Problemer med hældningsrør: Væskemekanik Analyse af fejlfordeling af flow, slamresuspension og hvordan man fikser det

Sedimentationsseparation, som en enhedsoperation, har længe været brugt i vandbehandlingskontrol og er en relativt praktisk vandbehandlingsteknologi. For at forbedre sedimentationsseparationseffekten installeres skrå plader eller skrå rør ofte i bundfældningszonen under brug, så det lave lag-princip kan anvendes med fordel af stort areal og høj separationseffektivitet. De problemer, der opstår under påføringen, har dog sjældent tiltrukket sig opmærksomhed. Dette papir fokuserer på analysen af ​​nøgleproblemer, der opstår under anvendelsen, og foreslår tilsvarende løsninger til reference.

1. PROBLEMER, DER OPSTÅR UNDER ANVENDELSE AF SKRÆNENDE RØRSETTLERE

Hvis vandfordelingen ved indløbet til hældningsrøret ikke er ensartet, vil der opstå alvorlig turbulens i væskebevægelsen nær indløbet. Dette medfører en ekstrem høj lokal strømningshastighed ved indløbet, hvilket får det slam, der tidligere er aflejret på de skrå rør, til at stige igen.

Den indvendige situation for en skrårørsudskiller under normal drift er vist i figur 1.

Af figur 1 kan det ses, at vandføringen og slamstrømmen har hver deres veje. Hvis normal drift fortsætter i lang tid, er bevægelsen af ​​slamstrømmen dybest set tæt på dynamisk ligevægt:

på dette tidspunkt er SS-fjernelseseffektiviteten af ​​spildevandet god.

Men hvis strømningsfordelingen ved indløbet ikke er ensartet nok, bliver strømningshastigheden ved nogle rørindløb for høj, hvilket forårsager alvorlig turbulens og forringelse af spildevandskvaliteten.

2. VÆSKEMEKANIK ANALYSE AF PROBLEMET

Under hele den ugunstige proces vil væsken udvise situationen vist i figur 2.

Årsagerne til ovenstående fænomen analyseres ud fra følgende aspekter.

2.1 Hydraulisk analyse af den ugunstige situation

Faktisk kan den opadgående og nedadgående strøm af vand og slam i de skrå rør betragtes som et omtrentligt fluidiseringsfænomen. Antag, at v er den overfladiske hastighed af vand gennem rørene, u₁ er den faktiske hastighed af vand gennem slampartiklerne, og ε er tomrumsfraktionen (af slampartikellaget). Derefter u₁=v/ε, som vist i figur 3.

Hvis hulfraktionen af ​​de suspenderede faste stoffer er lille, er den faktiske hastighed af vand gennem partikellaget relativt høj. Hvis partikeludfældningshastigheden er kendt som en fast værdi u_sæt, ifølge teorien om forskellige fluidiseringstrin, når vandets faktiske hastighed gennem partikellaget u₁=u_sæt, er den fluidiserede tilstand i et stadie med fast leje med en stabil hulrumsfraktion e. Når u₁ > u_sæt, brydes den oprindelige tomrumsfraktion ε, hvilket forårsager en stigning i tomrumsfraktionen. For en skrå rørudskiller betyder dette, at partikler stiger, hvilket reducerer separationseffektiviteten.

2.2 Analyse af forskellige bundfældningshastigheder af resuspenderede slampartikler i forskellige tilstande

De resuspenderede slampartikler findes i form af ① individuelle partikler og ② partikelklynger af forskellig størrelse (med hulfraktion ε'). I henhold til bundfældningshastighedsformlen for individuelle partikler i Stokes lovregionen:

For bundfældningshastigheden af ​​partikelklynger, ifølge Steinours empiriske forhold:

hvor:

v_{t, gruppe}- afsætningshastighed for partikelklynger, m/s;

t - afregningstid, s;

g - gravitationsacceleration, m/s²;

ρ_s, ρ_L- densitet af partikel og væske, kg/m³;

D_p- partikeldiameter, m;

μ - dynamisk viskositetskoefficient, 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, derfor v_{t, gruppe}< v_t.

Ifølge sedimentationsteori og ovenstående bevis er der mindre sandsynlighed for, at partikelklynger efter at være blevet resuspenderet, bundfældes, dvs. de bliver lettere båret væk af vandstrømmen, hvilket reducerer sedimentationseffektiviteten.

2.3 Flowkarakteristika i ugunstig tilstand

Når den ugunstige situation vist i figur 2 indtræffer, ser man ned på vandoverfladen af ​​bosætteren, ser strømningsfordelingen ud som i figur 4.

Som vist i figur 4 optræder tre zoner på vandoverfladen: ① en relativt rolig zone, ② en overgangszone og ③ en alvorlig turbulenszone. I den alvorlige turbulenszone kan vandoverfladen i alvorlige tilfælde endda bule ud i små buede buer. SS-koncentrationen her er ekstrem høj, næsten den samme som den influent.

2.4 Testresultater på-stedet efter korrektion baseret på ovenstående analyse

I et bestemt spildevandsrensningsprojekt var spildevandet på grund af ovenstående problem ret grumset. Efter hydraulisk analyse og ingeniørmæssig korrektion for at gøre vandfordelingen ensartet, optrådte fænomenet med flokstigninger ikke længere i spildevandet. Testresultater er vist i tabel 1.

Tabel 1 CODcr testresultater af spildevand fra et bestemt anlæg

Af tabel 1 kan det ses, at CODcr-fjernelsesraten efter korrektion og ensartet vandfordeling nåede et relativt højt niveau.

3. FLERE PUNKTER, DER SKAL BEMÆRKES FOR HÅNDE RØRSÆTTERNE

3.1 Analyse af forskellige partikler

For forskellige partikler, såsom sandsedimentering, floksedimentering af tryk- og farvningsspildevand og kulgyllesedimentering, er der forskelle i sedimentering på grund af forskelle i partikeldensitet, form og hulrumsfraktion. Sandpartikler har en relativt høj tæthed og lille størrelse, så de bundfælder sig hurtigt. Flokker fra tryk og farvning af spildevand har en relativt lav densitet, tæt på vand, stor form og høj hulrumsfraktion, så de bundfælder sig langsomt. Kulgylle falder mellem de to. For sandsedimentering er indflydelsen af ​​strømningssvingninger derfor relativt lille, mens påvirkningen af ​​strømningssvingninger ved tryk og farvning af spildevand er forholdsvis stor. Forskellige partikler har således forskellige krav til strømningsfordeling. Til tryk og farvning af spildevand skal strømningsfordelingen ved indløbet være forholdsvis ensartet.

3.2 Skråtstillede rørsænkere kræver mere ensartet vandfordeling

Fordi skrå rør (typisk 35 mm, 50 mm i diameter) er placeret i bundfælden, når den hydrauliske fordeling under rørene ikke er ensartet, på grund af ν=Q/A, bliver strømningshastigheden for høj i nogle rør, hvilket får flokke til at stige, hvilket resulterer i en udløbskvalitet, der er endnu dårligere end uden rør. Derfor bør vandfordelingen i hældende rørsænkere være mere ensartet end i almindelige sedimentationstanke.

3.3 Installationsretningen for skrå rør skal være modsat indstrømningsretningen

Processen med vand, der kommer ind i bundfælderen fra indløbsrøret, involverer en pludselig forstørrelse af-gennemstrømningstværsnittet. Derfor gennemgår flowet en kort ændring. For at undgå denne ændring skal installationsretningen af ​​de skrå rør være modsat indstrømningsretningen. Dette kan afbøde virkningen af ​​den pludselige ændring i flowet på sedimentationseffektiviteten af ​​flokke.