Az üledékleválasztást, mint egységműveletet régóta használják a vízkezelés szabályozásában, és viszonylag praktikus vízkezelési technológia. Az üledékleválasztó hatás javítása érdekében használat közben gyakran ferde lemezeket vagy ferde csöveket szerelnek be az ülepítő zónába, így a sekély réteg elve alkalmazható, kihasználva a nagy területet és a magas elválasztási hatékonyságot. Az alkalmazás során felmerülő problémák azonban ritkán keltették fel a figyelmet. Ez a cikk az alkalmazás során felmerülő kulcsfontosságú problémák elemzésére összpontosít, és referenciaként ajánl megfelelő megoldásokat.
1. A DÖNTÉSŰ CSŐTELEPÍTŐK ALKALMAZÁSA KÖZBEN ELŐADÓ PROBLÉMÁK
Ha a vízeloszlás a ferde csőülepítő bemeneténél nem egyenletes, komoly turbulencia lép fel a folyadék mozgásában a bemenet közelében. Ez rendkívül nagy helyi áramlási sebességet okoz a bemenetnél, és a korábban a ferde csöveken lerakódott iszap ismét felemelkedik.
A ferde csőülepítő belső helyzetét normál működés közben az 1. ábra mutatja.
Az 1. ábrán látható, hogy a vízfolyásnak és az iszapáramlásnak is megvan a maga útja. Ha a normál működés hosszú ideig folytatódik, az iszapáram mozgása alapvetően közel áll a dinamikus egyensúlyhoz:
ekkor a szennyvíz SS eltávolítási hatékonysága jó.
Ha azonban az áramlás eloszlása a bemenetnél nem elég egyenletes, akkor egyes csőbemeneteknél az áramlási sebesség túl nagy lesz, ami komoly turbulenciát és a szennyvíz minőségének romlását okozza.
2. A PROBLÉMA FOLYADÉKMECHANIKAI ELEMZÉSE
A teljes kedvezőtlen folyamat során a folyadék a 2. ábrán látható helyzetet fogja mutatni.
A fenti jelenség okait a következő szempontok szerint elemezzük.
2.1 A kedvezőtlen helyzet hidraulikus elemzése
Valójában a víz és az iszap felfelé és lefelé áramlása a ferde csövekben megközelítőleg fluidizációs jelenségnek tekinthető. Tegyük fel, hogy v a víz felszíni sebessége a csövekben, u1 a víz tényleges sebessége az iszapszemcséken, és ε az (iszaprészecske-réteg) üres része. Ezután u₁=v/ε, a 3. ábrán látható módon.
Ha a lebegő szilárd anyagok üreg hányada kicsi, akkor a víz tényleges sebessége a részecskerétegen viszonylag nagy. Ha a részecskék ülepedési sebességét fix értékként ismerjük ukészlet, a fluidizáció különböző szakaszainak elmélete szerint, amikor a víz tényleges sebessége a részecskerétegen u₁=ukészlet, a fluidizált állapot fix ágyas állapotú, stabil ε hézagfrakcióval. Amikor u₁ > ukészlet, az eredeti ε üreg tört megtörik, ami az üres frakció növekedését okozza. A ferde csőülepítő esetében ez azt jelenti, hogy a részecskék felemelkednek, ami csökkenti az elválasztás hatékonyságát.
2.2 Reszuszpendált iszapszemcsék különböző ülepedési sebességének elemzése különböző állapotokban
Az újraszuszpendált iszapszemcsék ① egyedi részecskék és ② különböző méretű részecskeklaszterek formájában léteznek (ε' üres frakcióval). Az egyes részecskék ülepedési sebességi képlete szerint a Stokes-törvény tartományában:
A részecskeklaszterek ülepedési sebességére Steinour empirikus kapcsolata szerint:
ahol:
vt, csoport- részecskeklaszterek ülepedési sebessége, m/s;
t - beállási idő, s;
g - gravitációs gyorsulás, m/s²;
ρs, ρL- részecske és folyadék sűrűsége, kg/m³;
Dp- részecskeátmérő, m;
μ - dinamikus viszkozitási együttható, kg/(m·s);
ε - üres tört.
Mivel 0 < ε² < 1 és 0 < 10-1.82(1-ε)< 1, ebből következik, hogy ε²·10-1.82(1-ε)< 1, tehát vt, csoport< vt.
Az üledékképződés elmélete és a fenti bizonyítékok szerint az újraszuszpendálást követően a részecskeklaszterek kisebb valószínűséggel ülepednek, azaz könnyebben elszállítják őket a vízáramlás, csökkentve az ülepedési hatékonyságot.
2.3 Áramlási jellemzők kedvezőtlen állapotban
A 2. ábrán látható kedvezőtlen helyzet bekövetkezésekor az ülepítő vízfelületére nézve az áramlási eloszlás a 4. ábrán látható módon jelenik meg.
A 4. ábrán látható módon három zóna jelenik meg a vízfelszínen: ① egy viszonylag nyugodt zóna, ② egy átmeneti zóna és ③ egy erős turbulencia zóna. Az erős turbulenciazónában súlyos esetekben a vízfelület kis ívekbe is kidomborodhat. Az SS koncentráció itt rendkívül magas, majdnem megegyezik a befolyóéval.
2.4 Helyszíni teszteredmények a fenti elemzésen alapuló javítás után
Egy bizonyos szennyvízkezelési projektben a fenti probléma miatt a szennyvíz meglehetősen zavaros volt. A vízeloszlás egyenletessé tételét szolgáló hidraulikai elemzés és mérnöki korrekció után a pelyhek felemelkedésének jelensége már nem jelent meg a szennyvízben. A vizsgálati eredményeket az 1. táblázat tartalmazza.
1. táblázat Egy adott üzem szennyvizének KODcr vizsgálati eredményei
| Vízminta tétel | Befolyó CODcr/(mg·L⁻¹) | Elfolyó CODcr/(mg·L⁻¹) | Eltávolítási arány/% |
| 1 | 1272 | 261 | 79.5 |
| 2 | 1153 | 245 | 78.7 |
Az 1. táblázatból látható, hogy a korrekciót és az egyenletes vízeloszlást követően a CODcr eltávolítási arány viszonylag magas szintet ért el.
3. TÖBB FONTOS FIGYELMEZTETÉS A DÖNTÉSŰ CSŐTELEPÍTŐKÉN
3.1 Különféle részecskék elemzése
Különböző részecskék esetében, mint például a homok ülepítése, a nyomtatási és festési szennyvíz pelyhes ülepedése és a szénszuszpenzió ülepedése, a részecskesűrűség, az alak és az üregfrakció különbségei miatt különbségek vannak az ülepedésben. A homokszemcsék viszonylag nagy sűrűségűek és kis méretűek, ezért gyorsan leülepednek. A nyomtatási és festési szennyvízből származó pelyhek viszonylag kis sűrűségűek, vízközeli, nagy alakúak és nagy a hézagfrakciójuk, ezért lassan ülepednek. A szénszuszpenzió a kettő közé esik. Ezért a homok ülepítésnél az áramlási ingadozások hatása viszonylag kicsi, míg a nyomdai és festő szennyvíz esetében az áramlási ingadozások hatása viszonylag nagy. Így a különböző részecskék eltérő követelményeket támasztanak az áramláselosztással szemben. A szennyvíz nyomtatásához és festéséhez az áramlás eloszlásának a bemenetnél viszonylag egyenletesnek kell lennie.
3.2 A ferde csőülepítők egyenletesebb vízelosztást igényelnek
Mivel az ülepítőben ferde csövek (általában 35 mm, 50 mm átmérőjűek) vannak elhelyezve, amikor a csövek alatti hidraulikus eloszlás nem egyenletes, a ν=Q/A miatt az áramlási sebesség egyes csövekben túl nagy lesz, ami a pelyhek felemelkedését okozza, ami a csövek nélkülinél is rosszabb kifolyó minőséget eredményez. Ezért a vízeloszlásnak a ferde csőülepítőkben egyenletesebbnek kell lennie, mint a közönséges ülepítő tartályokban.
3.3 A ferde csövek beépítési iránya ellentétes legyen a beáramlási iránnyal
Az a folyamat, amikor a víz a bemeneti csőből az ülepítőbe jut, az áramlási keresztmetszet{0}} hirtelen megnövekedésével jár. Ezért az áramlás rövid ideig változik. A változás elkerülése érdekében a ferde csövek beépítési irányának ellentétesnek kell lennie a beáramlási iránnyal. Ez mérsékelheti az áramlás hirtelen változásának a pelyhek ülepedési hatékonyságára gyakorolt hatását.