Разпределение на водата в тръбния утаител и проектиране на изпускане на утайки: Практическо инженерно ръководство за утаителни резервоари

Ако проектирате нов утаителен резервоар за тръбен утаител или отстранявате неизправности в такъв с недостатъчна производителност, два фактора ще определят вашите резултати повече от всеки друг:разпределение на водата на входаиизхвърляне на утайки от дъното. Ако сгрешите някоя от двете, последствията са незабавни - късо съединение, неравномерно утаяване, натрупване на утайки и качество на отпадъчните води, което не отговаря на стандартите за изпускане, независимо от това колко високо качество са вашите тръбни среди. Това ръководство разглежда ключовите принципи на проектиране и методите за изчисление за двете системи, като използва реален инженерен пример, за да приложи числата на практика.

Защо тръбните утаители осигуряват изключителна ефективност

Тръбните утаители предлагат един от най-рентабилните методи за увеличаване на капацитета за пречистване на съществуващ седиментационен басейн. Основният принцип е елегантно прост: ефективната зона на утаяване е напълно независима от площта на пода на резервоара - вместо това зависи отобща хоризонтално проектирана площ на наклонените тръбни модули. Това означава, че можете драстично да увеличите капацитета за утаяване, без да разширявате отпечатъка на вашия резервоар.

Когато тръбите са монтирани под ъгъл от 60 градуса, всеки кубичен метър обем на тръбата осигурява приблизително11 до 15 м²ефективна площ на утаяване. Това се превежда като до8 до 10 пъти площта на подана резервоара. Разстоянието на утаяване във всеки тръбен канал е само няколко сантиметра - в сравнение с няколко метра в конвенционален пречиствател - което означава, че частиците достигат събирателната повърхност много по-бързо.

Също толкова важен е хидравличният режим вътре в тръбите. Условията на ламинарния поток, като числата на Рейнолдс обикновено остават под 500, позволяват скоростта на хидравлично натоварване за единица ефективна площ на утаяване да бъдезначително по-висока от конвенционалната седиментация. Но това теоретично предимство се превръща в производителност в реалния свят само когато хидравликата е проектирана правилно - по-специално, когато потокът се разпределя равномерно по цялото напречно сечение на тръбния утаител и утайката се отстранява напълно и навреме.

Проектиране на разпределението на водата - Постигане на правилния поток

Цели на дизайна на входа

Входната система за тръбен утаителен резервоар изпълнява две критични функции, които директно определят цялостната производителност. Първо, трябваразсейват кинетичната енергияна входящия поток - ако турбуленцията проникне в зоната на утаяване, тя нарушава покритието на утаената утайка, повторно суспендира частиците и подкопава всичко, което тръбите са предназначени да постигнат. Второ, той трябва да разпределя потока възможно най-равномерно по цялото напречно сечение на тръбните модули. Неравномерното разпределение създава локализирани високоскоростни зони, които пренасят твърди вещества през тръбите, преди да могат да се утаят.

Обичайните конфигурации на входа, използвани на практика, включват:перфорирани преградни стенис равномерно разположени отвори (най-широко използваната и надеждна опция за правоъгълни резервоари), потопени входни тръби с множество разпределителни отвори, разпределителни странични входове отдолу с обърнати нагоре портове и входни канали с прегради с V-образен прорез. Изборът зависи от геометрията на резервоара, скоростта на потока и пространствените ограничения, но перфорираната преградна стена е отправната точка по подразбиране за повечето общински проекти.

Ключови параметри на дизайна

Единственият най-важен хидравличен показател за входовете на тръбния утаител ескорост на приближаване- скоростта на потока нагоре, когато водата навлиза в долната повърхност на тръбните модули. За повечето общински приложения, пречистващи повърхностни води или вторични отпадъчни води, приближавайте скоростите на5 до 15 mm/sосигурява оптимална производителност. Скорости под 5 mm/s рискуват да позволят утайката да се утаи в самата разпределителна зона, създавайки мъртви зони, които намаляват ефективния обем. Скорости над 20 mm/s рискуват да нарушат покритието на утайката и да пренесат частици от флокулите в тръбните канали, преди да могат да се утаят.

Дизайн на преграда за разсейване на енергия

Поставена единична преградна стена0,8 до 1,5 mот входната стена, с равномерно разпределени отвори (обикновено50 до 100 mm диаметърпри200 до 400 мм разстояние), осигурява ефективно разсейване на входната енергия за повечето правоъгълни резервоари. Проектната скорост на отвора трябва да е насочена0,15 до 0,25 m/sпри среден дневен поток - достатъчно бързо, за да се предотврати утаяване в дупките, достатъчно бавно, за да се избегне струя. Общата отворена площ на всички дупки заедно трябва да бъде15 до 25%от площта на преградната стена. Важен детайл, който често се пренебрегва: осигурете aРазстояние от 200 до 300 mmв долната част на преградата за преминаване на утайки. Без тази празнина утайката се натрупва зад преградата, намалявайки активния обем и в крайна сметка създавайки анаеробни условия.

Изисквания за равномерно разпределение

Една добре проектирана входна система трябва да постигне равномерно разпределение на потока от поне85 до 90%, което означава, че дебитът на единица площ варира с по-малко от 10 до 15% от средната стойност в напречното сечение на резервоара. Най-често срещаните причини за лошо разпределение включват: входът е поставен твърде близо до тръбните модули (по-малко от 0,5 m разстояние), недостатъчна отворена площ на преградата (под 10% от площта на стената) и асиметрична геометрия на резервоара, която не е отчетена при оразмеряването на отделния порт. Правоъгълните резервоари с един страничен вход са особено уязвими към последното - портовете, които са най-близо до входа, получават непропорционално по-голям поток, освен ако не са индивидуално оразмерени.

Конструкция за изхвърляне на утайки – не позволявайте да се натрупват твърди вещества

Защо изхвърлянето на утайки има значение

Ефективното отстраняване на утайки от тръбен утаителен резервоар е също толкова критично, колкото и правилното разпределение на входа - и може би е по-често пренебрегваното от двете. Когато утайката се натрупва безконтролно, това причинява каскада от проблеми: ефективният обем на утаяване се свива, развиват се анаеробни зони и генерират газове, които могат да причинятфлотация на утайки(повдигане на утаените твърди частици обратно в суспензия) и ако покривалото от утайки се издигне достатъчно високо, то може физически да запуши долните отвори на тръбните модули. След като това се случи, единственото решение е източването на резервоара и ръчното почистване - скъп и разрушителен процес. Една добре проектирана система за събиране и изхвърляне на утайки трябва да премахва утаените твърди частици или непрекъснато, или на чести, кратки интервали.

Геометрия на бункера за утайки

Повечето тръбни утаителни резервоари използват една от двете конфигурации за събиране на утайки. Първите употребимножество конични или пирамидални бункери, обикновено с дълбочина от 1,0 до 1,5 m със странични наклони от най-малко 60 градуса - този ъгъл е от решаващо значение, за да се гарантира, че утайката се плъзга надеждно към дъното на бункера, вместо да полепва по стените. Втората конфигурация използва aплоско или леко наклонено дъно с механичен скрепер за утайкии централно събирателно корито. За резервоари с дъно на бункер хоризонталното разстояние на утайката, което трябва да измине по пода, за да достигне бункер, трябва да бъде сведено до минимум - в идеалния случай по-малко от3 до 4 метра. По-дългите разстояния на пътуване позволяват твърдите частици да се уплътнят и да се залепят за пода, нарушавайки целта на дизайна на бункера.

Изборът на конфигурация зависи от формата на резервоара: кръглите резервоари обикновено използват въртящ се скрепер с периферно събиране на утайки, правоъгълните резервоари използват или множество бункери, разположени по дължината, или движещ се мостов скрепер. Подходът с множество бункери е по-често срещан за по-малки правоъгълни резервоари, тъй като няма движещи се части и изисква по-малко поддръжка.

Клапани и тръбопроводи за изпускане на утайки

Тръбите за изхвърляне на утайки трябва да имат минимален диаметър от150 mmда устои на запушване. Наклонът на тръбата трябва да бъде най-малко2% към точката на изпускане. Типът вентил е изключително важен: винаги използвайтепълнопроходни вентиликато шибър, щепсел или щипка. Никога не използвайте сферични или дроселни клапи при обслужване на утайки – те създават вътрешни ограничения на потока, които улавят твърди частици и лесно се запушват. Автоматизираните вентили (пневматични или електрически) с периодично изпразване, контролирано от таймер, са силно препоръчителни пред ръчните клапани. Ръчното изтегляне на утайки зависи от усърдието на оператора, което варира от смяна на смяна, а непоследователното изхвърляне е една от водещите причини за проблеми с натрупването на утайки.

Оперативни насоки за постоянни резултати

Изхвърляне на утайки на базата на aредовен график на таймеравместо ръчната преценка постоянно дава най-добри резултати. Започнете с кратки, чести интервали на изпразване - напр.15 до 30 секунди на всеки 15 до 30 минути- и регулиране въз основа на измерената концентрация на утайка. Целева концентрация на утайка от1 до 3% твърди веществав изпускателния поток; концентрации под 1% предполагат, че губите твърде много вода (отваряне на клапани твърде често или за твърде дълго), докато концентрации над 3% показват недостатъчна честота на изпразване.

Наблюдавайте ежедневно нивото на утайката с помощта на преносим детектор за утайка. Целевото ниво на одеялото трябва да бъде0,3 до 0,5 m под дъното на тръбните модули. Ако одеялото се издига на по-малко от 0,3 m, увеличете честотата или продължителността на разреждането. Ако падне много под 0,5 m и концентрацията на изхвърляне е ниска, вероятно губите ненужно пречистена вода.

Работен пример - 10,000 m³/d Тръбен утаителен резервоар

За да приложите принципите на проектиране на практика, ето един пълен пример за обработка на правоъгълен тръбен резервоар за утаител10,000 m³/dна битовите отпадъчни води.

Входни данни за проектиране

Изчисления на дизайна на входа

Скоростта на приближаване се изчислява като скоростта на потока, разделена на площта на плана на утаителя на тръбата: 417 m³/h, разделено на (10 m x 5 m), е равно на8,34 m/h, или приблизително 2,3 mm/s. Това попада удобно в препоръчителния диапазон от 5 до 15 mm/s, макар и леко в долния край - което означава, че има място за увеличаване на потока в бъдеще, ако е необходимо.

За преградната стена: площта на стената е 6 m широка x 4,5 m дълбочина =27 m². При 20% съотношение на отворената площ необходимата открита площ е5.4 m². Използвайки отвори с диаметър 75 mm (площ на всеки отвор=0.0044 m²), необходимият брой отвори е 5,4, делено на 0,0044, което се равнява на приблизително1220 дупки. Разпределено върху площ от 6 m x 4,5 m, това дава приблизително150 mm x 150 mm разстояниемежду дупки.

Скоростта на дупката при среден поток е 0,116 m³/s делено на 5,4 m² =0,021 m/s (приблизително 0,02 m/s). Това е значително под препоръчителната цел от 0,15 m/s, което означава, че дупките са прекалено големи за скоростта на потока. За да коригирате това, помислете за намаляване на броя на дупките (до приблизително 170 дупки, което ще даде скорост, по-близка до 0,15 m/s) или намаляване на диаметъра на дупката, за да увеличите скоростта, като същевременно поддържате равномерно разпределение.

Дизайн на бункер за утайки

Осигуретечетири бункера по дължината на резервоара- по един на всеки 3 метра - всекиДълбочина 1,2 м със странични наклони от 60 градусаза осигуряване на надеждно плъзгане на утайката. Всеки бункер трябва да бъде оборудван с a150 mm пневматично задвижван щепселен вентилна управление на таймера. Препоръчителната последователност на работа е периодично изпразване на20 секунди на всеки 20 минути, като се върти през бункерите последователно, така че само един бункер да се разтоварва във всеки даден момент. Това предотвратява хидравличен удар на системата, като същевременно поддържа последователно отстраняване на утайки.

Заключение

Разпределението на водата и изхвърлянето на утайки са двата най-пренебрегвани аспекта на дизайна на тръбния утаител - и те също са сред най-честите причини за недостатъчна производителност в полето. Ключовите принципи на проектиране са ясни и добре установени: разпределете равномерно потока по цялото напречно сечение на утаителя на тръбата, насочете скорост на приближаване между 5 и 15 mm/s, осигурете 15 до 25% преграда за отворена площ за разсейване на енергията, отстранете утайката по надежден график на таймера с помощта на вентили с пълен отвор и поддържайте наклони на тръбите над 2%. Проверете ефективността чрез рутинно наблюдение на нивото на покривалото на утайката - в идеалния случай поддържайте покривалото на 0,3 до 0,5 m под входовете на тръбния модул. Инсталациите, които инвестират инженерни усилия, за да направят тези фундаментални правилни, ще видят пълната полза от своята инвестиция в тръбен утаител: по-висок капацитет за пречистване без разширяване на отпечатъка, по-добро качество на отпадните води, което отговаря на затягащите се стандарти за изпускане, и значително по-малко главоболия при работа.