Honeycomb Inclined Tube Settler for River Water Purification: 10-årig kasusstudie ved Wuhan Petrochemical

Honeycomb Inclined Tube Settler for River Water Purification: 10-årig kasusstudie ved Wuhan Petrochemical

Da Wuhan petrokjemiske anlegg først tappet Yangtze-elven som sin råvannskilde, møtte de ekstreme sesongmessige turbiditetssvingninger og den skremmende utfordringen med å møte drikkevannsstandardene uten et dedikert filtreringstrinn. Et tiår senere leverer deres integrerte grit-flokkulerings-sedimentasjonssystem ved bruk av polyetylen bikakeformede rørsettlere konsekvent avløpsturbiditet under 5 NTU. Her er nøyaktig hvordan de gjorde det - og hva deres driftsdata betyr for ditt neste vannbehandlingsprosjekt.

RÅVANNUTfordringen

Wuhans petrokjemiske anlegg trekker råvann direkte fra Yangtze-elven, der turbiditeten svinger dramatisk mellom årstidene. Sommerflomvann bærer ekstremt høye suspenderte stoffer, mens vinterstrømmene faller til relativt lav turbiditet. Det originale behandlingssystemet ble designet som enintegrert grusfjerning, flokkulering og sedimenteringsprosess, rettet mot en turbiditet i avløpet på 20 NTU for industriell bruk. Det ble bygget to parallelle behandlingsenheter, hver på 30,0 m x 9,8 m med en designkapasitet på 2000 kubikkmeter i timen. Den ene enheten var i utgangspunktet utstyrt med skråstilte treplater, den andre med honeycomb-rør av papir. Kritisk, systemetinkluderte ingen nedstrøms filtreringstrinn- settleren med skrårør alene var ansvarlig for å levere den endelige avløpskvaliteten.

SYSTEMDESIGNPARAMETRE

Å forstå konstruksjonen bak denne integrerte tanken avslører hvorfor den yter så pålitelig. Prosessen følger en nøye sekvensert bane:Raw Water --> Coagulant Dosing --> Grit Chamber --> Flocculation --> Sedimentation --> Clear Water Tank --> Pressurization -->Distribusjonsnettverk. Hvert trinn er dimensjonert for å optimalisere en spesifikk behandlingsmekanisme, og designverdiene ble valgt basert på omfattende pilottesting med vann fra Yangtze-elven.

Grit Chamber Design

Kornkammeret måler 12,0 m i lengde og 3,0 m i bredde, med en effektiv dybde på 1,5 m. Ved dimensjonerende flyt på 2000 m³/h, dette gir en strømningshastighet på0.15 m/sog en retensjonstid på ca2 minutter. Denne milde horisontale hastigheten gjør at grov sand og tunge gruspartikler kan sette seg ut mens de bærer lettere suspendert stoff videre inn i flokkuleringsstadiet. Tidlige operasjonelle observasjoner viste at det faktisk begynte å danne seg flokker her, noe som senere viste seg å være betydelig da de mekaniske blanderne ble evaluert for fjerning.

To-flokkuleringssystem

Flokkuleringsprosessen bruker to forskjellige mekanismer i serie. Først, apadle flokkulator(11,5 mx 4,0 mx 3,0 m dybde) med fire mekaniske blandetrinn gir rask innledende blanding med en oppbevaringstid på 4- minutter. Dette var opprinnelig ment for å lage mikro-flokker gjennom høyenergimiksing. Vannet går deretter over i enforvirret flokkuleringskanal- en 82-meter lang serpentinbane med en innløpsbredde på 0,6 m som gradvis utvides til en utløpsbredde på 0,8 m. Ved 3,0 m vanndyp reduseres innløpshastigheten på 0,5 m/s gradvis til 0,3 m/s ved utløpet, noe som lar flokker vokse gjennom forsiktig hydraulisk skjæring over ca.13 minutterav kontakttid.

SPESIFIKASJONER FOR SEDIMENTASJONSTANK OG SKÅRØRSSETTER

Sedimentasjonsbassenget fungerer i opp-strømningsmodus med et overflateareal på 196 m²(20,0 mx 9,8 m). De originale skråplatene i tre målte 1200 mm i lengde med en vertikal høyde på 850 mm, satt i en 60-graders helning med 40 mm plateavstand. Papirbikakerørene inneholdt ensekskantet tverrsnitt-med en innskrevet sirkeldiameter på 50 mm, rørlengde på 800 mm, veggtykkelse på 0,4 mm, og samme 60-graders helningsvinkel, noe som gir en vertikal høyde på 700 mm. Kraftpapiret ble impregnert med fenolharpiks for strukturell integritet.

Under disse designforholdene er den oppadgående strømningshastigheten gjennom settleren2,5 mm/s, med en samlet tankretensjonstid på30 minutterog en oppholdstid innenfor rørbunten på bare7 minutter. Denne ekstremt grunne setningsdybden - bare 40-50 mm mellom skrå overflater - er nøkkelen til settlerens effektivitet. I henhold til sedimenteringsprinsippet for grunne-dybder reduseres sedimentasjonsavstanden fra full tankdybde til avstanden mellom platene, noe som dramatisk forkorter partikkelfangsttiden samtidig som den samme overløpshastigheten opprettholdes.

MEDIA OPPGRADERING: FRA PAPIR BIKAKE TIL PE PLAST

Både de skråstilte treplatene og papirbikekakerørene ga tilfredsstillende behandlingsytelse i løpet av den første driftsperioden (post-1980), med papirbikekakerørene med en liten kant. Felterfaring avslørte imidlertid kritiske materielle begrensninger som drev beslutningen om å oppgradere:

Treplatervar vanskelig å produsere til konsekvente toleranser og hadde kort levetid på grunn av vedvarende våt-tørrsykling som forårsaket vridning og biologisk nedbrytning.Bikakerør av papirled av begrenset holdbarhet, og mer kritisk, fenolharpiksimpregneringen laget demuegnet for bruk med drikkevannpå grunn av potensiell utlekking av organiske forbindelser til det behandlede vannet. Dette var et ikke-omsettelig problem når anlegget forpliktet seg til å oppfylle drikkevannsstandardene.

I 1984 ble alle bosettingsmedier erstattet medbikakerør av polyetylen (PE).. De nye modulene deler samme sekskantede geometri og 60-graders helning, men har en større innskrevet sirkeldiameter på 60 mm, rørlengde på 800 mm og veggtykkelse på 0,5 mm. PE honeycomb-rør gir flere avgjørende fordeler:

For det første er materialetsertifisert ikke-giftig og godkjent for kontakt med drikkevann, eliminerer forurensningsbekymringen som plaget fenolharpiksrørene. For det andre motstår PE både biologisk nedbrytning og kjemisk angrep, altsåingen erstatningssyklusog dramatisk lavere livssykluskostnader. For det tredje viser den glatte, hydrofobe PE-overflatenlav slamvedheft, så akkumulerte faste stoffer glir av under sin egen vekt i stedet for å bygge opp og innsnevre strømningskanalene. Denne selvrensende oppførselen opprettholder jevn hydraulisk kapasitet mellom vedlikeholdsintervallene. For det fjerde gir den sekskantede rørgeometrien enstørre fuktet omkretsenn flate plater med tilsvarende avstand, noe som gir en lavere hydraulisk radius og følgelig lavere Reynolds-tall -, noe som betyr mer stabile laminære strømningsforhold som forbedrer sedimenteringseffektiviteten. Et driftsproblem som dukket opp varoppdrift av PE-rørmodulernår nedsenket; dette ble løst ved å installere forankringsfester for å hindre flyting.

SLAMUTSLØPSSYSTEM FORBEDRING

Det originale slamutslippssystemet var avhengig avmanuelle spjeldventiler, som viste seg å være en av anleggets mest vedvarende driftshodepine. Disse ventilene krevde høy operatørarbeidsintensitet, led av dårlig tetning som resulterte i vannlekkasje på ca10 m³/t per ventil, opplevde hyppige koblingsstangbrudd, og leverte generelt dårlig slamfjerning. I en kontinuerlig 24/7 vannbehandlingsoperasjon, oversettes upålitelig slamutslipp direkte til forringet avløpskvalitet når akkumulert slam begynner å brytes ned, frigjøre gasser og re-suspenderes i vannsøylen.

I juni 1988 ble de manuelle ventilene erstattet medpneumatiske portventilerpå tvers av alle utslippspunkter. Det pneumatiske systemet eliminerte vannlekkasje fullstendig ved å gi positiv tetningskraft, forenklet drift til en enkelt kontrollhandling, og dramatisk forbedret slamutslippseffektivitet ved å muliggjøre rask evakuering med høyt-volum før slammet kunne komprimeres. Ytterligere modifikasjoner inkludertøke slambeholderens høyde fra 800 mm til 1200 mmfor å gi mer lagringsvolum og installere to ekstra utløpsventiler på det perforerte slamoppsamlingsrøret for mer jevn evakuering av beholderen. Disse endringene utvidet driftssyklusen mellom full tankrengjøring fra uker til catre måneder.

KJEMISK DOSERINGOPTIMERING

Koagulantdoseringssystemet gjennomgikk fire sammenkoblede forbedringer som samlet forvandlet behandlingsøkonomi og pålitelighet. For det førstekonsentrasjonen av koaguleringsmiddel ble standardisert til ca. 5 %(ned fra det tidligere 5-10 %-intervallet). Denne lavere, konsistente konsentrasjonen sørget for at doseringsrørene forble fullt oversvømmet ved alle strømningshastigheter, og forhindret luftlåsing som intermitterende hadde avbrutt koagulanttilførselen. For det andre, etter omfattende komparativ testing, anleggetbyttet fra råaluminiumsulfat til basisk aluminiumklorid (PAC). Det originale aluminiumsulfatet krevde høye doser, ga inkonsekvente resultater under varierende råvannsforhold, og i sommerperioder med høy-turbiditet brukte operatørene jernklorid - som, selv om det var effektivt, var så etsende at det skadet rør og utstyr. PAC viste seg å være overlegen på tvers av alle årstider: lavere doseringskrav, reduserte forbrukskostnader, stabil avløpskvalitet og merkbart bedre behandlet vannfarge.

For det tredje ble alle doseringsrørledningererstattet med plastrør, og eliminerte korrosjonsproblemene for blandede-materialer som hadde plaget den opprinnelige installasjonen av plast-, støpejerns- og stålrør. For det fjerde, og kanskje mest innsiktsfullt,fire-trinns mekaniske blandere ble fjernet helt fra flokkuleringstanken. Operatørene observerte at fnokker som allerede var dannet i gruskammeret ble brutt fra hverandre av de mekaniske rørerne med høy-skjærkraft, noe som opphevet selve koagulasjonen de var ment å fremme. Etter å ha fjernet blanderne, vokste flokker progressivt og stabilt i den forvirrede flokkuleringskanalen gjennom forsiktig hydraulisk skjæring alene, noe som forbedret koagulasjonseffektiviteten betydelig og samtidig reduserte strømforbruket.

BEHANDLINGSRESULTATER: YTELSESDATA

Etter å ha implementert hele pakken med forbedringer, oppnådde behandlingssystemet resultater som oversteg den opprinnelige designspesifikasjonen for industriell-klasse. Ved dimensjonerende flyt på 2000 m³/h, har turbiditeten i avløpet holdt segkonsekvent under 5 NTU siden 1984, som møter Kinas nasjonale drikkevannsstandard (GB 5749-85). Når den skyves til overbelastningsforhold på 3000 m³/h (50 % over design), opprettholder systemet fortsatt avløpsturbiditet under 15 NTU. Turbiditeten i råvannet varierer sesongmessig, men turbiditeten i det behandlede vannet holder seg innenfor drikkevannsområdet uansett.

Vannkvalitetsanalysen bekrefter systemets evne til å produsere drikkevann fra overflatevann:

De økonomiske fordelene med koagulantbryteren er like slående. I en side-ved-sammenligning i juni 1988, med en vannproduksjon på omtrent 170 000 tonn per måned, var PAC-dosen akkurat11,4 mg/Lsammenlignet med25,6 mg/Lfor aluminiumsulfat - a55,5 % reduksjon i kjemikalieforbruk. Månedlig koagulantforbruk falt fra 4,5 tonn til 2,1 tonn:

Merk: Månedlig vannproduksjon var omtrent 170 000 tonn. Strømforbruket sank også merkbart etter fjerningen av de mekaniske blanderne, selv om eksakte tall ikke ble kvantifisert i den publiserte casestudien.

GJENVENDE UTFORDRINGER OG PLANLEDE OPPGRADERINGER

Wuhan-anleggsteamet identifiserte tre områder for ytterligere forbedringer som er like relevante for alle som opererer tilbøyelige rørbosettere i dag. Først,manuell turbiditetsovervåkingskapte en responsforsinkelse mellom å oppdage endringer i vannkvaliteten og justere koagulantdoseringen. Løsningen som ble vurdert var et automatisk doseringskontrollsystem som bruker nettbaserte turbiditetsmålere for å gi sanntidstilbakemelding for justering av koagulantmatehastighet. Dette representerer det logiske neste trinnet for ethvert anlegg som allerede har optimert sine mekaniske og kjemiske undersystemer.

Sekund,algevekst på utsatte overflater av honeycomb-rørgradvis redusert det effektive tverrsnittsarealet- av strømningskanalene. Sollys penetrasjon inn i nybyggerbassenget fremmet biofilm og algekolonisering, som ikke bare begrenset strømmen, men til slutt tilstoppet rørene helt. Den foreslåtte løsningen var pre-klorering av råvannet oppstrøms for settleren for å kontrollere biologisk vekst før det kunne etablere seg på røroverflatene. For det tredje, til tross for forbedringer i slamutslipp,hoppere fortsatt akkumulert komprimert slamsom ikke kunne fjernes under normale tømmesykluser, noe som krever fullstendig tankavstenging og manuell rengjøring hver tredje måned. Det tekniske svaret var å installere interne sprøytedyser som ville bruke trykkvann for spyling under slamutslippssyklusen, noe som eliminerte behovet for periodiske driftsstanser.

NØKKEL LEKJONER FOR DESIGN FOR SKÅENDE RØRSETTER

Tiåret med driftsdata fra Wuhan destilleres til fire prinsipper som bør lede ethvert skrårørbosetteprosjekt:

1. Integrert design fungerer.Korn-flokkulering-sedimentasjon一体化 (integrert) tankkonsept, når riktig dimensjonert, kan pålitelig produsere drikkevannskvalitet fra overflatevann uten et nedstrøms filtreringstrinn. Nøkkelen er å få riktige hydrauliske parametere for hvert trinn: strømningshastighet i gruskammeret (0,15 m/s), retensjonstid i flokkulering (totalt 17 minutter) og strømningshastighet oppover i settleren (2,5 mm/s). Å avvike fra disse verdiene kompromitterer hele behandlingskjeden.

2. Materialvalg har gjennomgripende konsekvenser.PE-bikakerør av plast gir den beste kombinasjonen av behandlingsytelse, holdbarhet, sikkerhet for drikkevann og enkel vedlikehold sammenlignet med treplater eller harpiksimpregnerte-papirrør. Den større fuktede omkretsen, den selvrensende overflaten og den ubestemte levetiden rettferdiggjør den første investeringen mange ganger gjennom redusert vedlikehold og jevn behandlingsytelse.

3. Slamutslippets pålitelighet bestemmer avløpskonsistensen.Et pålitelig, lett-å-betjent slamutslippssystem er ikke valgfritt - det er det viktigste mekaniske undersystemet for å opprettholde konsistent avsetningsytelse. Manuelle ventiler inviterer operatøren til tretthet og inkonsekvent slamfjerning, noe som direkte oversettes til variabel avløpskvalitet. Pneumatisk eller automatisert tømming bør betraktes som standard, ikke valgfritt, for alle kontinuerlige-operasjoner.

4. Koagulantoptimalisering gir den raskeste tilbakebetalingen.Byttet fra aluminiumsulfat til PAC ga en 55 % reduksjon i kjemiske kostnader som bare den umiddelbare fordelen. Nedstrømseffektene - mindre slamproduksjon, bedre vannfarge, mer konsistent ytelse på tvers av sesongmessige turbiditetsvariasjoner - multipliserer den økonomiske avkastningen. Sammenkobling av PAC med riktig utformet doseringsinfrastruktur (plastrør, konsistent konsentrasjon, full-strømningsrør) sikrer at disse fordelene blir realisert kontinuerlig.

VÅRE LØSNINGER FOR HONEYCOMB-SKRÅENDE RØRSETTER

Ved å trekke på flere tiår med vannbehandlingserfaring, tilbyr vi et komplett utvalg av honeycomb-tilbøyde rørsettler-produkter og -tjenester skreddersydd til dine råvannskvalitet og behandlingsmål:

VårPE og PVC sekskantede honeycomb rør mediaer tilgjengelig i cellediametre på 25 mm, 35 mm, 50 mm, 60 mm og 80 mm, slik at du kan velge det optimale setningsoverflatearealet og hydrauliske belastningen for ditt spesifikke turbiditetsområde for råvann. For overflatevannbehandlingsapplikasjoner rettet mot drikkevannskvalitet, gir området 50-60 mm diameter (som samsvarer med Wuhan-spesifikasjonen) den beste balansen mellom avsetningseffektivitet og tilstoppingsmotstand.

Vi levererintegrert nybyggerdesign og fabrikasjonfor overvannsbehandling, industriell avløpsrensing og prosessvannbehandling. Vårkomplette slamoppsamlings- og utslippssystemerinkluderer pneumatiske portventiler og automatiske tidsstyrte utslippskontrollere som eliminerer de manuelle ventilproblemene som er dokumentert i Wuhan. For eksisterende anlegg tilbyr viettermontering og oppgraderingstjenestersom dekker utskifting av medier, modernisering av slamsystem, støtte for valg av koagulant, optimalisering av doseringssystem og driftsfeilsøking.

Referanse: Tang TQ Honeycomb Inclined Tube Settler for River Water Purification [J]. Petroleumsraffinering, 1989(4): 1-6.