Assentador de tubs inclinats de bresca per a la purificació de l'aigua del riu: estudi de cas de 10 anys a Wuhan Petrochemical

Assentador de tubs inclinats de bresca per a la purificació de l'aigua del riu: estudi de cas de 10 anys a Wuhan Petrochemical

Quan la planta petroquímica de Wuhan va aprofitar per primera vegada el riu Yangtze com a font d'aigua bruta, es van enfrontar a canvis de terbolesa estacionals extrems i al desafiament descoratjador de complir els estàndards d'aigua potable sense una etapa de filtració dedicada. Una dècada més tard, el seu sistema integrat de floculació i sedimentació de gra que utilitza decantadors de tubs inclinats de niu d'abella de polietilè ofereix constantment una terbolesa de l'efluent per sota de 5 NTU. Aquí teniu exactament com ho van fer, i què signifiquen les seves dades operatives per al vostre proper projecte de tractament d'aigua.

EL REPTE DE L'AIGUA CRUDA

La planta petroquímica de Wuhan extreu aigua crua directament del riu Yangtze, on la terbolesa oscil·la de manera espectacular entre les estacions. Les aigües de les inundacions d'estiu porten càrregues de sòlids en suspensió extremadament altes, mentre que els cabals d'hivern cauen a una terbolesa relativament baixa. El sistema de tractament original es va dissenyar com aprocés integrat d'eliminació de sorra, floculació i sedimentació, apuntant a una terbolesa de l'efluent de 20 NTU per a ús industrial. Es van construir dues unitats de tractament paral·leles, cadascuna de 30,0 m per 9,8 m amb una capacitat de disseny de 2.000 metres cúbics per hora. Una unitat estava equipada inicialment amb plaques inclinades de fusta, l'altra amb tubs de bresca de paper. Críticament, el sistemano inclou cap pas de filtració aigües avall- només el decantador de tubs inclinats era el responsable de lliurar la qualitat final de l'efluent.

PARÀMETRES DE DISSENY DEL SISTEMA

Entendre l'enginyeria que hi ha darrere d'aquest dipòsit integrat revela per què funciona de manera tan fiable. El procés segueix un camí acuradament seqüenciat:Raw Water --> Coagulant Dosing --> Grit Chamber --> Flocculation --> Sedimentation --> Clear Water Tank --> Pressurization -->Xarxa de distribució. Cada etapa està dimensionada per optimitzar un mecanisme de tractament específic, i els valors de disseny es van seleccionar a partir d'extenses proves pilot amb aigua del riu Yangtze.

Disseny de la cambra de gra

La cambra de gra mesura 12,0 m de llargada i 3,0 m d'amplada, amb una profunditat efectiva d'1,5 m. Al cabal de disseny de 2.000 m³/h, això produeix una velocitat de flux de0.15 m/si un temps de retenció d'aproximadament2 minuts. Aquesta suau velocitat horitzontal permet que la sorra gruixuda i les partícules de sorra pesada s'assentin mentre transporten sòlids en suspensió més lleugers cap a l'etapa de floculació. Les primeres observacions operatives van mostrar que els flocs es van començar a formar aquí, cosa que més tard va resultar significativa quan es van avaluar els mescladors mecànics per eliminar-los.

Sistema de floculació en dues etapes

El procés de floculació utilitza dos mecanismes diferents en sèrie. Primer, afloculador de paleta(11,5 mx 4,0 mx 3,0 m de profunditat) amb quatre etapes de mescla mecànica proporciona una barreja inicial ràpida amb un temps de retenció de 4 minuts. Originalment es pretenia crear micro-flocs mitjançant una barreja d'alta energia. L'aigua passa llavors a acanal de floculació desconcertat- un camí serpentejant de 82 metres de llarg amb una amplada d'entrada de 0,6 m que s'expandeix gradualment fins a una amplada de sortida de 0,8 m. A 3,0 m de profunditat d'aigua, la velocitat d'entrada de 0,5 m/s disminueix progressivament fins a 0,3 m/s a la sortida, permetent que els flóculs creixin a través d'una cisalla hidràulica suau durant aproximadament.13 minutsdel temps de contacte.

ESPECIFICACIONS DEL TANQUE DE SEDIMENTACIÓ I DESENVADOR DE TUBS INCLINAT

La conca de sedimentació funciona en mode de flux ascendent amb una superfície de 196 m²(20,0 mx 9,8 m). Les plaques inclinades de fusta originals mesuraven 1.200 mm de llarg amb una alçada vertical de 850 mm, amb una inclinació de 60 graus amb una distància entre plaques de 40 mm. Els tubs de bresca de paper presentaven asecció transversal hexagonal amb un diàmetre de cercle inscrit de 50 mm, longitud del tub de 800 mm, gruix de paret de 0,4 mm i el mateix angle d'inclinació de 60 graus, donant una alçada vertical de 700 mm. El paper kraft es va impregnar amb resina fenòlica per a la integritat estructural.

En aquestes condicions de disseny, la velocitat del flux ascendent a través del decantador és2,5 mm/s, amb un temps global de retenció del tanc de30 minutsi un temps de residència dins del feix de tubs de just7 minuts. Aquesta profunditat d'assentament extremadament baixa - només 40-50 mm entre superfícies inclinades - és la clau de l'eficiència del colon. Segons el principi de sedimentació de poca profunditat, la distància de sedimentació es redueix des de la profunditat completa del tanc fins a l'espai entre plaques, escurçant dràsticament el temps de captura de partícules mantenint la mateixa velocitat de desbordament.

ACTUALITZACIÓ MITJANA: DEL PAPER AL PLÀSTIC PE

Tant les plaques inclinades de fusta com els tubs de niu d'abella de paper van oferir un rendiment de tractament satisfactori durant el període de funcionament inicial (post-1980), amb els tubs de bresca de paper mostrant una lleugera vora. Tanmateix, l'experiència de camp va exposar limitacions materials crítiques que van impulsar la decisió d'actualitzar:

Plaques de fustaeren difícils de fabricar amb toleràncies consistents i tenien una vida útil curta a causa del cicle humit-sec persistent que provocava deformacions i degradació biològica.Tubs de bresca de paperpatien una durabilitat limitada i, més críticament, la impregnació de resina fenòlica els va ferno aptes per a aplicacions d'aigua potablea causa de la possible lixiviació de compostos orgànics a l'aigua tractada. Aquest va ser un tema no negociable una vegada que la planta es va comprometre a complir els estàndards d'aigua potable.

El 1984, es van substituir tots els mitjans de comunicaciótubs de niu d'abella de plàstic de polietilè (PE).. Els nous mòduls comparteixen la mateixa geometria hexagonal i inclinació de 60 graus, però presenten un diàmetre de cercle inscrit més gran de 60 mm, una longitud de tub de 800 mm i un gruix de paret de 0,5 mm. Els tubs de niu d'abella de PE ofereixen diversos avantatges decisius:

En primer lloc, el material éscertificat no tòxic i homologat per al contacte amb aigua potable, eliminant la preocupació de contaminació que afectava els tubs de resina fenòlica. En segon lloc, el PE resisteix tant la degradació biològica com l'atac químic, és a dirsense cicle de substituciói reduir dràsticament els costos del cicle de vida. En tercer lloc, la superfície llisa i hidròfoba de PE mostrabaixa adherència de fangs, de manera que els sòlids acumulats llisquen pel seu propi pes en lloc de construir i estrenyir els canals de flux. Aquest comportament d'auto-neteja manté una capacitat hidràulica constant entre els intervals de manteniment. En quart lloc, la geometria del tub hexagonal proporciona aperímetre humit més granque les plaques planes d'espai equivalent, produint un radi hidràulic més baix i, en conseqüència, un nombre de Reynolds més baix, cosa que significa condicions de flux laminar més estables que milloren l'eficiència de la sedimentació. Un dels problemes operatius que va sorgir va ser elflotabilitat dels mòduls de tubs de PEquan està submergit; això es va solucionar instal·lant accessoris d'ancoratge per evitar la flotació.

MILLORA DEL SISTEMA DE DESCÀRREGA DE FANTS

Es basava en el sistema de descàrrega de fangs originalvàlvules de papallona manuals, que va resultar ser un dels maldecaps operatius més persistents de la planta. Aquestes vàlvules exigien una alta intensitat de treball de l'operador, patien un segellat deficient que va provocar fuites d'aigua d'aproximadament10 m³/h per vàlvula, va experimentar trencaments freqüents de la biela i va oferir una eliminació de fangs generalment deficient. En una operació de tractament d'aigua contínua les 24 hores del dia, els 7 dies de la setmana, la descàrrega de fangs poc fiable es tradueix directament en un deteriorament de la qualitat de l'efluent a mesura que els fangs acumulats comencen a descompondre's, alliberar gasos i tornar a suspensió a la columna d'aigua.

El juny de 1988 es van substituir les vàlvules manualsvàlvules de comporta pneumàticaa tots els punts de descàrrega. El sistema pneumàtic va eliminar completament les fuites d'aigua proporcionant una força de segellat positiva, un funcionament simplificat amb una sola acció de control i una millora espectacular de l'eficàcia de la descàrrega de fangs permetent una evacuació ràpida i de gran volum abans que els fangs es poguessin compactar. Modificacions addicionals inclosesaugmentant l'alçada de la tremuja de fangs de 800 mm a 1.200 mmper proporcionar més volum d'emmagatzematge i instal·lar dues vàlvules de descàrrega addicionals a la canonada de recollida de fangs perforada per a una evacuació més uniforme de la tremuja. Aquests canvis van allargar el cicle operatiu entre les neteges de tancs plens de setmanes a aproximadamenttres mesos.

OPTIMITZACIÓ DE LA DOSIFICACIÓ QUÍMICA

El sistema de dosificació de coagulants va patir quatre millores interconnectades que van transformar col·lectivament l'economia i la fiabilitat del tractament. En primer lloc, elLa concentració de la solució de coagulant es va estandarditzar a aproximadament un 5%(per sota del rang anterior del 5-10%). Aquesta concentració més baixa i consistent va assegurar que les canonades de dosificació romanguessin completament inundades a tots els cabals, evitant el bloqueig d'aire que havia interromput de manera intermitent l'alimentació del coagulant. En segon lloc, després d'extenses proves comparatives, la plantava canviar de sulfat d'alumini brut a clorur d'alumini bàsic (PAC). El sulfat d'alumini original requeria altes dosis, donava resultats inconsistents en diferents condicions d'aigua bruta, i durant els períodes d'estiu d'alta terbolesa els operadors van recórrer al clorur fèrric, que, tot i ser efectiu, era tan corrosiu que va danyar canonades i equips. El PAC va demostrar ser superior en totes les estacions: requisits de dosificació més baixos, cost de consum reduït, qualitat estable de l'efluent i color d'aigua sensiblement millor tractat.

En tercer lloc, totes les canonades de dosificació erensubstituït per tubs de plàstic, eliminant els problemes de corrosió de materials mixts que havien afectat la instal·lació original de canonades de plàstic, ferro colat i acer. En quart lloc, i potser el més perspicaç, elEls mescladors mecànics de quatre etapes es van treure completament del dipòsit de floculació. Els operadors van observar que els flóculs ja formats a la cambra de gra s'estaven trencant pels agitadors mecànics d'alta cisalla, desfer la mateixa coagulació que havien de promoure. Després d'eliminar els mescladors, els flocs van créixer de manera progressiva i estable al canal de floculació desconcertat només mitjançant una cisalla hidràulica suau, millorant significativament l'eficiència de la coagulació i alhora reduir el consum d'energia.

RESULTATS DEL TRACTAMENT: DADES DE RENDIMENT

Després d'implementar el conjunt complet de millores, el sistema de tractament va aconseguir resultats que van superar la seva especificació original de disseny de grau industrial. Al cabal de disseny de 2.000 m³/h, s'ha mantingut la terbolesa de l'efluentconstantment per sota de 5 NTU des de 1984, que compleix l'estàndard nacional d'aigua potable de la Xina (GB 5749-85). Quan s'empeny a condicions de sobrecàrrega de 3.000 m³/h (50% per sobre del disseny), el sistema encara manté la terbolesa de l'efluent per sota de 15 NTU. La terbolesa de l'aigua bruta fluctua estacionalment, però la terbolesa de l'aigua tractada es manté dins del rang de l'aigua potable independentment.

L'anàlisi de la qualitat de l'aigua confirma la capacitat del sistema de produir aigua potable a partir d'aigües superficials:

Els beneficis econòmics de l'interruptor del coagulant són igualment sorprenents. En una comparació paral·lela durant el juny de 1988, amb una producció d'aigua d'aproximadament 170.000 tones per mes, la dosi de PAC era només11,4 mg/Lcomparat amb25,6 mg/Lper a sulfat d'alumini - aReducció del 55,5% del consum de productes químics. El consum mensual de coagulants va baixar de 4,5 tones a 2,1 tones:

Nota: La producció mensual d'aigua va ser d'aproximadament 170.000 tones. El consum d'energia també va disminuir notablement després de l'eliminació dels mescladors mecànics, tot i que les xifres exactes no es van quantificar en l'estudi de cas publicat.

REPTES QUE QUEDEN I ACTUALITZACIONS PLANIFICADES

L'equip de la planta de Wuhan va identificar tres àrees per a una millora addicional que són igualment rellevants per a qualsevol que exploti avui colons de tubs inclinats. Primer,control manual de la terbolesava crear un retard de resposta entre la detecció de canvis en la qualitat de l'aigua i l'ajust de la dosificació del coagulant. La solució a considerar era un sistema de control automàtic de dosificació que utilitzava mesuradors de terbolesa en línia per proporcionar informació en temps real per a l'ajust de la velocitat d'alimentació del coagulant. Això representa el següent pas lògic per a qualsevol planta que ja hagi optimitzat els seus subsistemes mecànics i químics.

En segon lloc,creixement d'algues a les superfícies exposades dels tubs de brescava reduir progressivament l'àrea de la secció transversal efectiva dels canals de flux. La penetració de la llum solar a la conca dels colons va promoure la colonització de biofilms i algues, que no només van restringir el flux sinó que finalment van obstruir els tubs per complet. La solució proposada era la precloració de l'aigua bruta aigües amunt del decantador per controlar el creixement biològic abans que pogués establir-se a les superfícies del tub. En tercer lloc, malgrat les millores en l'abocament de fangs,les tremuges encara acumulaven fangs compactatsque no es va poder eliminar durant els cicles normals de descàrrega, la qual cosa va requerir l'aturada completa del dipòsit i la neteja manual cada tres mesos. La resposta de l'enginyeria va ser instal·lar broquets de polvorització interns que utilitzessin aigua a pressió per al rentat durant el cicle de descàrrega de fangs, eliminant la necessitat d'aturades periòdiques.

LLIÇONS CLAU PER AL DISSENY D'INSTALLADORS DE TUBS INCLINATS

La dècada de dades operatives de Wuhan es destil·la en quatre principis que haurien de guiar qualsevol projecte de colonitzador de tubs inclinats:

1. Treballs de disseny integrat.El concepte de tanc de floculació-sedimentació 一体化 (integrat), quan es dimensiona adequadament, pot produir de manera fiable la qualitat de l'aigua potable a partir d'aigua superficial sense un pas de filtració aigües avall. La clau és encertar els paràmetres hidràulics de cada etapa: velocitat de flux a la cambra de gra (0,15 m/s), temps de retenció en floculació (17 minuts en total) i velocitat de flux ascendent al decantador (2,5 mm/s). Desviar-se d'aquests valors compromet tota la cadena de tractament.

2. La selecció del material té conseqüències en cascada.Els tubs de bresca de plàstic PE ofereixen la millor combinació de rendiment del tractament, durabilitat, seguretat d'aigua potable i simplicitat de manteniment en comparació amb les plaques de fusta o els tubs de paper impregnats de resina. El perímetre humit més gran, la superfície d'auto-neteja i la vida útil indefinida justifiquen la inversió inicial moltes vegades mitjançant un manteniment reduït i un rendiment constant del tractament.

3. La fiabilitat de l'abocament de fangs determina la consistència de l'efluent.Un sistema de descàrrega de fangs fiable i fàcil d'operar no és opcional; és el subsistema mecànic més important per mantenir un rendiment constant de sedimentació. Les vàlvules manuals conviden a la fatiga de l'operador i a l'eliminació inconsistent dels fangs, la qual cosa es tradueix directament en una qualitat variable de l'efluent. La descàrrega pneumàtica o automatitzada s'ha de considerar estàndard, no opcional, per a qualsevol decantador d'operació contínua.

4. L'optimització de coagulants ofereix la recuperació més ràpida.El canvi del sulfat d'alumini al PAC va produir una reducció del 55% del cost químic com a benefici immediat. Els efectes aigües avall -menys producció de fangs, millor color de l'aigua, rendiment més consistent en les variacions estacionals de la terbolesa- multipliquen el rendiment econòmic. L'associació de PAC amb una infraestructura de dosificació dissenyada adequadament (tuberies de plàstic, concentració constant, canonades de flux total) garanteix que aquests beneficis es realitzin contínuament.

LES NOSTRES SOLUCIONS DE COLONADORS DE TUBS INCLINADES DE BRUCA

Basant-nos en dècades d'experiència en enginyeria de tractament d'aigua, oferim una gamma completa de productes i serveis de sedimentadors de tubs inclinats de niu d'abella adaptats a la qualitat de l'aigua bruta i als objectius de tractament:

El nostreMitjans de tub de bresca hexagonals de PE i PVCestan disponibles en diàmetres de cel·les de 25 mm, 35 mm, 50 mm, 60 mm i 80 mm, la qual cosa us permet seleccionar la superfície de sedimentació òptima i la càrrega hidràulica per al vostre rang específic de terbolesa d'aigua bruta. Per a aplicacions de tractament d'aigües superficials orientades a la qualitat de l'aigua potable, el rang de diàmetre de 50 a 60 mm (que coincideix amb l'especificació de Wuhan) ofereix el millor equilibri d'eficiència de sedimentació i resistència a l'obstrucció.

Subministremdisseny i fabricació de colons integratsper al tractament d'aigües superficials, clarificació d'aigües residuals industrials i condicionament d'aigües de procés. El nostresistemes complets de recollida i descàrrega de fangsinclouen vàlvules de comporta pneumàtica i controladors automàtics de descàrrega temporitzada que eliminen els problemes de vàlvules manuals documentats a Wuhan. Per a les plantes existents, oferimserveis de millora i actualitzacióque cobreix la substitució de mitjans, la modernització del sistema de fangs, el suport a la selecció de coagulants, l'optimització del sistema de dosificació i la resolució de problemes operatius.

Referència: Tang TQ Honeycomb Inclined Tube Settler per a la purificació de l'aigua del riu [J]. Petroleum Refining, 1989(4): 1-6.