Як секція горизонтального потоку зменшила каламутність відстояної води з 6,15 до 1,3 NTU — приклад модернізації повномасштабного трубчастого відстійника

Повітовий водогін, побудований у 1989 році. Необроблена вода при температурі 0–5 градусів протягом п’яти місяців на рік. Лікувальний потяг, який не зміг зламати 3 NTU.Інженери заводу внесли одну структурну зміну в свій похилий трубчастий відстійник -, додавши горизонтальну секцію виправлення потоку, що займає лише 1/3 довжини резервуара -, і спостерігали, як каламутність відстояної води впала з 6,15 NTU донижче 2 NTU протягом 72 годин після запуску. Через три роки система все ще працювала1,3 NTU в середньомуз нульовою модифікацією корпусу танка. Якщо ви використовуєте похилий трубчастий відстійник, який погано працює в холодній воді або бореться з ударними навантаженнями, це приклад показує, як саме працює виправлення - і чому це простіше, ніж ви думаєте.

Виклик: нові стандарти, старий завод, холодна вода

Коли менше або дорівнює 1 NTU є законом, і ваш завод був побудований для менше або дорівнює 3 NTU

Окружна водопровідна станція розташована на півночі Шеньсі, регіоні, де температура води взимку зазвичай падає до0-5 градусіві каламутність сирої води коливається від 15 до 77 NTU залежно від сезону. Завод було введено в експлуатацію в 1989 році зі звичайним процесом: флокуляція зі складчастою-пластинкою, седиментація в похилій трубці та гравітаційні безклапанні фільтри. Дві паралельні лінії, кожна з номінальною пропускною здатністю 6000 м³/добу, із загальною продуктивністю 12 000 м³/добу. Протягом двох десятиліть цього було достатньо. Готова вода мала близько 3 NTU -, прийнятних за старим стандартом.

Потім регламент змінився. Нові стандарти санітарії питної води підняли планку з Менше або дорівнює 3 NTU доМенше або дорівнює 1 NTU. Існуючий процес не міг усунути цю прогалину. Водопровідні споруди зіткнулися з рішенням, з яким зрештою стикаються всі старіючі підприємства:знести та перебудувати або модернізувати в межах існуючої площі. Останнє було єдиним реалістичним варіантом. Очисні споруди розміщувалися всередині приміщень для теплоізоляції -, що було необхідним у кліматі північного Шеньсі, де зовнішні резервуари замерзали. Руйнування стін для розширення не стояло на столі. Вони повинні були зробити те, що вони мали, функціонуючим краще.

Ціль: збільшити пропускну спроможність одного-потяга з 6000 м³/добу до10,000 m³/d(загальна продуктивність заводу: 16 000 м³/день), з каламутністю відстояної води постійно нижче 3 NTU, щоб дати фільтрам можливість боротися з вимогами до кінцевої води менше або дорівнює 1 NTU.

Стратегія модернізації: три оновлення, один принцип

Інженерна група не чіпала корпус танка. Вони змінили внутрішній процес, перетворивши стару «флокуляцію зі складчастою-пластинкою + седиментацію в похилій трубці + гравітаційний безклапанний фільтр» на"контактна флокуляція + покращений похилий трубчастий відстійник + гравітаційний безклапанний фільтр". Трансформацію сприяли три оновлення:

1. Багато{1}}трубчастий змішувач замінює трубчастий статичний змішувач

Оригінальний трубчастий статичний змішувач робив одне: він змішував. Змінний багато{1}}трубний змішувач виконує три речі одночасно:різання та розділення потоку, зворотний рефлюкс і швидке змішування. Коли вода проходить крізь багато-трубну геометрію, у прикордонному шарі стінки труби утворюються-високочастотні вихрові струми. Ці вихори створюють мікро-зони інтенсивного зсуву, які рівномірно розподіляють коагулянт по всьому поперечному-перерізу потоку протягом секунд. Виміряна ефективність змішування перевищує94%, а втрати напору нижчі, ніж у оригінального статичного міксера - незвичайна комбінація, яка означає краще змішування з меншою кількістю енергії.

Практична користь:20–30% економія хімікатівпорівняно з оригінальним змішувачем, з кращою адаптованістю до зміни швидкості потоку та якості води. Для заводу, на якому каламутність сирої води сезонно коливається від 15 до 77 NTU, ця адаптивність має значення.

2. Флокуляція сіткою із зірчастими-лопатками замінює флокуляцію-складчастою пластиною

Флокуляція зі складчастою{0}}пластинкою протікає через змієподібний шлях води між паралельними пластинами. Це створює турбулентність, але не ту. Покращений дизайн використовуєзіркоподібні-лопаткивстановлено перпендикулярно напрямку потоку всередині відсіків сітки. Ці лопаті створюють високо{1}}мікро{2}}вихори - турбулентність у масштабі, який сприяє зіткненню частинок без розриву пластівців, які вже утворилися.

Резервуар флокуляції розділений на11 відділеньчерез дві стадії реакції. Етап 1: 8 відсіків 1,5 м × 1,5 м кожен, 8,95-хвилинне утримання. Етап 2: 3 відсіки 1,5 м × 2,0 м кожен, 4,48-хвилинне утримання. Загальний гідравлічний час утримання:13.43 хвилинипри значенні GT 1,7 × 10⁴. Дво{3}}ступінчаста конструкція створює щільніші,-стійкіші до зсуву пластівці, ніж одно-ступінчаста флокуляція -, що є критичною перевагою, коли ці пластівці згодом потрапляють у зону розподілу трубчастого відстійника, де надмірна турбулентність може розбити їх на частини.

3. Ключова інновація: секція виправлення горизонтального потоку перед трубчастим відстійником

Саме тут модернізація відходить від стандартної практики, і тут було досягнуто найбільшого приросту продуктивності. Традиційний похилий трубчастий відстійник отримує воду безпосередньо з виходу резервуара флокуляції. Перехід відбувається різко: вода переходить із турбулентного, змішаного-режиму течії в ламінарний режим осідання без проміжного кондиціонування. Результат єнерівномірний розподіл потокучерез пучок труб. Деякі канали бачать високу швидкість і промивають пластівці прямо наскрізь. Інші бачать низьку швидкість і накопичують мул. Обидва умови погіршують якість стоків.

Модернізація додала два елементи, які вирішують цю проблему:

Занурений водослив на виході флокуляційного бака.Замість того, щоб вода скидалася безпосередньо в зону розподілу, вона спочатку тече через занурений водослив, який діє як випрямляч потоку, - згладжуючи градієнти швидкості та розсіюючи велико-масштабну турбулентність, перш ніж вода потрапить у відстійник.

Горизонтальна проточна ділянка займає 1/3 загальної довжини резервуара (24 м²).У цьому і полягає інновація. Пройшовши через водослив, вода потрапляє в горизонтальну-зону потоку, а потім піднімається по похилих трубах. Направляючі стінки як в горизонтальній секції, так і в секції похилої труби контролюють шлях потоку. Горизонтальна зона одночасно виконує три функції: зменшує горизонтальну швидкість потоку до12,73 мм/с(у межах вікна 10–18 мм/с, яке, як показують дослідження, має вирішальне значення для стабільного осадження), він забезпечує додатковий час для осідання більших пластівців і діє як гідравлічний буфер, який поглинає коливання потоку до того, як вони досягнуть пучка труб.

Використовується розподільна стінка в кінці перехідної секціїперфорація з більшим інтервалом угорі та вужчим інтервалом унизу. Це проти-інтуїтивне розташування є навмисним: воно компенсує природну тенденцію води до короткого-замикання до верхньої частини зони розподілу, змушуючи більш рівномірний вертикальний розподіл потоку по всій висоті пучка труб.

Чому працює секція горизонтального потоку: інженерне обґрунтування

Проблема традиційних похилих трубчастих відстійників полягає не в самих трубах. Це те, що буваєдо того, як вода досягне їх. Дослідження визначили чотири параметри, які визначають рівномірність розподілу потоку в трубчастих відстійниках: співвідношення довжини резервуара-до-ширини (L/B), швидкість навантаження на поверхню (q), діаметр труби (D) і висоту зони розподілу під трубами.

З нихНайбільший вплив мають співвідношення L/B і поверхневе навантаження (q).. Зі збільшенням співвідношення L/B розподіл потоку стає більш-нерівномірним, і критична швидкість осідання - мінімальна швидкість, з якою частинка заданого розміру осідає -, зростає. Поверхневе навантаження (q) приблизно пропорційне критичній швидкості осідання: проштовхніть більший потік через ту саму область, і вам потрібна більш висока швидкість осідання, щоб захопити ті самі частинки. Обидва ефекти впливають на якість стоків.

Традиційні трубчасті відстійники також мають проблеми з перфорованою-стінкою. Щоб досягти рівномірного розподілу, перфорована стінка на вході потребує менших отворів, ніж горизонтальний{2}}відстійник -, що означаєвищі швидкості отвору. Високо{1}}швидкісні струмені через ці отвори розбивають пластівці, на створення яких флокуляційний бак витратив 13 хвилин. Гірше того, струмені можуть збурювати мертвий мул, що осідає на дні зони розподілу, повторно-зависаючи тверді речовини, які вже осіли.

Горизонтальна частина потоку вирішує цей ланцюжок проблем у корені. Додавши 1/3 довжини бака як горизонтальну-зону потоку перед похилими трубами, конструкція досягає чотирьох речей:

Параметри дизайну: цифри за модернізацією

Використовується похила секція трубипроти-струмовий потік- вода піднімається вгору по трубах, а тверді речовини ковзають вниз уздовж нахилу 60 градусів. Трубки являють собою сополімер етилен-пропілену (EPC) із стільниковим шестикутним поперечним-перерізом, діаметром 30 мм, довжиною 1 м. EPC було обрано замість стандартного ПВХ або ПП через його чудові характеристики в холодній воді: він зберігає гнучкість і ударостійкість за температур, коли твердий ПВХ стає крихким.

Для збору осаду використовуються великі гравітаційні бункери з кутом ковзання, крутішим, ніж у звичайних малих бункерах, що забезпечує ретельне видалення осаду з мінімальним локальним порушенням потоку. Клапани скидання мулу єручний-електричний тип швидкого-відчинення- практичний вибір, який надає перевагу надійності та простоті обслуговування над повною автоматизацією. Менше пристроїв, нижча кількість відмов, нижча вартість.

Результати: 4 NTU нижче за 3 дні, 1,3 NTU через 3 роки

72-годинний пробний запуск: миттєве зниження продуктивності

Три{0}}денне безперервне випробування було проведено з 15 по 17 жовтня 2011 року, при цьому потік потоку контролювався на750 m³/h. Підприємство відбирало зразки сирої води, стічних вод із немодифікованого традиційного трубчастого відстійника (паралельного потоку) та стічних вод із вдосконаленого трубчастого відстійника одночасно протягом усього випробування.

Результати виявилися однозначними. Покращена каламутність стоків відстійникабільше ніж на 4 NTU нижченіж традиційний дизайн у всіх точках відбору. Розрив був постійним і миттєвим - без перерви-в періоді, налаштування не потрібне. Якість стоків відповідала проектним очікуванням з першого дня, суттєво зменшивши навантаження на фільтр за потоком.

Видалення TOC: 6,08% покращення порівняно з традиційним дизайном

Каламутність і органічні речовини тісно пов’язані між собою в поверхневих водах - ті самі частинки, які розсіюють світло, також несуть адсорбовані природні органічні речовини (NOM). Під час випробування завод виміряв TOC у стоках обох процесів седиментації. ТОС сирої води був стабільним при2,5–3,0 мг/л.

Покращення видалення загального органічного органу на 6% може здатися скромним, але при обробці питної води видалення органічних речовин на стадії седиментації безпосередньо зменшує потенціал утворення -побічного продукту дезінфекції (DBP) на нижній течії. Кожен міліграм TOC, видалений перед хлоруванням, є міліграмом, який не утворює тригалометани (THM) або галооцтові кислоти (HAA) у системі розподілу.

Три{0}}річна перевірка: цифри вірні

Модернізація була введена в експлуатацію 15 квітня 2012 року. Протягом трьох років безперервної роботи завод регулярно відбирав проби каламутності відстояної води як з модернізованого, так і з немодифікованого паралельного потягу. Ці дані свідчать про стабільну продуктивність:

Середнє значення відстояної води 1,3 NTU є найбільш важливим числом. Доставляючи до фільтрів воду з щільністю 1,3 NTU замість 2,3 NTU, вдосконалений відстійник зменшив вміст твердих частинок у фільтрі приблизно43%. Це означає довшу роботу фільтра між зворотними промиваннями, менше споживання води для зворотної промивки та - критично - готову воду, яка може надійно відповідати стандарту Менше або дорівнює 1 NTU. Фільтр, який отримує 2,3 NTU відстояної води, має дуже невеликий запас для досягнення 1 NTU готової води. Фільтр, який отримує відстояну воду 1,3 NTU, має місце для роботи.

Що це означає для вашої рослини

Це приклад демонструє, що неефективний похилий трубчастий відстійник не потребує заміни. Проблема рідко полягає в самих трубах - це те, що відбувається в зоні розподілу, перш ніж вода досягне їх. Принципи модернізації можна перенести:

1. Якщо каламутність відстояної води непостійна, спочатку перевірте розподіл потоку.Нерівномірний потік через пучок труб є найпоширенішою причиною зміни продуктивності похилих трубних відстійників. Занурений водослив на виході з флокуляції та перфорована розподільна стінка з градуйованим відстанню між отворами є недорогими-виправленнями, які вирішують це у джерелі.

2. Якщо лікуватися холодною водою (<5°C), add a horizontal flow section.Холодна вода виробляє слабкі пластівці, які не можуть витримати турбулентність традиційного входу трубчастого відстійника. Горизонтальна частина потоку забезпечує низьку{1}}енергетичну перехідну зону, де ці тендітні пластівці можуть осідати, не розриваючись.

3. Якщо якість вашої сирої води змінюється сезонно, збільште буфер зони розподілу.Здатність горизонтальної секції сприймати ударні навантаження неприємна--- це різниця між стабільними стоками та сезонними скаргами на якість води. Розподіл 1/3 довжини резервуара, використаний у цьому проекті, є хорошою відправною точкою для проектування.

4. Матеріал труб має значення в холодному кліматі.Труби EPC, обрані для цього проекту, зберігають гнучкість при температурах, коли твердий ПВХ стає крихким. Якщо температура вашої сирої води падає нижче 5 градусів протягом тривалого часу, обговоріть вибір матеріалу для трубки з вашим постачальником. Стандартний ПВХ і ПП мають різні-низькотемпературні характеристики.

5. 6% покращення у видаленні TOC коштує більше, ніж здається.Під час обробки питної води органічні речовини, видалені перед дезінфекцією, усувають потенціал утворення DBP. Поліпшення загального вмісту органічного вуглецю на 6,08% на стадії седиментації призводить до помітно нижчого утворення ТГМ і НАК нижче за течією - перевага відповідності нормативним вимогам, яка з’єднується протягом життя рослини.

Описана тут модернізація збільшила потужність очищення на 33% (з 12 000 до 16 000 м³/день) у межах тієї самої площі резервуара, одночасно покращивши якість стоків. Ця комбінація -більше води, краща вода, та сама будівля- – це те, що робить концепцію випрямлення горизонтального потоку вартою оцінки для будь-якої застарілої водоочисної установки, яка стикається з жорсткішими стандартами.