Problemer med skrårørssettler: væskemekanikkanalyse av strømningsfeilfordeling, slamresuspensjon og hvordan det fikses

Sedimentasjonsseparasjon, som enhetsoperasjon, har lenge vært brukt i vannbehandlingskontroll og er en relativt praktisk vannbehandlingsteknologi. For å forbedre sedimentasjonsseparasjonseffekten, installeres ofte skrå plater eller skrårør i bunnfellingssonen under bruk, slik at grunne lag-prinsippet kan anvendes, og utnytter stort areal og høy separasjonseffektivitet. Problemene som oppstår under påføring har imidlertid sjelden vakt oppmerksomhet. Denne artikkelen fokuserer på analysen av sentrale problemer som dukker opp under søknaden og foreslår tilsvarende løsninger for referanse.

1. PROBLEMER SOM OPPSTÅR UNDER PÅFØRING AV SKÅNDE RØRSETTLER

Hvis vannfordelingen ved innløpet til den skrånende rørutfelleren ikke er jevn, vil det oppstå alvorlig turbulens i væskebevegelsen nær innløpet. Dette forårsaker en ekstremt høy lokal strømningshastighet ved innløpet, noe som gjør at slammet som tidligere er avsatt på de skråstilte rørene stiger igjen.

Den interne situasjonen til en skrårørssettler under normal drift er vist i figur 1.

Av figur 1 kan man se at vannføringen og slamstrømmen har hver sine veier. Hvis normal drift fortsetter i lang tid, er bevegelsen av slamstrømmen i utgangspunktet nær dynamisk likevekt:

på dette tidspunktet er SS-fjerningseffektiviteten til avløpsvannet god.

Men hvis strømningsfordelingen ved innløpet ikke er jevn nok, blir strømningshastigheten ved noen rørinnløp for høy, noe som forårsaker alvorlig turbulens og forringelse av avløpskvaliteten.

2. VÆSKEMEKANIKK ANALYSE AV PROBLEMET

Under hele den ugunstige prosessen vil væsken vise situasjonen vist i figur 2.

Årsakene til fenomenet ovenfor analyseres fra følgende aspekter.

2.1 Hydraulisk analyse av den ugunstige situasjonen

Faktisk kan den oppadgående og nedadgående strømmen av vann og slam i de skråstilte rørene betraktes som et omtrentlig fluidiseringsfenomen. Anta at v er den overfladiske hastigheten til vann gjennom rørene, u₁ er den faktiske hastigheten til vannet gjennom slampartiklene, og ε er hulromsfraksjonen (av slampartikkellaget). Deretter u₁=v/ε, som vist i figur 3.

Hvis hulromsfraksjonen av de suspenderte faststoffene er liten, er den faktiske hastigheten til vann gjennom partikkellaget relativt høy. Hvis partikkelavsetningshastigheten er kjent som en fast verdi u_sett, i henhold til teorien om ulike stadier av fluidisering, når den faktiske hastigheten til vann gjennom partikkellaget u₁=u_sett, er den fluidiserte tilstanden i et fast sjiktstadium med en stabil hulromsfraksjon e. Når u₁ > u_sett, brytes den opprinnelige void-fraksjonen ε, noe som forårsaker en økning i void-fraksjonen. For en skrå rør-settler betyr dette at partikler stiger, noe som reduserer separasjonseffektiviteten.

2.2 Analyse av ulike sedimenteringshastigheter for resuspenderte slampartikler i ulike tilstander

De resuspenderte slampartiklene eksisterer i form av ① individuelle partikler og ② partikkelklynger av forskjellige størrelser (med hulromsfraksjon ε'). I henhold til setningshastighetsformelen for individuelle partikler i Stokes lovregion:

For sedimenteringshastigheten til partikkelklynger, i henhold til det empiriske forholdet til Steinour:

hvor:

v_{t, gruppe}- sedimenteringshastighet for partikkelklynger, m/s;

t - oppgjørstid, s;

g - gravitasjonsakselerasjon, m/s²;

ρ_s, ρ_L- tetthet av partikkel og væske, kg/m³;

D_p- partikkeldiameter, m;

μ - dynamisk viskositetskoeffisient, kg/(m·s);

ε - ugyldig brøk.

Siden 0 < ε² < 1 og 0 < 10^-1.82(1-ε)< 1, følger det at ε²·10^-1.82(1-ε)< 1, derav v_{t, gruppe}< v_t.

I henhold til sedimentasjonsteori og beviset ovenfor, etter å ha blitt resuspendert, er det mindre sannsynlig at partikkelklynger setter seg, dvs. de blir lettere båret bort av vannstrømmen, noe som reduserer sedimentasjonseffektiviteten.

2.3 Strømningsegenskaper i ugunstig tilstand

Når den ugunstige situasjonen vist i figur 2 inntreffer, ser man ned på vannoverflaten til settleren, ser strømningsfordelingen ut som i figur 4.

Som vist i figur 4 vises tre soner på vannoverflaten: ① en relativt rolig sone, ② en overgangssone og ③ en sterk turbulenssone. I den alvorlige turbulenssonen, i alvorlige tilfeller, kan vannoverflaten til og med bule ut i små buede buer. SS-konsentrasjonen her er ekstremt høy, nesten den samme som influenten.

2.4 Testresultater på-stedet etter korrigering basert på analysen ovenfor

I et bestemt avløpsrenseprosjekt, på grunn av problemet ovenfor, var avløpet ganske grumsete. Etter hydraulisk analyse og teknisk korreksjon for å gjøre vannfordelingen ensartet, dukket ikke lenger opp fenomenet med flokker som stiger i avløpet. Testresultatene er vist i tabell 1.

Tabell 1 CODcr testresultater av avløpsvann fra et bestemt anlegg

Av tabell 1 kan man se at etter korreksjon og jevn vannfordeling nådde CODcr-fjerningsraten et relativt høyt nivå.

3. FLERE PUNKTER Å MERK FOR SKRÅENDE RØRSETTLER

3.1 Analyse av ulike partikler

For ulike partikler, som sandsedimentering, flokksedimentering av trykk- og fargingsvann, og kullslurrysedimentering, på grunn av forskjeller i partikkeltetthet, form og hulromsfraksjon, er det forskjeller i sedimentering. Sandpartikler har relativt høy tetthet og liten størrelse, så de legger seg raskt. Flokker fra trykking og farging av avløpsvann har en relativt lav tetthet, nær vann, stor form og høy hulromsfraksjon, så de legger seg sakte. Kullslam faller mellom de to. For sandsedimentering er påvirkningen av strømningssvingninger derfor relativt liten, mens for trykking og farging av avløpsvann er påvirkningen av strømningssvingninger relativt stor. Dermed har ulike partikler ulike krav til strømningsfordeling. For trykking og farging av avløpsvann må strømningsfordelingen ved innløpet være relativt jevn.

3.2 Settlere med skrå rør krever mer jevn vannfordeling

Fordi skrånende rør (typisk 35 mm, 50 mm i diameter) er plassert i settleren, når den hydrauliske fordelingen under rørene ikke er jevn, på grunn av ν=Q/A, blir strømningshastigheten for høy i noen rør, noe som får flokker til å stige, noe som resulterer i en avløpskvalitet som er enda dårligere enn uten rør. Derfor bør vannfordelingen i skrårørssettlere være jevnere enn i vanlige sedimentasjonstanker.

3.3 Installasjonsretningen til skrå rør bør være motsatt av innstrømningsretningen

Prosessen med vann som kommer inn i settleren fra innløpsrøret innebærer en plutselig forstørrelse av strømningstverrsnittet. Derfor gjennomgår strømmen en kort endring. For å unngå denne endringen bør installasjonsretningen til de skrå rørene være motsatt av innstrømningsretningen. Dette kan dempe virkningen av den plutselige endringen i strømning på sedimentasjonseffektiviteten til flokker.