Розмір частинок порівняно з ефективністю відстійника з похилою трубкою: CFD моделювання знаходить поріг 80 мкм

Ви знаєте, трубчастий відстійник видаляє зважені тверді речовини. Але чи знаєте ви, які розміри він фактично видаляє -, а які розміри прослизають незалежно від того, наскільки добре розроблений танк? Використовуючи CFD моделювання реального лічильника 1000 м³/день-струмового похилого трубчастого відстійника в провінції Аньхой, дослідники змоделювали поведінку частинок ізвід 30 до 120 мкмза реальних умов експлуатації. Результатом є чіткий поріг: менше 80 мкм розмір частинок майже не має значення для видалення. Понад 80 мкм ефективність зростає. Якщо ваш коагулянт не утворює пластівців вище цього порогу, ваші похилі трубки не виконують те, за що ви заплатили.

ЧОМУ CFD - І ЧОМУ ЦЕЙ ТАНК

Більшість досліджень похилих трубчастих відстійників зосереджено на схемах потоку -, що оптимізують розміри бака, зменшують мертві зони, згладжують розподіл швидкості. Мало хто задавав питання, яке має найбільше значення для якості стоків:враховуючи певний розподіл частинок за розміром, що насправді видаляється?Оскільки частинки різного діаметру мають різну швидкість осідання, розподіл розмірів частинок зважених твердих речовин, що надходять, безпосередньо контролює ефективність седиментації, яку може досягти резервуар.

Щоб відповісти на це питання, дослідники використовувалистандартна модель турбулентності k-ε(для поля потоку) у поєднанні зБагатофазна модель суміші(для дво-фазної поведінки тверде та рідке речовина) - комбінована свердловина-, яка підходить для імітації турбулентного потоку,-наповненого частинками, усередині робочого трубчастого відстійника.

Тестовим прикладом був реальний відстійник-з похилою трубкою на водопровідній станції в провінції Аньхой із такими конструктивними та робочими параметрами:

РЕЗУЛЬТАТ 1: ДЕ КОНЦЕНТРУЮТЬСЯ ЧАСТИНКИ - І ЧОМУ ЦЕ ЗНАЧЕННЯ

Було змодельовано п'ять діаметрів частинок:30, 50, 80, 100 і 120 мкм. Для кожного вертикальний розподіл зважених твердих речовин перевіряли шляхом побудови середньої об’ємної частки на поперечних-перерізах на різних висотах (рис. 2).

З профілів концентрації випливають три моделі:

1. Усі розміри частинок дотримуються однієї загальної тенденції.Загальна форма кривої концентрації-від-висоти однакова незалежно від діаметра. Фізика резервуара - чотири-структура зон, шлях потоку, схема турбулентності - накладає загальний профіль концентрації.

2. На вході трубки (висота ~1,5 м) концентрація різко зростає для більших частинок.Це перехідна зона, де потік потрапляє в похилі труби. Турбулентність і змішування створюють область високої-концентрації, яка сприяє контакту частинок і флокуляції -, що позитивно впливає на розділення твердої та рідини. Чим більші частинки потрапляють у цю зону, тим більш виражений стрибок концентрації.

3. У нижній частині резервуару та поперечному-зрізі стоків розмір частинок визначає результат.Поруч із зоною осаду середня об’ємна частка зростає разом із розміром частинок - більш великі частинки осідають і накопичуються там, де їм потрібно. У поперечному-перерізі стоку середня об’ємна частказменшуєтьсязі збільшенням розміру частинок - виходить менше великих частинок. Співвідношення однозначне:більші частинки → більше осідання → чистіші стічні води.

РЕЗУЛЬТАТ 2: ПОРІГ 80 мкм

Ефективність видалення η визначається як:

де C_{вхідний отвір}є вхідною концентрацією SS (кг/м³) і C_{розетка}– концентрація SS у стоках (кг/м³).

На малюнку 3 показано співвідношення між ефективністю видалення та діаметром частинок за заданих умов впливу (295 мг/л нержавіючої сталі, щільність 1050 кг/м³, в’язкість 0,02001 Па·с). Крива не є лінійною - вона має чітке коліно.

Дані показують два режими:

Причина криється в гідравліці: частинки розміром менше 80 мкм мають досить низькі швидкості осідання, щоб висхідний потік у трубах міг їх винести, незалежно від того, наскільки добре сконструйований резервуар. Понад 80 мкм швидкість осідання значно перевищує швидкість угору, і видалення стає ефективним. Поріг у 80 мкм є специфічним для геометрії цього резервуара та умов експлуатації (діаметр труби 40 мм, нахил 60 градусів, швидкість входу 0,1 м/с) -, але принцип застосовується широко:кожен трубчастий відстійник має критичний розмір частинок, нижче якого видалення погане, і цей розмір визначається висхідною швидкістю в трубах.

ЩО ЦЕ ОЗНАЧАЄ ДЛЯ ВАШОЇ РОСЛИНИ

1. Дозування коагулянту має ціль, і вона становить 80 мкм.Метою коагуляції та флокуляції -, окрім нейтралізації заряду та зв’язування частинок -, є вирощування пластівців, які перевищують критичний розмір, щоб їх міг захопити трубчастий відстійник. Тестування банок має підтвердити, що утворені пластівці перевищують пороговий діаметр для конкретної геометрії резервуара.

2. Якщо ваші стічні води каламутні, а розмір пластівців нижчий за порогове значення, проблема не в трубках -, а в стадії флокуляції.Додавання більше труб або зменшення швидкості вгору допоможе незначно. Але справжнє виправлення полягає вгорі: краща флокуляція для отримання більших і щільніших частинок, які можуть уловлювати існуючі трубки.

3. Критичний розмір залежить-від танка.Це моделювання виявило 80 мкм для трубки діаметром 40 мм під кутом 60 градусів із швидкістю входу 0,1 м/с. Менший діаметр труби, плоскіший кут або нижча висхідна швидкість змістять поріг униз -, що означає, що менші частинки стають видаленими. Ось чому геометрія труби та гідравлічне навантаження є не просто параметрами конструкції; вони безпосередньо встановлюють мінімальний розмір частинок, з якими може працювати ваш відстійник.

4. CFD моделювання є практичним інструментом проектування, а не академічною вправою.Використана тут комбінація моделі k-ε + Mixture може передбачити для будь-якої геометрії резервуара та робочих умов криву розмір частинок – ефективність видалення. Перед будівництвом або модернізацією моделювання може відповісти на питання, на яке не можуть відповісти емпіричні правила проектування:чи видалить цей резервуар частки з моєї сирої води?