Részecskeméret és ferde csőülepítő hatásfok: CFD szimuláció megtalálja a 80 μm-es küszöböt

Tudja, hogy a csőülepítő eltávolítja a lebegő szilárd anyagokat. De tudja, hogy valójában mely méreteket távolítja el -, és mely méretek csúszik át, függetlenül attól, hogy milyen jól van megtervezve a tartály? Egy valós 1000 m³/d számláló-áramú ferde csőülepítő CFD-szimulációjával Anhui tartományban a kutatók modellezték a részecskék viselkedését30-120 μmtényleges működési körülmények között. Az eredmény egy egyértelmű küszöb: 80 μm alatt a részecskeméret alig számít az eltávolítás szempontjából. 80 μm felett a hatásfok megemelkedik. Ha a koaguláns nem termel pelyheket a küszöbérték felett, akkor a ferde csövek nem azt teszik, amiért fizetett.

MIÉRT A CFD - ÉS MIÉRT EZ A TARTÁLY

A ferde csőülepítőkkel kapcsolatos legtöbb tanulmány az áramlási mintákra - összpontosít, optimalizálják a tartály méreteit, csökkentik a holt zónákat és simítják a sebességeloszlást. Kevesen tették fel a szennyvíz minősége szempontjából legfontosabb kérdést:adott részecskeméret-eloszlás mellett mit távolítanak el valójában?Mivel a különböző átmérőjű részecskék eltérő ülepedési sebességgel rendelkeznek, a befolyó lebegő szilárd anyagok részecskeméret-eloszlása ​​közvetlenül szabályozza a tartály által elérhető ülepedési hatékonyságot.

Ennek megválaszolására a kutatók astandard k-ε turbulencia modell(az áramlási mezőhöz) párosítva aTöbbfázisú keverék modell(a szilárd-folyadék két-fázisú viselkedéshez) - egy olyan kombináció, amely jól-alkalmas a turbulens, részecske-terhelt áramlás szimulálására egy működő csőülepítő belsejében.

A teszteset egy valódi ellenáramú-ferde csőülepítő volt egy Anhui tartományi vízműben, a következő tervezési és működési paraméterekkel:

1. EREDMÉNY: A RÉSZECSKÉSZEK KONCENTRÁCIÓJA - ÉS MIÉRT FONTOS

Öt részecskeátmérőt szimuláltak:30, 50, 80, 100 és 120 μm. Mindegyiknél megvizsgáltuk a lebegő szilárd anyagok függőleges eloszlását az átlagos térfogathányad különböző magasságú keresztmetszeteken való ábrázolásával (2. ábra).

A koncentrációprofilokból három minta rajzolódik ki:

1. Minden részecskeméret ugyanazt az általános tendenciát követi.A koncentráció{0}}magasság{1}}görbe általános alakja az átmérőtől függetlenül hasonló. A tartály fizikája - a négy-zónás szerkezet, az áramlási út, a turbulenciamintázat - közös koncentrációs profilt ír elő.

2. A cső bemeneténél (~1,5 m magasságban) a koncentráció erősen megugrik a nagyobb részecskék esetében.Ez az átmeneti zóna, ahol az áramlás belép a ferde csövekbe. A turbulencia és a keveredés magas koncentrációjú régiót hoz létre, amely elősegíti a részecskék érintkezését és a pelyhesedést -, ami pozitív hatással van a szilárd-folyadék elválasztásra. Minél nagyobb részecskék lépnek be ebbe a zónába, annál kifejezettebb a koncentrációs tüske.

3. A tartály alján és a szennyvíz keresztmetszetében- a részecskeméret határozza meg az eredményt.Az iszapzóna közelében az átlagos térfogathányad részecskemérettel növekszik - további nagy részecskék ülepednek ki és halmozódnak fel ott, ahol kell. A szennyvíz keresztmetszetén- az átlagos térfogathányadcsökkena részecskeméret növekedésével - kevesebb nagy részecske távozik. Az összefüggés egyértelmű:nagyobb részecskék → több ülep → tisztább szennyvíz.

2. EREDMÉNY: A 80 μm-ES KÜSZÖBÉR

Az η eltávolítási hatékonyság a következőképpen definiálható:

ahol C_bemeneta befolyó SS koncentrációja (kg/m³) és C_kimeneta szennyvíz SS koncentrációja (kg/m³).

A 3. ábra az eltávolítási hatékonyság és a részecskeátmérő közötti összefüggést mutatja adott befolyási körülmények között (295 mg/L SS, 1050 kg/m³ sűrűség, 0,02001 Pa·s viszkozitás). A görbe nem lineáris -, külön térde van.

Az adatok két rezsimről árulkodnak:

Az ok hidraulikus: a 80 μm alatti részecskék ülepedési sebessége elég kicsi ahhoz, hogy a csövekben felfelé irányuló áramlás képes legyen azt végrehajtani, függetlenül attól, hogy a tartály milyen jól van kialakítva. 80 μm felett az ülepedési sebesség egy szélesedő résszel megelőzi a felfelé irányuló sebességet, és az eltávolítás hatásossá válik. A 80 μm-es küszöb a tartály geometriájára és működési feltételeire (40 mm-es csőátmérő, 60 fokos dőlés, 0,1 m/s bemeneti sebesség) - specifikus, de az elv széles körben érvényes:minden csőülepítőnek van egy kritikus részecskemérete, amely alatt az eltávolítás gyenge, és ezt a méretet a csövek felfelé irányuló sebessége határozza meg..

MIT JELEN EZ AZ ÖN NÖVÉNYÉNEK

1. A koaguláns adagolásnak van egy célja, és ez 80 μm.A koaguláció és flokkuláció célja - a töltés semlegesítésén és az áthidaló részecskéken - túl az, hogy a pelyheket túllépje a kritikus méreten, ahol a csőülepítő képes felfogni azokat. A tégelytesztnek meg kell erősítenie, hogy a kialakult pelyhek meghaladják az adott tartálygeometriához tartozó küszöbátmérőt.

2. Ha a szennyvíz zavaros, és a pelyhek mérete a küszöbérték alatt van, akkor nem a csövek okozzák a problémát - a flokkulációs szakasz az.További csövek hozzáadása vagy a felfelé irányuló sebesség csökkentése csak kis mértékben segít. De az igazi megoldás az áramlás irányában van: jobb flokkuláció a nagyobb, sűrűbb részecskék előállításához, amelyeket a meglévő csövek képesek felfogni.

3. A kritikus méret tank-specifikus.Ez a szimuláció 80 μm-t talált egy 40 mm-es csőnél 60 fokos szögben, 0,1 m/s bemeneti sebesség mellett. Kisebb csőátmérő, laposabb szög vagy kisebb felfelé irányuló sebesség lefelé tolná el a küszöböt -, ami azt jelenti, hogy a kisebb részecskék eltávolíthatóvá válnak. Ezért a csőgeometria és a hidraulikus terhelés nem csupán tervezési paraméterek; közvetlenül beállítják azt a minimális részecskeméretet, amelyet a telepes képes kezelni.

4. A CFD szimuláció egy gyakorlati tervezési eszköz, nem pedig tudományos gyakorlat.Az itt használt k-ε + keverékmodell kombináció bármilyen tartálygeometriára és működési körülményre képes megjósolni a részecskeméret-eltávolítási hatékonysági görbét. Építés vagy utólagos felszerelés előtt a szimuláció választ adhat arra a kérdésre, hogy az empirikus tervezési szabályok nem képesek:ez a tartály eltávolítja a részecskéket a nyers vizemből?