Kunshan Jinghe-waterfabriek (600.000 m³/d): hoe een retrofit van een hellende plaat-kolonist met laterale stroming de troebelheid onder de 1,0 NTU terugdringt – zonder toegevoegde energie

THUIS › GEVALLEN › HELLENDE PLAAT SETTLER RETROFIT - KUNSHAN WATERPLANT

Gepubliceerd: 28-05-2025 • Categorie:Gevallen• Tags:Buiskolonist · Hellende plaatkolonist · Sedimentatie Retrofit · Drinkwater · Kunshan

SECTIE 1

Een fabriek van 600.000 m³/d met een verouderd proces-en een troebelheidsprobleem

Kunshan Jinghe Water Plant is geen kleine faciliteit. Met een ontwerpcapaciteit van600,000 m³/dHet bedient een grote stad in de provincie Jiangsu en onderging in 2006-2007 een geavanceerde behandelingsupgrade, waarbij ozon-biologische actieve kool werd toegevoegd aan de conventionele behandelingsreeks. Jarenlang had de fabriek een uitvlokkingsrooster → sedimentatietank met horizontale stroming → flotatietank → V-type filterproces-een configuratie die werd ontworpen toen de ruwwaterbron, het Kui-meer, last had van seizoensgebonden algenbloei die flotatie essentieel maakte.

Toen, in november 2011, veranderde alles. Er kwam een ​​wateromleidingsproject in de Yangtze-rivier online, waardoor Kunshan een tweede bron van ruw water kreeg. Het nieuwe dubbele-"rivier + meer"-systeem verbeterde de kwaliteit van het ruwe water dramatisch. Het algenniveau daalde. En de flotatietank-die ooit cruciaal was-werd eenhoge-energie-aansprakelijkheid voor energieverbruik. Vóór de renovatie was hij al buiten gebruik gesteld.

Maar het buiten gebruik stellen van de flotatietank zorgde voor een stortvloed aan problemen. De sedimentatietank met horizontale stroming was slechts 76 meter lang (inclusief een verzamelzone van 22 meter), waardoor deze relatief laag was.korte hydraulische verblijftijd. Zonder het polijstende effect van flotatie dreef de vertroebeling van het bezonken water op1,0–2,0 NTUen operators konden visueel fijne vlokdeeltjes naar de filters zien stromen. De stroomafwaartse filters van het type V- hadden de klap te pakken-kortere filterruns, vaker terugspoelen en een hoger energie- en waterverbruik.

De fabriek had een renovatie nodig. Maar met een helderwatertank die direct onder de sedimentatie- en flotatiebekkens was gebouwd en het bouwwerk al meer dan twintig jaar oud was, konden ze niet zomaar alles afbreken en opnieuw beginnen. Elke wijziging moest de bestaande structuur respecteren, extra gewicht vermijden en -cruciaal-nooit het risico lopen het dak van de helderwatertank te beschadigen.

SECTIE 2

De ontwerpopgave: renovatie binnen een twintig- jaar oude structuur

Het technische team heeft drie duidelijke beperkingen gesteld:

1.Minimaliseer structurele schade aan de bestaande tanks-deze zijn gebouwd in de jaren negentig en begin 2000.

2.Proefproject voor fase II (50.000 m³/d)-een enkele behandelingstrein-voordat de volledige-uitrol van de fabriek wordt overwogen.

3.Doel: troebelheid van het afvalwater van sedimentatietanksstabiel onder 1,0 NTU, met gecontroleerde investeringskosten.

De kernstrategie was elegant eenvoudig:herbestem de bestaande flotatietankruimte als secundaire sedimentatiezone, ter compensatie van de onvoldoende lengte van de tank met horizontale stroming. Maar twee cruciale ontwerpbeslissingen zouden bepalen of de retrofit zou slagen of mislukken.

SECTIE 3

Twee beslissingen: maak{0}}of-breek beslissingen: verzamelbakken en kolonistentype

Beslissing 1De opvangbakken behouden of verwijderen?

De sedimentatietank met horizontale stroming had aan het uiteinde vijf opvangbakken,-elk 22 meter lang, van gewapend beton met verstelbare roestvrijstalen stuwplaten. Door ze te behouden, zouden sloopwerkzaamheden kunnen worden bespaard. Maar het opwaartse stromingspatroon als het water de troggen binnendrong, zou fijne vlokdeeltjes optillen die nauwelijks waren bezonken, waardoor het hele sedimentatieproces werd ondermijnd.

Besluit: Verwijder de troggen.De winst van 22 meter aan effectieve sedimentatielengte was ruimschoots groter dan de extra sloopkosten. Het water zou nu door distributiegaten in de scheidingswand stromen met een gecontroleerde snelheid van minder dan of gelijk aan 0,1 m/s, en vloeiend overgaan in de secundaire sedimentatiezone.

Beslissing 2Tube Settlers of schuine platen met laterale stroming?

Dit was de cruciale technische keuze. Zowel buiskolonisten als hellende plaatkolonisten gebruiken het ondiepe-diepte-sedimentatieprincipe-door meerdere parallelle bezinkingsoppervlakken toe te voegen om het effectieve bezinkingsoppervlak binnen hetzelfde tankvolume dramatisch te vergroten. Maar de stroomrichting maakt het verschil.

Kolonisten met opwaartse stromingsbuizen hebben in dit scenario vier belangrijke-nadelen:

▷De vlok die de secundaire zone bereikte was al fijn en licht-moeilijk om zich te vestigen, zelfs bij horizontale stroming. Bij opwaartse stroming (tegen-stroomsedimentatie) zou water dat tegen de vallende deeltjes opstijgt, deze naar boven meevoeren, waardoor de scheiding onvoorspelbaar wordt.

▷De oorspronkelijke flotatietank was slechts 3,3 m hoog, met een effectieve diepte van minder dan 3,0 m na vrijboord. Buiskolonisten hebben minimaal 4,5 m nodig voor een goede lagere verdeling en hogere helderwaterzones. Onvoldoende hoogte betekent een slechte distributie-de grootste moordenaar van de prestaties van kolonisten.

▷Het tankoppervlak van 400 m² maakte een uniforme distributie en verzameling over een groot buizenkoloniaalveld uiterst moeilijk, vooral onder beperkte hoogte.

▷Elke vorm van niet--uniformiteit creëert lokale zones met hoge hydraulische belasting waar fijne vlokken ontsnappen-, waardoor het doel van secundaire sedimentatie volledig teniet wordt gedaan.

Hellende platen met zijwaartse stroming hebben alle vier de problemen opgelost:

✓Water stroomt horizontaal, deeltjes bezinken naar beneden-dwars-stroom met minimale interferentie. Veel gunstiger voor fijne vlokken.

✓Horizontale verdeling over de tanklengte van 18,6 m biedt voldoende ruimte voor een uniforme stroom-geen hoogteverlies.

✓Slechts een tankdiepte van 3-3,5 m vereist-perfect voor de bestaande flotatietank van 3,3 m.

Beslissing: Hellende platen met zijdelingse stroming.Dit was niet zo dichtbij-de fysieke beperkingen van de bestaande tank maakten buiskolonisten niet-levensvatbaar en hellende platen waren de natuurlijke oplossing.

Dit is een les die het waard is om te onthouden:bij retrofitprojecten is de ‘beste’ technologie op papier niet relevant. Het enige dat telt is wat werkt binnen de beperkingen van uw bestaande structuur.

SECTIE 4

Het uiteindelijke ontwerp: elk getal dat er toe deed

Na de schemavergelijking kwam het retrofitontwerp voor de Fase II-behandelingstrein van 50.000 m³/d tot stand. Hier volgen de technische details-die u daadwerkelijk kunt gebruiken als u iets soortgelijks plant.

4.1Modificatie van sedimentatietanks met horizontale stroom

4.2Laterale stroom hellende plaat-sedimentatiezone

SECTIE 5

Constructie: werken rond een 20- jaar oude helderwatertank

De bouw begon in december 2023 en het systeem werd medio -januari 2024 in gebruik genomen, slechts zes weken voor een retrofit op een live behandeltrein. Drie uitdagingen vielen op:

Uitdaging 1Boren door structurele muren

Zowel de uitlaatscheidingswand van de bezinktank als de inlaatwand van de flotatietank hadden verdeelgaten nodig. Maar deze muren dienden ook alsfunderingen voor de daksteunkolommen. Als u te veel gaten boort of ze te groot maakt, brengt u de structurele integriteit in gevaar. Als je ze te klein maakt, krijg je jetting in plaats van een uniforme verdeling.

Na overleg met constructeurs was de oplossing er16 ronde gaten met een diameter van 600 mm in elke muur-weinig genoeg om de sterkte te behouden, groot genoeg om de beoogde distributiesnelheid van 0,1 m/s te bereiken zonder vlokafschuiving. Soms is de beste technische beslissing weten wanneer je niet verder moet optimaliseren.

Uitdaging 2Breek het dak niet (het is ook de vloer)

De bodemplaat van de flotatietankishet dak van de schoonwatertank. Elke schade zou een lekkage in de behandelde wateropslag betekenen, -een catastrofale storing voor een drinkwaterinstallatie. Elke sloop- en bouwactiviteit moest rond deze beperking worden gepland. Geen uitzonderingen.

Uitdaging 3Gewichtsneutraliteit

Je kunt geen belasting toevoegen aan een dak dat er niet voor is ontworpen. De retrofit moest gewichtsneutraal zijn: elke kilo nieuw geïnstalleerde apparatuur moest worden gecompenseerd door de verwijderde kilo's. Het engineeringteam heeft dit minutieus verwerkt:

✓Verwijderd: flotatieapparatuur, skimmers, pijpleidingen, bakstenen scheidingswanden

✓Toegevoegd:ABS hellende plaateenheden(dichtheid dichtbij water-bijna-neutraal drijfvermogen bij onderdompeling)

✓Toegevoegd:Lichtgewicht betonnen slibhellingen(dichtheid afgestemd op water, vermijding van dode last)

De gewichtsbalansbenadering is een cruciale les voor elke fabriek die een tanktoprenovatie overweegt:materiaalkeuze gaat niet alleen over chemische bestendigheid en de kostendichtheid is van belang als je bovenop een andere structuur werkt.

SECTIE 6

Resultaten: troebelheid lager dan 1,0 NTU-zonder ook maar één watt toe te voegen

De retrofit werd in januari 2024 in gebruik genomen. Vijf maanden aan operationele gegevens (februari-juni 2024) bevestigden dat het ontwerp aan zijn doelstellingen voldeed:

Dit is het onderdeel dat voor fabrieksmanagers het belangrijkst is:deze hele verbetering werd bereikt zonder enige vorm van energieverbruik toe te voegen.De sedimentatiezone van de hellende platen werkt volledig door de zwaartekracht. Vergelijk dat eens met de flotatietank die deze -24/7 draaiende luchtcompressoren, recirculatiepompen en skimmeraandrijvingen verving. De renovatie verbeterde niet alleen de waterkwaliteit; het elimineerde een belangrijk OpEx-regelitem.

Er kwam één operationeel probleem naar vorendat is het vermelden waard voor iedereen die een soortgelijke retrofit plant. Vóór de aanpassing viel er af en toe chemisch schuim of drijvend schuim aan het einde van de bezinktank eenvoudigweg in de opvangbakken en stroomde naar de filters. Na de renovatie bevinden de nieuwe distributiegaten zich onder het wateroppervlak.-Oppervlakkig schuim kan niet ontsnappen en hoopt zich op aan het uiteinde van de tank. Het heeft geen invloed op de kwaliteit van het afvalwater, maar het is wel lelijk. De fabriek verwerkt dit momenteel handmatig en kan later apparatuur voor oppervlakteafschuiming toevoegen. Klein detail, maar wel van het soort dat het leven van operators makkelijker of moeilijker maakt.

Figuur 1 Retrofit-indeling: sedimentatietank met horizontale stroming + sedimentatiezone met zijdelingse stroming en hellende plaat (fase II, trein van 50.000 m³/d)

Figuur 2 Hellende plaateenheden in de hergebruikte flotatietank - 2 eenheden, ABS-materiaal, plaatafstand 80 mm

SECTIE 7

Wat dit project ons leert over sedimentatie-retrofits

Dit project is niet eenmalig-. Fabrieken over de hele wereld worden met dezelfde situatie geconfronteerd: een oude proceseenheid die ooit een doel diende, nu energie verbruikt en marginale waarde levert, zittend op waardevol tankvastgoed dat meer zou kunnen doen. De Kunshan-retrofit biedt vijf overdraagbare lessen:

1. De zijwaartse stroming verslaat de opwaartse stroming voor fijne vlokjes.Als uw deeltjes al klein en licht van gewicht zijn, vecht dan niet tegen de zwaartekracht.-Gebruik kruis-stroomscheiding waarbij water horizontaal beweegt en deeltjes verticaal bezinken met minimale interferentie.

2. Uniformiteit van de distributie maakt of breekt de prestaties van kolonisten.Of u nu voor buizen of platen kiest, als uw inlaatverdeling ongelijkmatig is, krijgt u gelokaliseerde zones met hoge{0}} snelheid waar deeltjes ontsnappen. Het Kunshan-team was geobsedeerd door deze-16 zorgvuldig gedimensioneerde gaten, inlaatstabilisatiezones, uitlaatstabilisatie, en het loonde.

3. Materiaaldichtheid is van belang bij tanktop-retrofits-.ABS-platen met een bijna-waterdichtheid en lichte betonnen slibhellingen hielden het retrofitgewicht-neutraal. Dit is niet zomaar een technische voetnoot-het is het verschil tussen een haalbaar project en een project dat uw constructeur zal afwijzen.

4. Het terugdringen van het energieverbruik is net zo waardevol als het verbeteren van het afvalwater.De compressoren en pompen van de flotatietank waren een constante OpEx-afvoer. De hellende plaatkolonist werkt op zwaartekracht. Over de resterende levensduur van de installatie over een periode van twintig jaar zullen de energiebesparingen alleen al waarschijnlijk de kosten van de renovatie overstijgen.

5. Er is geen universeel sjabloon.Wat in Kunshan werkte-het ombouwen van een flotatietank in een hellende plaatbezinker-is mogelijk niet van toepassing op uw fabriek. Ander ruw water, andere tankgeometrie, verschillende beperkingen. De methodologie (evalueren, vergelijken, testen, verifiëren) is universeel. De specifieke oplossing is dat niet.

Voor fabrieken die een soortgelijke retrofit overwegen, biedt de benadering met hellende platen (lamellen) een overtuigende waardepropositie:voeg een effectief bezinkingsgebied toe zonder de voetafdruk te vergroten, verbeter de kwaliteit van het afvalwater zonder toevoeging van energie, en hergebruik verouderde tankopslag zonder grote civiele werken.Met een plaatafstand van doorgaans 50–80 mm voor drinkwatertoepassingen en materialen variërend van PP en PVC tot ABS en roestvrij staal, is er een configuratie voor vrijwel elke bestaande tankgeometrie.