим цевним таложницима треба да буде равномернија него у обичним таложницима.

3.3 Смер уградње косих цеви треба да буде супротан смеру улива

Процес уласка воде у таложник из улазне цеви подразумева нагло повећање попречног пресека протока{0}}. Због тога ток пролази кроз кратку промену. Да би се избегла ова промена, смер уградње косих цеви треба да буде супротан смеру дотока. Ово може ублажити утицај нагле промене протока на ефикасност седиментације флокула.