Partikelstørrelse vs. skrå røraflejringseffektivitet: CFD-simulering finder tærsklen på 80 μm

Du ved, at en tubesettler fjerner suspenderede stoffer. Men ved du, hvilke størrelser den rent faktisk fjerner -, og hvilke størrelser slipper igennem, uanset hvor godt tanken er designet? Ved at bruge CFD-simulering af en ægte 1.000 m³/d mod-strøm med hældende rør i Anhui-provinsen modellerede forskere partiklernes adfærd fra30 til 120 μmunder faktiske driftsforhold. Resultatet er en klar tærskel: under 80 μm betyder partikelstørrelsen knap så meget for fjernelse. Over 80 μm tager effektiviteten fart. Hvis dit koaguleringsmiddel ikke producerer flokke over denne tærskel, gør dine skrå rør ikke, hvad du har betalt for.

HVORFOR CFD - OG HVORFOR DENNE TANK

De fleste undersøgelser af hældende rørsænkere fokuserer på strømningsmønstre -, der optimerer tankdimensioner, reducerer døde zoner, udjævner hastighedsfordelingen. Få har stillet det spørgsmål, der betyder mest for spildevandskvaliteten:givet en specifik partikelstørrelsesfordeling, hvad bliver så egentlig fjernet?Fordi partikler med forskellige diametre har forskellige bundfældningshastigheder, styrer partikelstørrelsesfordelingen af ​​de indstrømmende suspenderede stoffer direkte den sedimenteringseffektivitet, som tanken kan opnå.

For at besvare dette brugte forskerestandard k-ε turbulensmodel(for flowfeltet) koblet medBlandings multifase model(for fast-flydende to-faseadfærd) - en kombination, der er-velegnet til at simulere den turbulente, partikelbelastede-strøm inde i en rørudskiller i drift.

Testtilfældet var en ægte modstrøms-tilbøjelig rørudvikler på et vandværk i Anhui-provinsen med følgende design- og driftsparametre:

RESULTAT 1: HVOR Partikler KONCENTRERER -, OG HVORFOR DET ER BETYDNING

Fem partikeldiametre blev simuleret:30, 50, 80, 100 og 120 μm. For hver blev den vertikale fordeling af suspenderede stoffer undersøgt ved at plotte den gennemsnitlige volumenfraktion på tværsnit i forskellige højder (figur 2).

Tre mønstre fremgår af koncentrationsprofilerne:

1. Alle partikelstørrelser følger den samme generelle tendens.Den overordnede form af kurven for koncentration-versus-højde er ens uanset diameter. Tankens fysik - de fire-zonestruktur, strømningsvejen, turbulensmønsteret - pålægger en fælles koncentrationsprofil.

2. Ved rørindløbet (~1,5 m højde) stiger koncentrationen kraftigt for større partikler.Dette er overgangszonen, hvor flowet kommer ind i de skrå rør. Turbulens og blanding skaber et område med høj-koncentration, der fremmer partikelkontakt og flokkulering - en positiv effekt for faststof-væske-separation. Jo større partikler, der kommer ind i denne zone, jo mere udtalt er koncentrationsspidsen.

3. Ved tankbunden og spildevandstværsnittet- er det partikelstørrelsen, der styrer resultatet.Nær slamzonen stiger den gennemsnitlige volumenfraktion med partikelstørrelsen - flere store partikler sætter sig ud og akkumuleres, hvor de skal. Ved spildevandstværsnittet-den gennemsnitlige volumenfraktionfalderefterhånden som partikelstørrelsen øges, - slipper færre store partikler ud. Sammenhængen er utvetydig:større partikler → mere bundfælder → renere spildevand.

RESULTAT 2: TÆRSKELEN på 80 μm

Fjernelseseffektivitet η er defineret som:

hvor C_fjorder den indgående SS-koncentration (kg/m³) og C_stikkontakter SS-koncentrationen i spildevandet (kg/m³).

Figur 3 viser forholdet mellem fjernelseseffektivitet og partikeldiameter under de givne indløbsbetingelser (295 mg/L SS, 1.050 kg/m³ densitet, 0,02001 Pa·s viskositet). Kurven er ikke lineær - den har et tydeligt knæ.

Dataene afslører to regimer:

Årsagen er hydraulisk: Partikler under 80 μm har afsætningshastigheder, der er lave nok til, at den opadgående strøm i rørene kan udføre dem, uanset hvor godt tanken er designet. Over 80 μm overhaler bundfældningshastigheden den opadgående hastighed med en udvidet margin, og fjernelse bliver effektiv. Tærsklen på 80 μm er specifik for denne tanks geometri og driftsbetingelser (40 mm rørdiameter, 60 graders hældning, 0,1 m/s indløbshastighed) - men princippet gælder bredt:hver rørudskiller har en kritisk partikelstørrelse, under hvilken fjernelse er dårlig, og den størrelse bestemmes af den opadgående hastighed i rørene.

HVAD DETTE BETYDER FOR DIN PLANTE

1. Koagulantdosering har et mål, og det er 80 μm.Formålet med koagulering og flokkulering - ud over at neutralisere ladnings- og brodannende partikler - er at vokse flokke forbi den kritiske størrelse, hvor rørudvikleren kan fange dem. Krukketest bør bekræfte, at dine dannede flokke overstiger tærskeldiameteren for din specifikke tankgeometri.

2. Hvis dit spildevand er grumset, og flokstørrelsen er under tærskelværdien, er rørene ikke problemet - flokkuleringsstadiet er.Tilføjelse af flere rør eller reduktion af den opadgående hastighed vil hjælpe marginalt. Men den virkelige løsning er opstrøms: bedre flokkulering for at producere større, tættere partikler, som de eksisterende rør kan fange.

3. Den kritiske størrelse er tank-specifik.Denne simulering fandt 80 μm for et 40 mm rør ved 60 grader med 0,1 m/s indløbshastighed. En mindre rørdiameter, en fladere vinkel eller en lavere opadgående hastighed ville flytte tærsklen nedad -, hvilket betyder, at mindre partikler kan fjernes. Dette er grunden til, at rørgeometri og hydraulisk belastning ikke kun er designparametre; de sætter direkte den mindste partikelstørrelse, som din nybygger kan håndtere.

4. CFD-simulering er et praktisk designværktøj, ikke en akademisk øvelse.Kombinationen af ​​k-ε + blandingsmodel, der bruges her, kan forudsige, for enhver tankgeometri og driftstilstand, partikelstørrelse-fjernelseseffektivitetskurven. Før bygning eller eftermontering kan simulering besvare spørgsmålet om, at empiriske designregler ikke kan:vil denne tank fjerne partiklerne i mit råvand?