Kako je odsek vodoravnega pretoka zmanjšal motnost usedljene vode s 6,15 na 1,3 NTU – Študija primera nadgradnje cevnega usedalnika s polnim obsegom

Okrajni vodovod, zgrajen leta 1989. Surova voda pri 0–5 stopinjah pet mesecev na leto. Zdravilni vlak, ki ni mogel zlomiti 3 NTU.Inženirji tovarne so izvedli eno strukturno spremembo svojega nagnjenega cevnega usedalnika -, pri čemer so dodali odsek za usmerjanje vodoravnega toka, ki zavzema le 1/3 dolžine rezervoarja -, in opazovali, kako je motnost usedljene vode padla s 6,15 NTU napod 2 NTU v 72 urah po zagonu. Tri leta kasneje je sistem še vedno deloval1,3 NTU povprečjebrez sprememb ohišja rezervoarja. Če uporabljate nagnjeni cevni usedalnik, ki slabo deluje v mrzli vodi ali se bori z udarnimi obremenitvami, ta študija primera natančno pokaže, kako popravek deluje - in zakaj je preprostejši, kot si mislite.

Izziv: novi standardi, stari obrat, hladna voda

Ko je manj kot ali enako 1 NTU zakon in je bil vaš obrat zgrajen za manj kot ali enako 3 NTU

Okrožni vodovod se nahaja v severnem Shaanxiju, regiji, kjer pozimi temperature vode redno padejo na0-5 stopinjin motnost surove vode niha med 15 in 77 NTU, odvisno od sezone. Obrat je bil zagnan leta 1989 s konvencionalnim postopkom: flokulacija z zgibano-ploščo, sedimentacija v nagnjeni cevi in ​​filtri brez gravitacijskih ventilov. Dva vzporedna niza, od katerih je vsak ocenjen na 6.000 m³/d, s skupno zmogljivostjo 12.000 m³/d. Dve desetletji je to zadostovalo. Končna voda je imela približno 3 NTU -, kar je bilo sprejemljivo po starem standardu.

Potem so se predpisi spremenili. Novi sanitarni standardi za pitno vodo so dvignili mejo z manj kot ali enako 3 NTU naManjše ali enako 1 NTU. Obstoječi postopek te vrzeli ni mogel zapolniti. Vodovod se je soočil z odločitvijo, s katero se sčasoma sooči vsak starajoči se obrat:porušiti in ponovno zgraditi ali naknadno opremiti znotraj obstoječega odtisa. Slednje je bila edina realna možnost. Strukture za obdelavo so bile nameščene v zaprtih prostorih zaradi toplotne izolacije - kar je nujno v podnebju severnega Shaanxija, kjer bi zunanji rezervoarji zmrznili. Rušenje zidov za širitev ni bilo na mizi. Morali so izboljšati delovanje tistega, kar so imeli.

Cilj: povečati zmogljivost enega-vlaka s 6000 m³/d na10,000 m³/d(skupna proizvodnja obrata: 16.000 m³/d), z motnostjo ustaljene vode dosledno pod 3 NTU, da se filtrom omogoči boj z zahtevami po končani-vodi manj kot ali enako 1 NTU.

Strategija za naknadno vgradnjo: tri nadgradnje, eno načelo

Inženirska ekipa se ni dotaknila ohišja rezervoarja. Spremenili so proces v njem in pretvorili staro "flokulacijo z zloženo-ploščo + sedimentacijo v nagnjeni cevi + filter brez gravitacijskega ventila" v"kontaktna flokulacija + izboljšan nagnjen cevni usedalnik + gravitacijski filter brez ventilov". Preobrazbo so spodbudile tri nadgradnje:

1. Več-cevni mešalnik nadomešča cevni statični mešalnik

Prvotni cevni statični mešalnik je naredil eno stvar: mešal je. Nadomestni mešalnik z več-cevmi opravlja tri stvari hkrati:rezanje in cepljenje toka, povratni refluks in hitro mešanje. Ko voda teče skozi več-cevno geometrijo, se na mejni plasti stene cevi oblikujejo-visokofrekvenčni vrtinčni tokovi. Ti vrtinci ustvarjajo mikro-območja intenzivnega striga, ki v nekaj sekundah enakomerno porazdelijo koagulant po celotnem preseku pretoka. Izmerjena učinkovitost mešanja presega94%, izguba glave pa je nižja kot pri originalnem statičnem mešalniku - nenavadna kombinacija, ki pomeni boljše mešanje z manj energije.

Praktična korist:20–30 % prihranek kemikalijv primerjavi z originalnim mešalnikom z boljšo prilagodljivostjo pretoku in spremembam kakovosti vode. Za obrat, pri katerem motnost surove vode sezonsko niha od 15 do 77 NTU, je ta prilagodljivost pomembna.

2. Mrežna flokulacija z zvezdastimi-krilci nadomešča prepognjeno{2}}ploščno flokulacijo

Flokulacija s prepognjenimi-ploščami deluje tako, da potiska vodo skozi serpentinasto pot med vzporednimi ploščami. Ustvarja turbulenco, vendar ne prave vrste. Izboljšana oblika uporabljazvezdaste{0}}krilcenameščeni pravokotno na smer toka znotraj mrežnih predelkov. Te lopatice ustvarjajo visoko{1}}mikro{2}}vrtince - turbulenco v obsegu, ki spodbuja trke delcev, ne da bi pri tem raztrgal kosmiče, ki so že nastali.

Posoda za flokulacijo je razdeljena na11 predelkovčez dve reakcijski stopnji. Faza 1: 8 predelkov po 1,5 m × 1,5 m vsak, 8,95-minutno zadrževanje. Faza 2: 3 predelki po 1,5 m × 2,0 m vsak, 4,48-minutno zadrževanje. Skupni hidravlični zadrževalni čas:13.43 minutpri vrednosti GT 1,7 × 10⁴. Dvo{3}}stopenjska zasnova ustvarja gostejše,-odporne kosmiče na strige kot eno-stopenjska flokulacija -, kar je ključna prednost, ko ti kosmi pozneje vstopijo v distribucijsko območje cevnega usedalnika, kjer bi jih pretirana turbulenca razbila.

3. Ključna inovacija: Odsek za usmerjanje vodoravnega toka pred cevnim usedalnikom

Tu se naknadna vgradnja odmika od standardne prakse in je bila dosežena največja učinkovitost. Tradicionalni nagnjeni cevni usedalnik sprejema vodo neposredno iz izhoda rezervoarja za flokulacijo. Prehod je nenaden: voda preide iz turbulentnega, mešanega-režima toka v laminarni režim usedanja brez vmesnega kondicioniranja. Rezultat jeneenakomerna porazdelitev tokačez snop cevi. Nekateri kanali vidijo visoko hitrost in naravnost skoznjo izplaknejo kosmiče. Drugi vidijo nizko hitrost in kopičijo blato. Oba pogoja poslabšata kakovost odplak.

Nadgradnja je dodala dva elementa, ki to rešujeta:

Potopljeni jez na izhodu iz rezervoarja za flokulacijo.Namesto da bi voda odtekala neposredno v distribucijsko območje, najprej teče čez potopljeni jez, ki deluje kot usmernik toka - zgladi gradiente hitrosti in razprši -turbulenco velikega obsega, preden voda vstopi v usedalnik.

Vodoravni pretočni odsek zavzema 1/3 celotne dolžine rezervoarja (24 m²).To je inovacija. Po prehodu čez jez voda vstopi v vodoravno-območje toka, preden se dvigne skozi nagnjene cevi. Vodilne stene v vodoravnem delu in nagnjenem delu cevi nadzorujejo pot toka. Horizontalna cona opravlja tri funkcije hkrati: zmanjša vodoravno hitrost toka na12,73 mm/s(znotraj okna 10–18 mm/s, za katerega raziskave kažejo, da je ključnega pomena za stabilno sedimentacijo), zagotavlja dodaten čas za usedanje večjih kosmičev in deluje kot hidravlični blažilnik, ki absorbira nihanja pretoka, preden dosežejo cevni snop.

Razdelilna stena na koncu prehodnega odseka uporabljaperforacije s širšim razmikom na vrhu in ožjim razmakom na dnu. Ta proti-intuitivna ureditev je premišljena: kompenzira naravno nagnjenost vode k-kratkemu stiku proti vrhu razdelilnega območja, zaradi česar je enakomernejša navpična porazdelitev toka po celotni višini cevnega snopa.

Zakaj odsek vodoravnega toka deluje: inženirska utemeljitev

Težava s tradicionalnimi nagnjenimi cevnimi usedalniki niso same cevi. To se zgodipreden jih voda doseže. Raziskave so identificirale štiri parametre, ki urejajo enakomernost porazdelitve pretoka v cevnih usedalnikih: razmerje med dolžino-in-širino rezervoarja (L/B), stopnjo površinske obremenitve (q), premer cevi (D) in višino distribucijskega območja pod cevmi.

od teh,Največji vpliv imata razmerje L/B in površinska obremenitev (q).. Ko se razmerje L/B poveča, porazdelitev toka postane bolj ne-enakomerna in kritična hitrost usedanja - najmanjša hitrost, pri kateri se delec dane velikosti usede -, narašča. Površinska obremenitev (q) je približno sorazmerna s kritično hitrostjo usedanja: potisnite večji pretok skozi isto območje in potrebujete večjo hitrost usedanja, da zajamete iste delce. Oba učinka delujeta proti kakovosti odplak.

Tudi tradicionalni cevni usedalniki imajo težave s perforirano-steno. Da bi dosegli enakomerno porazdelitev, potrebuje perforirana stena na vstopu manjše odprtine kot vodoravni{2}}sedimentacijski rezervoar -, kar pomenivišje hitrosti odprtine. Visok{1}}hitri curki skozi te odprtine razbijejo kosmiče, ki jih je posoda za flokulacijo zgradila pravkar 13 minut. Še huje, curki lahko premešajo mrtvo blato, odloženo na dnu distribucijskega območja, in ponovno suspendirajo trdne snovi, ki so se že posedle.

Odsek vodoravnega toka rešuje to verigo težav v samem korenu. Z dodajanjem 1/3 dolžine rezervoarja kot vodoravnega-pretočnega območja pred nagnjenimi cevmi zasnova doseže štiri stvari:

Oblikovalski parametri: številke za naknadno vgradnjo

Nagnjen cevni del uporabljaproti-tokovni tok- voda se dviga navzgor skozi cevi, medtem ko trdne snovi drsijo navzdol vzdolž naklona 60 stopinj. Cevi so kopolimer etilen-propilena (EPC) s prečnim -prerezom v obliki satja, premera 30 mm, dolžine 1 m. EPC je bil izbran namesto standardnega PVC ali PP zaradi svoje vrhunske učinkovitosti v hladni vodi: ohranja prožnost in odpornost na udarce pri temperaturah, kjer trdi PVC postane krhek.

Zbiranje blata uporablja velike gravitacijske lijake z drsnim kotom, ki je strmejši od običajnih majhnih lijakov, kar zagotavlja temeljito odstranjevanje blata z minimalnimi motnjami lokalnega toka. Ventili za izpust blata soročni-električni hitri-odpiralni tip- praktična izbira, ki daje prednost zanesljivosti in enostavnosti vzdrževanja pred popolno avtomatizacijo. Manj naprav, nižje stopnje napak, nižji stroški.

Rezultati: 4 NTU nižje v 3 dneh, 1,3 NTU po 3 letih

72-urni poskusni zagon: takojšnja vrzel v zmogljivosti

Tri{0}}dnevno neprekinjeno preskušanje je potekalo od 15. do 17. oktobra 2011, pri čemer je bil pretok vtoka nadzorovan pri750 m³/h. Obrat je vzorčil surovo vodo, odplake iz nemodificiranega tradicionalnega cevnega usedalnika (vzporedni niz) in odplake iz izboljšanega cevnega usedalnika hkrati med poskusom.

Rezultati so bili nedvoumni. Izboljšana motnost iztoka usedalnika je bilaveč kot 4 NTU nižjekot tradicionalna zasnova na vseh mestih vzorčenja. Vrzel je bila dosledna in takojšnja - brez prekinitve-v obdobju, prilagajanje ni bilo potrebno. Kakovost iztoka je izpolnila načrtovalska pričakovanja že od prvega dne, kar je znatno zmanjšalo obremenitev filtra navzdol.

Odstranitev TOC: 6,08 % izboljšanje v primerjavi s tradicionalno zasnovo

Motnost in organska snov sta v površinski vodi tesno povezani - isti delci, ki sipajo svetlobo, prenašajo tudi adsorbirano naravno organsko snov (NOM). Med poskusom je obrat meril TOC v iztoku iz obeh procesov sedimentacije. TOC surove vode je bil stabilen pri2,5–3,0 mg/l.

6-odstotno izboljšanje pri odstranitvi TOC se morda zdi skromno, vendar pri čiščenju pitne vode odstranjevanje organskih snovi v fazi sedimentacije neposredno zmanjša potencial za nastajanje stranskih -produktov dezinfekcije (DBP) na nižji stopnji. Vsak miligram TOC, odstranjen pred kloriranjem, je miligram, ki v distribucijskem sistemu ne tvori trihalometanov (THM) ali haloocetne kisline (HAA).

Tri{0}}letno preverjanje: številke držijo

Nadgradnja je bila predana 15. aprila 2012. V treh letih neprekinjenega obratovanja je obrat redno vzorčil motnost usedljene vode tako iz naknadno opremljenega vlaka kot iz nemodificiranega vzporednega vlaka. Podatki povedo jasno zgodbo o trajni uspešnosti:

Povprečje ustaljene vode 1,3 NTU je številka, ki je najpomembnejša. Z dovajanjem vode pri 1,3 NTU v filtre namesto 2,3 NTU je izboljšani usedalnik zmanjšal obremenitev filtra s trdnimi snovmi za približno43%. To pomeni daljše delovanje filtra med povratnimi izpiranji, manjšo porabo vode za povratno izpiranje in - kritično - končno vodo, ki lahko zanesljivo ustreza standardu manj kot ali enako 1 NTU. Filter, ki prejema 2,3 NTU ustaljene vode, ima zelo malo rezerve za doseganje 1 NTU končne vode. Filter, ki prejema ustaljeno vodo 1,3 NTU, ima prostor za delo.

Kaj to pomeni za vašo rastlino

Ta študija primera dokazuje, da slabo delujočega nagnjenega cevnega usedalnika ni treba zamenjati. Težava je redkokdaj v samih ceveh - gre za to, kar se zgodi v distribucijskem območju, preden jih voda doseže. Načela naknadne vgradnje so prenosljiva:

1. Če je motnost vaše ustaljene vode neskladna, najprej preverite porazdelitev pretoka.Neenakomeren pretok čez cevni snop je najpogostejši vzrok za razlike v zmogljivosti nagnjenih cevnih usedalnikov. Potopljeni jez na izhodu iz flokulacije in perforirana razdelilna stena s stopnjevanim razmikom med luknjami sta nizko{1}}stroškovna popravka, ki to rešujeta pri izvoru.

2. Če zdravite hladno vodo (<5°C), add a horizontal flow section.Hladna voda proizvaja šibke kosmiče, ki ne morejo preživeti turbulence tradicionalnega cevnega usedalnika. Odsek vodoravnega toka zagotavlja prehodno območje z nizko{1}}energijo, kjer se lahko ti krhki kosmi usedejo, ne da bi jih raztrgali.

3. Če kakovost vaše surove vode sezonsko niha, povečajte medpomnilnik območja distribucije.Sposobnost vodoravnega odseka, da absorbira udarne obremenitve, ni lepo--imati - to je razlika med stabilnimi odplakami in sezonskimi pritožbami glede kakovosti vode. Dodelitev 1/3 dolžine rezervoarja, uporabljena v tem projektu, je dobro izhodišče za načrtovanje.

4. Material cevi je pomemben v hladnih podnebjih.Cevi EPC, izbrane za ta projekt, ohranjajo prožnost pri temperaturah, kjer trdi PVC postane krhek. Če vaša surova voda dlje časa pade pod 5 stopinj, se o izbiri materiala cevi pogovorite s svojim dobaviteljem. Standardni PVC in PP imata različne nizko-temperaturne ovojnice.

5. 6-odstotno izboljšanje pri odstranjevanju TOC je vredno več, kot je videti.Pri čiščenju pitne vode organske snovi, odstranjene pred dezinfekcijo, odpravijo možnost nastajanja DBP. Izboljšanje TOC za 6,08 % na stopnji sedimentacije pomeni merljivo nižjo tvorbo THM in HAA v smeri toka -, kar je prednost skladnosti s predpisi, ki se povečuje skozi celotno življenjsko dobo rastline.

Tukaj opisana nadgradnja je povečala zmogljivost čiščenja za 33 % (z 12.000 na 16.000 m³/d) znotraj iste površine rezervoarja, hkrati pa je izboljšala kakovost odplak. Ta kombinacija -več vode, boljša voda, ista stavba- je tisto, zaradi česar je koncept popravka vodoravnega toka vreden ocene za vsako starajočo se čistilno napravo za vodo, ki se sooča s strožjimi standardi.