Distribucija vode v cevnem usedalniku in zasnova izpusta blata: Praktični inženirski vodnik za sedimentacijske rezervoarje

Če načrtujete nov sedimentacijski rezervoar cevnega usedalnika ali odpravljate težave s slabo delujočim, bosta dva dejavnika odločila vaše rezultate bolj kot kateri koli drugi:distribucija vode na vhoduinizpust blata z dna. Naredite eno napako in posledice so takojšen - kratek-stik, neenakomerno usedanje, kopičenje blata in kakovost odplak, ki ne izpolnjujejo standardov za izpust, ne glede na to, kako visoko-kakovostni so mediji v vaši cevi. Ta vodnik se popelje skozi ključna načela načrtovanja in metode izračuna za oba sistema z uporabo resničnega inženirskega primera, da številke prenesemo v prakso.

Zakaj cevni usedalniki zagotavljajo izjemno učinkovitost

Cevni usedalniki ponujajo eno stroškovno-najučinkovitejših metod za povečanje zmogljivosti čiščenja obstoječega sedimentacijskega bazena. Osnovno načelo je elegantno preprosto: učinkovito območje usedanja je popolnoma neodvisno od površine tal rezervoarja - namesto tega je odvisno odskupna vodoravno projicirana površina nagnjenih cevnih modulov. To pomeni, da lahko dramatično povečate zmogljivost usedanja, ne da bi povečali odtis rezervoarja.

Ko so cevi nameščene pod kotom 60 stopinj, vsak kubični meter prostornine cevi zagotavlja približno11 do 15 m²efektivnega območja usedanja. To pomeni do8- do 10-kratna površina talrezervoarja. Razdalja usedanja znotraj vsakega cevnega kanala je le nekaj centimetrov - v primerjavi z nekaj metri v običajnem čistilniku -, kar pomeni, da delci veliko hitreje dosežejo zbirno površino.

Enako pomemben je hidravlični režim znotraj cevi. Pogoji laminarnega toka, pri čemer Reynoldsova števila običajno ostanejo pod 500, omogočajo, da je stopnja hidravlične obremenitve na enoto efektivne usedalne površineznatno višja od običajne sedimentacije. Toda ta teoretična prednost se prenese v dejansko-zmogljivost šele, ko je hidravlika ustrezno zasnovana -, zlasti ko je pretok enakomerno porazdeljen po celotnem preseku usedalnika-cevi in ​​je blato odstranjeno v celoti in pravočasno.

Načrtovanje distribucije vode - Ustrezen pretok

Cilji načrtovanja dovoda

Dovodni sistem za cevni usedalnik služi dvema kritičnima funkcijama, ki neposredno določata celotno zmogljivost. Najprej morarazpršijo kinetično energijovhodnega toka - če turbulenca prodre v območje usedanja, poškoduje odejo usedlega blata, ponovno-suspendira delce in spodkopa vse, za kar so cevi zasnovane. Drugič, pretok mora čim bolj enakomerno porazdeliti po celotnem-prečnem prerezu cevnih modulov. Neenakomerna porazdelitev ustvarja lokalizirana območja visoke-hitrosti, ki prenašajo trdne snovi skozi cevi, preden se lahko usedejo.

Pogoste konfiguracije dovodov, ki se uporabljajo v praksi, vključujejo:perforirane pregradne stenez enakomerno razporejenimi odprtinami (najpogosteje uporabljena in zanesljiva možnost za pravokotne rezervoarje), potopljenimi dovodnimi cevmi z več razdelilnimi odprtinami, spodnjimi-vstopnimi razdelilnimi stranskimi odprtinami z navzgor-obrnjenimi odprtinami in dovodnimi kanali z V-zarezami. Izbira je odvisna od geometrije rezervoarja, pretoka in prostorskih omejitev, vendar je perforirana pregradna stena privzeta izhodiščna točka za večino komunalnih projektov.

Ključni parametri zasnove

Najpomembnejša hidravlična metrika za dovode cevnega usedalnika jehitrost približevanja- hitrost toka navzgor, ko voda vstopi v spodnjo stran cevnih modulov. Za večino komunalnih aplikacij, ki čistijo površinsko vodo ali sekundarne odpadne vode, se približajte hitrosti5 do 15 mm/szagotoviti optimalno delovanje. Pri hitrostih pod 5 mm/s obstaja tveganje, da se bo blato usedlo znotraj distribucijskega območja, kar bo povzročilo mrtve cone, ki bodo zmanjšale efektivni volumen. Hitrosti nad 20 mm/s lahko povzročijo motnje v odeji blata in prenesejo delce kosmičev v cevne kanale, preden se lahko usedejo.

Zasnova pregrade za disipacijo energije

Postavljena ena odbojna stena0,8 do 1,5 mod vstopne stene, z enakomerno razporejenimi luknjami (običajno50 do 100 mm premerapri200 do 400 mm razmika), zagotavlja učinkovito disipacijo vstopne energije za večino pravokotnih rezervoarjev. Načrtovana hitrost vrtanja mora biti ciljna0,15 do 0,25 m/spri povprečnem dnevnem pretoku - dovolj hitro, da se prepreči posedanje v luknjah, dovolj počasi, da se prepreči curek. Skupna odprta površina vseh lukenj skupaj mora biti15 do 25 %območja odbojne stene. Pomembna podrobnost, ki je pogosto spregledana: zagotoviti a200 do 300 mm režena dnu pregrade za prehajanje blata. Brez te vrzeli se blato nabira za pregrado, zmanjšuje aktivno prostornino in sčasoma ustvarja anaerobne pogoje.

Zahteve glede enakomernosti porazdelitve

Dobro-zasnovan vstopni sistem mora doseči enakomerno porazdelitev pretoka vsaj85 do 90 %, kar pomeni, da se stopnja pretoka na enoto površine razlikuje za manj kot 10 do 15 % od povprečja čez-presek rezervoarja. Najpogostejši vzroki za slabo distribucijo vključujejo: dovod je postavljen preblizu cevnim modulom (razdalja manj kot 0,5 m), nezadostna odprta površina pregrade (pod 10 % površine stene) in asimetrična geometrija rezervoarja, ki ni upoštevana pri dimenzioniranju posameznih vrat. Pravokotni rezervoarji z enim stranskim dovodom so še posebej občutljivi na slednje - odprtine, ki so najbližje dovodu, prejmejo nesorazmerno večji pretok, razen če so individualno dimenzionirane.

Zasnova odvajanja blata - Ne dovolite kopičenja trdnih snovi

Zakaj je odvajanje blata pomembno

Učinkovito odstranjevanje blata iz cevnega usedalnika je prav tako ključnega pomena kot pravilna porazdelitev dotoka - in verjetno je pogosteje spregledano od obeh. Ko se blato nenadzorovano kopiči, povzroči vrsto težav: učinkoviti usedalni volumen se skrči, razvijejo se anaerobna območja in proizvajajo pline, ki lahko povzročijoflotacija blata(dvigovanje usedlih trdnih delcev nazaj v suspenzijo), in če se odeja blata dvigne dovolj visoko, lahko fizično zamaši spodnje odprtine cevnih modulov. Ko se to zgodi, je edina rešitev izpraznitev rezervoarja in ročno čiščenje - drag in moteč postopek. Dobro-zasnovan sistem za zbiranje in odvajanje blata mora odstranjevati usedle trdne snovi neprekinjeno ali v pogostih, kratkih intervalih.

Geometrija lijaka za blato

Večina cevnih usedalnikov uporablja eno od dveh konfiguracij zbiranja blata. Prve uporabeveč stožčastih ali piramidalnih lijakov, običajno 1,0 do 1,5 m globoko s stranskimi pobočji najmanj 60 stopinj - ta kot je ključnega pomena za zagotovitev, da blato zanesljivo zdrsne na dno lijaka, namesto da se oprime sten. Druga konfiguracija uporablja aravno ali rahlo nagnjeno dno z mehanskim strgalom za blatoin centralno zbiralno korito. Za rezervoarje-spodnjega lijaka mora vodoravna razdalja blata potovati vzdolž tal, da doseže lijak, - idealno manj kot3 do 4 metre. Daljše potovalne razdalje omogočajo, da se trdne snovi stisnejo in oprimejo tal, kar izniči namen zasnove lijaka.

Izbira konfiguracije je odvisna od oblike rezervoarja: krožni rezervoarji običajno uporabljajo vrteče se strgalo z obrobnim zbiranjem blata, pravokotni rezervoarji uporabljajo več lijakov, razporejenih po dolžini, ali strgalo na potujočem mostu. Pristop z več-lijaki je pogostejši za manjše pravokotne rezervoarje, ker nima gibljivih delov in zahteva manj vzdrževanja.

Ventili in cevi za izpust blata

Cevi za izpust blata morajo imeti najmanjši premer150 mmupreti se zamašitvi. Naklon cevi mora biti najmanj2 % proti mestu izpusta. Vrsta ventila je ključnega pomena: vedno uporabljajteventili-polne izvrtinekot so zaporni, čepni ali ščipalni ventili. Nikoli ne uporabljajte krogelnih ali metuljastih ventilov pri servisiranju blata - ustvarjajo notranje omejitve pretoka, ki ujamejo trdne snovi in ​​se hitro zamašijo. Avtomatski ventili (pnevmatski ali električni) s časovno-nadzorovanim prekinjenim praznjenjem so močno priporočljivi namesto ročnih ventilov. Ročni odvzem blata je odvisen od skrbnosti operaterja, ki se razlikuje od izmene do izmene, nedosledno odvajanje pa je eden glavnih vzrokov za težave z nabiranjem blata.

Delovne smernice za dosledne rezultate

Odvajanje blata na podlagi aredni časovnikin ne ročna presoja dosledno daje najboljše rezultate. Začnite s kratkimi, pogostimi intervali praznjenja - na primer,15 do 30 sekund vsakih 15 do 30 minut- in prilagodite glede na izmerjeno koncentracijo blata. Ciljna koncentracija blata1 do 3 % trdne snoviv izpustnem toku; koncentracije pod 1 % nakazujejo, da zapravljate preveč vode (prepogosto ali predolgo odpiranje ventilov), medtem ko koncentracije nad 3 % kažejo na premajhno pogostost odvajanja.

Dnevno spremljajte nivo blata s pomočjo prenosnega detektorja blata. Ciljna raven odeje mora biti0,3 do 0,5 m pod dnom cevnih modulov. Če se odeja dvigne manj kot 0,3 m, povečajte pogostost ali trajanje praznjenja. Če pade daleč pod 0,5 m in je koncentracija izpusta nizka, verjetno po nepotrebnem zapravljate očiščeno vodo.

Delovni primer - 10,000 m³/d cevni usedalnik

Da bi načela načrtovanja prenesli v prakso, je tukaj popoln primer obdelave usedalnika s pravokotnimi cevmi.10,000 m³/dkomunalne odpadne vode.

Vhodni podatki za načrtovanje

Izračuni dovoda

Hitrost približevanja se izračuna kot stopnja pretoka, deljena s površino načrta cevnega usedalnika: 417 m³/h deljeno z (10 m x 5 m) je enako8,34 m/h ali približno 2,3 mm/s. To udobno spada v priporočeno območje od 5 do 15 mm/s, čeprav rahlo na nižji meji -, kar pomeni, da je prostor za povečanje pretoka v prihodnosti, če bo potrebno.

Za odbojno steno: površina stene je 6 m široka x 4,5 m globoka =27 m². Pri 20-odstotnem razmerju odprte površine je potrebna odprta površina5.4 m². Če uporabimo luknje s premerom 75 mm (površina vsake luknje=0.0044 m²), je potrebno število lukenj 5,4 deljeno z 0,0044, kar je približno1.220 lukenj. Porazdeljeno na površino 6 m x 4,5 m je to približno150 mm x 150 mm razmikamed luknjami.

Hitrost vrtine pri povprečnem pretoku je 0,116 m³/s deljeno s 5,4 m² =0,021 m/s (približno 0,02 m/s). To je bistveno pod priporočenim ciljem 0,15 m/s, kar pomeni, da so luknje prevelike za pretok. Če želite to popraviti, zmanjšajte število lukenj (na približno 170 lukenj, kar bi dalo hitrost bližje 0,15 m/s) ali zmanjšajte premer luknje, da povečate hitrost in hkrati ohranite enakomerno porazdelitev.

Zasnova lijaka za blato

Zagotovitištiri lijake po dolžini rezervoarja- ena na vsake 3 metre - vsaka1,2 m globoko s 60-stopinjskimi stranskimi nakloniza zagotovitev zanesljivega drsenja blata. Vsak lijak mora biti opremljen z a150 mm pnevmatski vtični ventilna krmilniku časovnika. Priporočeno zaporedje delovanja je občasno praznjenje20 sekund vsakih 20 minut, ki se zaporedoma vrtijo skozi zalogovnike, tako da se v danem trenutku izprazni samo en zalogovnik. To preprečuje hidravlični udar v sistemu, hkrati pa ohranja dosledno odstranjevanje blata.

Zaključek

Distribucija vode in izpust blata sta dva najbolj spregledana vidika zasnove cevnega usedalnika - in sta tudi med najpogostejšimi vzroki za nezadostno delovanje na terenu. Ključna načela zasnove so enostavna in dobro-uveljavljena: enakomerno porazdelite pretok po celotnem preseku usedalnika-cevi, ciljajte na hitrost približevanja med 5 in 15 mm/s, zagotovite 15 do 25-odstotno odprto območje za disipacijo energije, odstranite blato po zanesljivem časovnem razporedu z uporabo ventilov s-polno izvrtino in vzdržujte naklone cevi nad 2%. Preverite delovanje z rutinskim spremljanjem nivoja blatne obloge -, pri čemer idealno držite oblogo 0,3 do 0,5 m pod vstopnimi odprtinami cevnega modula. Obrati, ki vlagajo inženirske napore, da bi te temelje pravilno postavili, bodo v celoti izkoristili svojo naložbo v cevni usedalnik: višjo zmogljivost čiščenja brez povečanja površine, boljšo kakovost odplak, ki izpolnjujejo strožje standarde izpustov, in bistveno manj operativnih glavobolov.