Kaldtorude settiga seotud probleemid: voolu vale jaotumise, muda resuspendeerimise ja selle parandamise vedelikmehaanika analüüs

Seteeraldust kui ühikoperatsiooni on veepuhastuse kontrollimisel kasutatud pikka aega ja see on suhteliselt praktiline veetöötlustehnoloogia. Setteeraldusefekti parandamiseks paigaldatakse settimise tsooni kasutamise ajal sageli kaldplaadid või kaldtorud, nii et saab rakendada madala kihi põhimõtet, kasutades ära suurt ala ja kõrget eraldamise efektiivsust. Taotluse käigus tekkivad probleemid on aga harva tähelepanu äratanud. See artikkel keskendub rakenduse käigus ilmnevate põhiprobleemide analüüsile ja pakub välja vastavad lahendused.

1. PROBLEEMID, MIS ESITAVAD KALDUSI TORU SEADISTAJATE KASUTAMISE AJAL

Kui vee jaotus kaldsetiti sisselaskeava juures ei ole ühtlane, tekib vedeliku liikumisel sisselaskeava lähedal tõsine turbulents. See põhjustab sisselaskeava juures äärmiselt suure lokaalse voolukiiruse, mis paneb eelnevalt kaldtorudele ladestunud muda uuesti üles tõusma.

Kaldtorusetiti sisemine olukord normaalse töö ajal on näidatud joonisel 1.

Jooniselt 1 on näha, et veevoolul ja mudavoolul on kummalgi oma tee. Kui normaalne töö jätkub pikka aega, on muda voolu liikumine põhimõtteliselt lähedane dünaamilisele tasakaalule:

hetkel on reovee SS-eemaldamise efektiivsus hea.

Kui aga voolujaotus sisselaskeava juures ei ole piisavalt ühtlane, muutub voolukiirus mõne toru sisselaskeava juures liiga suureks, põhjustades tõsist turbulentsi ja heitvee kvaliteedi halvenemist.

2. PROBLEEMI VEDELIKMEHAANIKA ANALÜÜS

Kogu ebasoodsa protsessi jooksul on vedelikul joonisel 2 näidatud olukord.

Ülaltoodud nähtuse põhjuseid analüüsitakse järgmistest aspektidest.

2.1 Ebasoodsa olukorra hüdrauliline analüüs

Tegelikult võib vee ja muda üles- ja allavoolu kaldtorudes pidada ligikaudseks fluidisatsiooninähtuseks. Oletame, et v on vee pindmine kiirus läbi torude, u1 on vee tegelik kiirus läbi mudaosakeste ja ε on (mudaosakeste kihi) tühifraktsioon. Seejärel u₁=v/ε, nagu on näidatud joonisel 3.

Kui hõljuvate ainete tühimike osa on väike, on vee tegelik kiirus läbi osakeste kihi suhteliselt suur. Kui osakeste settimiskiirust tuntakse fikseeritud väärtusena u_seatud, vastavalt keevkihistamise erinevate etappide teooriale, kui vee tegelik kiirus läbi osakeste kihi u₁=u_seatud, on keev olek fikseeritud kihi staadiumis stabiilse tühimikufraktsiooniga ε. Kui u₁ > u_seatud, on algne tühifraktsioon ε katki, põhjustades tühimikufraktsiooni suurenemist. Kallutatud torusettija puhul tähendab see osakeste tõusu, mis vähendab eraldamise efektiivsust.

2.2 Resuspendeeritud mudaosakeste erinevate settimiskiiruste analüüs erinevates olekutes

Resuspendeeritud mudaosakesed esinevad ① üksikute osakeste ja ② erineva suurusega osakeste klastritena (tühise fraktsiooniga ε'). Stokesi seaduse piirkonnas üksikute osakeste settimiskiiruse valemi järgi:

Osakeste klastrite settimiskiiruse jaoks vastavalt Steinouri empiirilisele seosele:

kus:

v_{t, rühm}- osakeste klastrite settimiskiirus, m/s;

t - settimisaeg, s;

g - gravitatsioonikiirendus, m/s²;

ρ_s, ρ_L- osakeste ja vedeliku tihedus, kg/m³;

D_p- osakese läbimõõt, m;

μ - dünaamilise viskoossuse koefitsient, kg/(m·s);

ε - tühimurd.

Kuna 0 < ε² < 1 ja 0 < 10^-1.82(1-ε)< 1, järeldub, et ε²·10^-1.82(1-ε)< 1, seega v_{t, rühm}< v_t.

Sedimentatsiooniteooria ja ülaltoodud tõestuse kohaselt on osakeste klastrid pärast resuspendeerimist väiksema tõenäosusega settinud, st veevool kanduvad need kergemini minema, vähendades settimise efektiivsust.

2.3 Vooluomadused ebasoodsas olekus

Joonisel 2 kujutatud ebasoodsa olukorra ilmnemisel, vaadates alla settija veepinnale, kuvatakse voolujaotus nagu joonisel 4.

Nagu on näidatud joonisel 4, ilmuvad veepinnale kolm tsooni: ① suhteliselt rahulik tsoon, ② üleminekutsoon ja ③ tugeva turbulentsi tsoon. Tugeva turbulentsi tsoonis võib veepind tõsistel juhtudel isegi väikesteks kõverateks kaaredeks paisuda. SS-i kontsentratsioon on siin ülikõrge, peaaegu sama kui influentil.

2.4 Kohapealse-testi tulemused pärast ülaltoodud analüüsi põhjal korrigeerimist

Teatud reoveepuhastusprojektis oli ülaltoodud probleemi tõttu heitvesi üsna hägune. Pärast hüdraulilist analüüsi ja insenertehnilist korrektsiooni, et muuta veejaotus ühtlaseks, ei ilmnenud enam heitvees flokkide tõusu nähtust. Katsetulemused on näidatud tabelis 1.

Tabel 1 Teatud jaama reovee CODcr testi tulemused

Tabelist 1 on näha, et pärast korrektsiooni ja ühtlast veejaotust saavutas CODcr eemaldamise määr suhteliselt kõrge taseme.

3. MITU PUNKT, MIDA TÄHELE MÄRKADA KALLUTUSEGA TORU SEADISTAJATE KOHTA

3.1 Erinevate osakeste analüüs

Erinevate osakeste puhul, nagu liiva settimine, trüki- ja värvimisreovee flok-settimine ja kivisöe settimine, on osakeste tiheduse, kuju ja tühimike fraktsiooni erinevuste tõttu settimises erinevusi. Liivaosakesed on suhteliselt suure tihedusega ja väikese suurusega, nii et need settivad kiiresti. Trüki- ja värvimisreoveest tekkivad flokud on suhteliselt väikese tihedusega, veelähedased, suure kujuga ja suure tühimikufraktsiooniga, mistõttu settivad need aeglaselt. Söe läga langeb nende kahe vahele. Seetõttu on liiva settimisel voolukõikumiste mõju suhteliselt väike, trükkimisel ja reovee värvimisel aga voolukõikumiste mõju suhteliselt suur. Seega on erinevatel osakestel erinevad nõuded voolujaotusele. Reovee trükkimiseks ja värvimiseks peab voolujaotus sisselaskeava juures olema suhteliselt ühtlane.

3.2 Kaldtorude settijad nõuavad ühtlasemat veejaotust

Kuna settisse asetatakse kaldtorud (tavaliselt 35 mm, läbimõõduga 50 mm), siis kui hüdrauliline jaotus torude all ei ole ühtlane, muutub ν=Q/A tõttu voolukiirus mõnes torus liiga suureks, põhjustades flokide tõusu, mille tulemuseks on heitvee kvaliteet veelgi halvem kui ilma torudeta. Seetõttu peaks veejaotus kaldtorude settides olema ühtlasem kui tavalistes settepaakides.

3.3 Kaldtorude paigaldussuund peaks olema sissevoolu suunaga vastupidine

Sisselasketorust settisse siseneva vee protsess hõlmab voolu ristlõike{0}}äkilist suurenemist. Seetõttu toimub voolus lühiajaline muutus. Selle muutuse vältimiseks peaks kaldtorude paigaldussuund olema sissevoolu suunaga vastupidine. See võib leevendada voolu järsu muutuse mõju flokide settimise efektiivsusele.