Sedimentatiescheiding, als eenheidsbewerking, wordt al lang gebruikt bij de controle van waterbehandeling en is een relatief praktische waterbehandelingstechnologie. Om het effect van de sedimentatiescheiding te verbeteren, worden tijdens gebruik vaak schuine platen of schuine buizen in de bezinkingszone geïnstalleerd, zodat het ondiepe laagprincipe kan worden toegepast, waarbij gebruik wordt gemaakt van een groot oppervlak en een hoge scheidingsefficiëntie. De problemen die zich tijdens de toepassing voordoen, hebben echter zelden de aandacht getrokken. Dit artikel richt zich op de analyse van de belangrijkste problemen die zich voordoen tijdens de toepassing en stelt overeenkomstige oplossingen ter referentie voor.
1. PROBLEMEN DIE VOORTKOMEN TIJDENS DE TOEPASSING VAN HELLENDE TUBE SETTLERS
Als de waterverdeling bij de inlaat van de hellende buisbezinker niet uniform is, zal er ernstige turbulentie optreden in de vloeistofbeweging nabij de inlaat. Dit veroorzaakt lokaal een extreem hoge stroomsnelheid bij de inlaat, waardoor het eerder op de schuine buizen afgezette slib weer omhoog gaat.
De interne situatie van een hellende buisbezinker tijdens normaal bedrijf is weergegeven in Figuur 1.
Uit Figuur 1 is te zien dat de waterstroom en de slibstroom ieder hun eigen traject volgen. Als de normale werking lange tijd aanhoudt, ligt de beweging van de slibstroom in principe dicht bij het dynamische evenwicht:
op dit moment is de SS-verwijderingsefficiëntie van het afvalwater goed.
Als de stroomverdeling bij de inlaat echter niet uniform genoeg is, wordt de stroomsnelheid bij sommige buisinlaten te hoog, wat ernstige turbulentie en verslechtering van de effluentkwaliteit veroorzaakt.
2. VLOEISTOFMECHANISCHE ANALYSE VAN HET PROBLEEM
Gedurende het gehele ongunstige proces zal de vloeistof de situatie vertonen zoals weergegeven in Figuur 2.
De redenen voor het bovengenoemde fenomeen worden geanalyseerd vanuit de volgende aspecten.
2.1 Hydraulische analyse van de ongunstige situatie
In feite kan de opwaartse en neerwaartse stroming van water en slib in de hellende buizen worden beschouwd als een benaderend fluïdisatieverschijnsel. Veronderstel dat v de oppervlaktesnelheid van het water door de buizen is, u₁ de werkelijke snelheid van het water door de slibdeeltjes, en ε de lege fractie (van de slibdeeltjeslaag) is. Vervolgens u₁=v/ε, zoals weergegeven in figuur 3.
Als de holle fractie van de gesuspendeerde vaste stoffen klein is, is de werkelijke snelheid van het water door de deeltjeslaag relatief hoog. Als de bezinkingssnelheid van de deeltjes bekend staat als een vaste waarde uset, volgens de theorie van verschillende stadia van fluïdisatie, wanneer de werkelijke snelheid van water door de deeltjeslaag u₁=uset, de gefluïdiseerde toestand bevindt zich in een vast bedstadium met een stabiele holtefractie ε. Wanneer u₁ > uset, wordt de oorspronkelijke holtefractie ε verbroken, waardoor de holtefractie toeneemt. Voor een hellende buisbezinker betekent dit dat deeltjes opstijgen, waardoor de scheidingsefficiëntie afneemt.
2.2 Analyse van verschillende bezinkingssnelheden van geresuspendeerde slibdeeltjes in verschillende toestanden
De geresuspendeerde slibdeeltjes bestaan in de vorm van ① individuele deeltjes en ② deeltjesclusters van verschillende groottes (met lege fractie ε'). Volgens de bezinkingssnelheidsformule voor individuele deeltjes in het gebied van de wet van Stokes:
Voor de bezinkingssnelheid van deeltjesclusters, volgens de empirische relatie van Steinour:
waar:
vt, groep- bezinkingssnelheid van deeltjesclusters, m/s;
t - bezinkingstijd, s;
g - zwaartekrachtversnelling, m/s²;
ρs, ρL- dichtheid van deeltjes en vloeistof, kg/m³;
Dp- deeltjesdiameter, m;
μ - dynamische viscositeitscoëfficiënt, kg/(m·s);
ε - lege fractie.
Sinds 0 < ε² < 1 en 0 < 10-1.82(1-ε)< 1, hieruit volgt dat ε²·10-1.82(1-ε)< 1, vandaar vt, groep< vt.
Volgens de sedimentatietheorie en het bovenstaande bewijs is het minder waarschijnlijk dat deeltjesclusters, nadat ze opnieuw zijn gesuspendeerd, bezinken, dat wil zeggen dat ze gemakkelijker worden meegevoerd door de waterstroom, waardoor de efficiëntie van de sedimentatie afneemt.
2.3 Stromingskarakteristieken in ongunstige staat
Wanneer de ongunstige situatie zoals weergegeven in Figuur 2 zich voordoet, ziet de stroomverdeling er uit als je naar het wateroppervlak van de kolonist kijkt, zoals in Figuur 4.
Zoals weergegeven in Figuur 4 verschijnen er drie zones op het wateroppervlak: ① een relatief rustige zone, ② een overgangszone, en ③ een zone met ernstige turbulentie. In de zone met ernstige turbulentie kan het wateroppervlak in ernstige gevallen zelfs in kleine gebogen bogen uitpuilen. De SS-concentratie is hier extreem hoog, bijna hetzelfde als het influent.
2.4 Testresultaten op locatie- na correctie op basis van de bovenstaande analyse
Bij een bepaald afvalwaterzuiveringsproject was het effluent vanwege het bovengenoemde probleem nogal troebel. Na hydraulische analyse en technische correctie om de waterverdeling uniform te maken, verscheen het fenomeen van opstijgende vlokken niet langer in het effluent. Testresultaten worden weergegeven in Tabel 1.
Tabel 1 CODcr-testresultaten van afvalwater van een bepaalde installatie
| Partij watermonster | Influent CODcr/(mg·L⁻¹) | Effluent CODcr/(mg·L⁻¹) | Verwijderingspercentage/% |
| 1 | 1272 | 261 | 79.5 |
| 2 | 1153 | 245 | 78.7 |
Uit Tabel 1 blijkt dat na correctie en uniforme waterverdeling de CZVcr-verwijderingssnelheid een relatief hoog niveau bereikte.
3. VERSCHILLENDE PUNTEN OM OP TE MERKEN VOOR HELLENDE TUBE SETTLERS
3.1 Analyse van verschillende deeltjes
Voor verschillende deeltjes, zoals zandsedimentatie, vloksedimentatie van druk- en verfafvalwater en sedimentatie van steenkoolslurry, zijn er vanwege verschillen in deeltjesdichtheid, vorm en holtefractie verschillen in sedimentatie. Zanddeeltjes hebben een relatief hoge dichtheid en kleine afmetingen, waardoor ze snel bezinken. Vlokjes afkomstig van het printen en verven van afvalwater hebben een relatief lage dichtheid, liggen dicht bij water, hebben een grote vorm en een hoge holtefractie, waardoor ze langzaam bezinken. Kolenslurry valt tussen de twee. Bij zandsedimentatie is de invloed van stromingsfluctuaties dus relatief klein, terwijl bij het bedrukken en verven van afvalwater de invloed van stromingsfluctuaties relatief groot is. Verschillende deeltjes hebben dus verschillende vereisten voor de stroomverdeling. Voor het bedrukken en verven van afvalwater moet de stroomverdeling bij de inlaat relatief uniform zijn.
3.2 Schuine buiskolkentoren vereisen een meer uniforme waterverdeling
Omdat schuine buizen (doorgaans 35 mm, 50 mm in diameter) in de kolonist worden geplaatst, wordt, als de hydraulische verdeling onder de buizen niet uniform is, als gevolg van ν=Q/A, de stroomsnelheid in sommige buizen te hoog, waardoor vlokken gaan stijgen, wat resulteert in een effluentkwaliteit die nog slechter is dan die zonder buizen. Daarom moet de waterverdeling in kolonisten met hellende buizen uniformer zijn dan in gewone sedimentatietanks.
3.3 De installatierichting van schuine buizen moet tegengesteld zijn aan de instroomrichting
Het proces waarbij water via de inlaatleiding de kolonist binnendringt, brengt een plotselinge vergroting van de stroomdoorsnede- met zich mee. Daarom ondergaat de stroom een korte verandering. Om deze verandering te voorkomen, moet de installatierichting van de schuine buizen tegengesteld zijn aan de instroomrichting. Dit kan de impact van de plotselinge verandering in de stroming op de sedimentatie-efficiëntie van vlokken verzachten.