Una central d'aigua del comtat construïda el 1989. Aigua bruta a 0-5 graus durant cinc mesos a l'any. Un tren de tractament que no va poder trencar 3 NTU. The plant's engineers made one structural change to their inclined tube settler - adding a horizontal flow rectification section occupying just 1/3 of the tank length - and watched settled water turbidity drop from 6.15 NTU to inferior a 2 NTU en les 72 hores posteriors a l'inici. Tres anys després, el sistema seguia funcionant1,3 NTU de mitjanaamb zero modificació a la carcassa del tanc. Si utilitzeu un colador de tubs inclinat que té un rendiment inferior a l'aigua freda o que lluita amb càrregues de xoc, aquest estudi de cas mostra exactament com funciona la solució i per què és més senzill del que penseu.
El repte: nous estàndards, planta antiga, aigua freda
Quan la llei és inferior o igual a 1 NTU i la vostra planta s'ha construït per a menys o igual a 3 NTU
L'aigua del comtat es troba al nord de Shaanxi, una regió on la temperatura de l'aigua a l'hivern baixa habitualment a0-5 grausi la terbolesa de l'aigua bruta oscil·la entre 15 i 77 NTU segons l'estació. La planta es va posar en funcionament l'any 1989 amb un procés convencional: floculació de plaques plegades, sedimentació de tubs inclinats i filtres sense vàlvules de gravetat. Dos trens paral·lels, cadascun amb una capacitat de 6.000 m³/d, amb una capacitat total de 12.000 m³/d. Durant dues dècades, això va ser adequat. L'aigua acabada es trobava al voltant de 3 NTU, acceptable sota l'antiga norma.
Aleshores la normativa va canviar. Els nous estàndards de sanejament d'aigua potable van elevar el llistó de Menys o igual a 3 NTU aMenor o igual a 1 NTU. El procés existent no va poder tancar aquesta bretxa. Les obres d'aigua es van enfrontar a una decisió a la qual s'enfronta cada planta envellida:enderrocar i reconstruir, o adaptar-se a la petjada existent. Aquesta última era l'única opció realista. Les estructures de tractament es van allotjar a l'interior per a l'aïllament tèrmic, una necessitat al clima del nord de Shaanxi, on els tancs exteriors es congelarien. Enderrocar parets per expandir-se no estava sobre la taula. Havien de fer que allò que tenien funcionés millor.
L'objectiu: augmentar la capacitat del tren únic de 6.000 m³/d a10,000 m³/d(Producció total de la planta: 16.000 m³/d), amb una terbolesa de l'aigua assentada constantment per sota de 3 NTU per donar als filtres una oportunitat de lluitar contra el requisit d'aigua acabada inferior o igual a 1 NTU.
L'estratègia de modernització: tres actualitzacions, un principi
L'equip d'enginyers no va tocar la carcassa del tanc. Van canviar el procés al seu interior, convertint l'antiga "floculació de placa plegada + sedimentació de tubs inclinats + filtre sense vàlvules de gravetat" en"floculació de contacte + decantador de tubs inclinat millorat + filtre sense vàlvules de gravetat". Tres millores van impulsar la transformació:
1. El mesclador multitub substitueix el mesclador estàtic tubular
El mesclador estàtic tubular original va fer una cosa: es va barrejar. El mesclador multitub de substitució fa tres coses simultàniament:flux de tall i divisió, reflux invers i mescla ràpida. Quan l'aigua passa per la geometria multitub, es formen corrents de Foucault d'alta freqüència a la capa límit de la paret de la canonada. Aquests remolins creen microzones de cisalla intensa que distribueixen el coagulant de manera uniforme per tota la secció transversal del flux en qüestió de segons. L'eficiència de mescla mesurada supera94%, i la pèrdua de càrrega és inferior a la del mesclador estàtic original: una combinació inusual que significa una millor barreja amb menys energia.
El benefici pràctic:20-30% d'estalvi de productes químicscomparat amb el mesclador original, amb millor adaptabilitat a les variacions de cabal i qualitat de l'aigua. Per a una planta que veu que la terbolesa de l'aigua crua oscil·la de 15 a 77 NTU estacionalment, aquesta adaptabilitat importa.
2. La floculació de quadrícula amb paletes en forma d'estrella substitueix la floculació de plaques plegades
La floculació de plaques plegades funciona forçant l'aigua a través d'un camí serpentejant entre plaques paral·leles. Crea turbulències, però no del tipus adequat. Els usos de disseny milloratspaletes en forma d'estrellamuntat perpendicularment a la direcció del flux dins dels compartiments de la reixeta. Aquestes paletes generen micro-vòrtexs d'alta freqüència: turbulència a una escala que afavoreix la col·lisió de partícules sense tallar els flocs que ja s'han format.
El dipòsit de floculació es divideix en11 compartimentsen dues etapes de reacció. Etapa 1: 8 compartiments d'1,5 m × 1,5 m cadascun, retenció de 8,95 minuts. Etapa 2: 3 compartiments a 1,5 m × 2,0 m cadascun, 4,48 minuts de retenció. Temps total de retenció hidràulica:13.43 minutsamb un valor GT d'1,7 × 10⁴. El disseny de dues etapes crea flocs més densos i més resistents a la cisalla que la floculació d'una sola etapa, un avantatge crític quan aquests flocs entren més tard a la zona de distribució del sedimentador de tubs, on una turbulència excessiva els trencaria.
3. La innovació clau: secció de rectificació de flux horitzontal davant del decantador de tubs
Aquí és on la modificació s'allunya de la pràctica estàndard i on es va aconseguir el major guany de rendiment. Un decantador de tubs inclinat tradicional rep aigua directament de la sortida del dipòsit de floculació. La transició és brusca: l'aigua passa d'un règim turbulent i de flux mixt a un règim de sedimentació laminar sense condicionament intermedi. El resultat ésdistribució desigual del fluxa través del feix de tubs. Alguns canals veuen flocs d'alta velocitat i flux directes. Altres veuen baixa velocitat i acumulen fangs. Ambdues condicions degraden la qualitat de l'efluent.
La modificació va afegir dos elements que solucionen això:
Una presa submergida a la sortida del dipòsit de floculació.En lloc d'abocar-se l'aigua directament a la zona de distribució, primer flueix per una presa submergida que actua com a rectificador de flux, suavitzant els gradients de velocitat i dissipant les turbulències a gran escala abans que l'aigua entri al colon.
Una secció de flux horitzontal que ocupa 1/3 de la longitud total del dipòsit (24 m²).Aquesta és la innovació. Després de passar per sobre de l'assut, l'aigua entra a una zona de flux horitzontal abans de pujar pels tubs inclinats. Les parets de guia tant a la secció horitzontal com a la secció del tub inclinada controlen el camí del flux. La zona horitzontal compleix tres funcions simultàniament: redueix la velocitat del flux horitzontal a12,73 mm/s(dins de la finestra de 10-18 mm/s que la investigació mostra que és fonamental per a una sedimentació estable), proporciona un temps de sedimentació addicional per a flocs més grans i actua com un amortidor hidràulic que absorbeix les fluctuacions de flux abans que arribin al feix de tubs.
El mur de distribució al final del tram de transició utilitzaperforacions amb un espai més ampli a la part superior i un espai més estret a la part inferior. Aquesta disposició contra-intuïtiva és deliberada: compensa la tendència natural de l'aigua a curtcircuitar cap a la part superior de la zona de distribució, forçant una distribució del flux vertical més uniforme a tota l'alçada del feix de tubs.
Per què funciona la secció de flux horitzontal: la justificació d'enginyeria
El problema amb els decantadors de tubs inclinats tradicionals no són els tubs en si. És el que passaabans que l'aigua els arribi. La investigació ha identificat quatre paràmetres que regeixen la uniformitat de la distribució del flux en els decantadors de tubs: la relació longitud-amplada del tanc (L/B), la taxa de càrrega superficial (q), el diàmetre del tub (D) i l'alçada de la zona de distribució per sota dels tubs.
D'aquests,La relació L/B i la càrrega superficial (q) tenen la major influència. A mesura que augmenta la relació L/B, la distribució del flux es torna més no uniforme i la velocitat crítica de sedimentació, la velocitat mínima a la qual s'assenta una partícula d'una mida determinada, augmenta. La càrrega superficial (q) és aproximadament proporcional a la velocitat crítica de sedimentació: empeny més flux per la mateixa àrea i necessiteu una velocitat de sedimentació més alta per capturar les mateixes partícules. Tots dos efectes funcionen en contra de la qualitat de l'efluent.
Els colons de tubs tradicionals també pateixen un problema de paret perforada. Per aconseguir una distribució uniforme, la paret perforada a l'entrada necessita obertures més petites que un dipòsit de sedimentació de flux horitzontal, el que significavelocitats d'orifici més altes. Els dolls d'alta velocitat a través d'aquests orificis trenquen els flocs que el tanc de floculació acaba de dedicar 13 minuts a construir. Pitjor encara, els dolls poden agitar els fangs morts dipositats al fons de la zona de distribució, tornant a suspendre sòlids que ja s'havien assentat.
La secció de flux horitzontal resol aquesta cadena de problemes a l'arrel. En afegir 1/3 de la longitud del dipòsit com a zona de flux horitzontal abans dels tubs inclinats, el disseny aconsegueix quatre coses:
| # | Què fa | Com funciona |
| 1 | Controla la velocitat del flux horitzontal | La secció horitzontal redueix la velocitat horitzontal inicial a 12,73 mm/s, molt dins de la finestra de 10-18 mm/s on la qualitat de l'efluent es manté estable independentment de la càrrega superficial i les fluctuacions de profunditat del fang. Per sota de 10 mm/s, estàs malgastant el volum del tanc. Per sobre de 18 mm/s, el trencament del floc es fa important. |
| 2 | Absorbeix les càrregues de xoc | La zona horitzontal de 24 m² actua com a condensador hidràulic. Quan la terbolesa de l'aigua bruta augmenta durant la temporada d'inundacions, la secció horitzontal amortigua l'augment del flux, donant als flóculs un temps de sedimentació addicional abans que arribin als tubs inclinats. Els colons de tubs tradicionals no tenen aquest tipus d'amortidor: un augment del flux arriba directament al feix de tubs. |
| 3 | Redueix la velocitat ascendent als tubs | Mitjançant la pre-assentament de flocs més grans a la zona horitzontal, la concentració de sòlids en suspensió que entren als tubs inclinats és menor, permetent una menor velocitat de flux ascendent (2,79 mm/s en aquest disseny). Una velocitat més baixa significa menys turbulència, la qual cosa significa una millor captura de flocs. La velocitat interna del tub és de 3,5 mm/s amb un temps de residència de 4,76 minuts, laminar a tot arreu. |
| 4 | Impedeix que els flóculs de baixa densitat entrin als tubs | Les parets de guia d'ambdues seccions creen un camí de flux on només entren a la zona del tub flocs més densos i ben formats. Els flóculs de baixa densitat -el tipus que es trencarien i es transporten a través dels tubs com a terbolesa- es mantenen a la secció horitzontal i s'hi instal·len. Això és especialment eficaç per a aigües de baixa temperatura, baixa terbolesa i altes algues, on els flocs són inherentment febles. |
Paràmetres de disseny: els números darrere de la modificació
La secció de tub inclinada utilitzaflux a contracorrent- L'aigua puja cap amunt a través dels tubs mentre que els sòlids llisquen cap avall al llarg de la inclinació de 60 graus. Els tubs són copolímers d'etilè-propilè (EPC) amb seccions transversals hexagonals de niu d'abella, 30 mm de diàmetre, 1 m de longitud. L'EPC es va triar per sobre del PVC o PP estàndard pel seu rendiment superior en aigua freda: manté la flexibilitat i la resistència a l'impacte a temperatures on el PVC rígid es torna trencadís.
| Paràmetre | Valor |
| Velocitat de càrrega superficial (q) | 3.36 m³/(m²·h) |
| Zona de flux horitzontal | 24 m² |
| Zona del tub inclinat | 48 m² |
| Material del tub | Copolímer d'etilè-propilè (EPC), niu d'abella hexagonal, φ30 mm |
| Longitud del tub | 1.0 m |
| Inclinació d'instal·lació | 60 graus (flux a contracorrent) |
| Velocitat de flux horitzontal (zona de distribució) | 12,73 mm/s |
| Velocitat de flux ascendent (zona del tub inclinat) | 2,79 mm/s |
| Velocitat de flux interior del tub | 3,5 mm/s |
| Temps de residència dins dels tubs | 4.76 min |
| Alçada de la zona de distribució | 1.53 m |
| Alçada de la zona del tub inclinat | 0.87 m |
| Alçada de la zona de recollida | 1.0 m |
| Alçada total del dipòsit de sedimentació | 4.8 m |
La recollida de fangs utilitza grans tremuges de gravetat amb un angle de lliscament més pronunciat que les tremuges petites convencionals, garantint una eliminació completa dels fangs amb una mínima pertorbació del flux local. Les vàlvules de descàrrega de fangs sóntipus manual-elèctric d'obertura ràpida- una opció pràctica que prioritza la fiabilitat i la facilitat de manteniment per sobre de l'automatització total. Menys dispositius, menors percentatges de fallades, menor cost.
Resultats: 4 NTU més baixes en 3 dies, 1,3 NTU després de 3 anys
Prova de 72 hores: bretxa de rendiment immediat
Es va dur a terme un assaig continu de tres dies del 15 al 17 d'octubre de 2011, amb el flux d'afluent controlat a750 m³/h. La planta va prendre mostres d'aigua bruta, efluents del decantador de tubs tradicional no modificat (tren paral·lel) i efluents del decantador de tubs millorat simultàniament durant tot l'assaig.
Els resultats van ser inequívocs. La terbolesa de l'efluent del poblador millorada eramés de 4 NTU més baixesque el disseny tradicional en tots els punts de mostreig. La bretxa era constant i immediata: no hi havia període d'incorporació, no calia ajustar. La qualitat de l'efluent va complir les expectatives de disseny des del primer dia, reduint substancialment la càrrega del filtre aigües avall.
Eliminació de TOC: 6,08% de millora respecte al disseny tradicional
La terbolesa i la matèria orgànica estan estretament correlacionades a l'aigua superficial: les mateixes partícules que dispersen la llum també porten matèria orgànica natural (NOM) adsorbida. Durant l'assaig, la planta va mesurar el TOC en l'efluent dels dos processos de sedimentació. El TOC d'aigua bruta era estable a2,5-3,0 mg/L.
| mètrica | Tube Settler tradicional | Tube Settler millorat |
| TOC efluent mitjà | 2,03 mg/L | 1,85 mg/L |
| Taxa mitjana d'eliminació de TOC | 33.59% | 39.67% |
| Millora respecte al tradicional | - | +6.08% |
Una millora del 6% en l'eliminació de TOC pot semblar modesta, però en el tractament d'aigua potable, l'eliminació de matèria orgànica en l'etapa de sedimentació redueix directament el potencial de formació de subproductes de desinfecció (DBP) aigües avall. Cada mil·ligram de TOC eliminat abans de la cloració és un mil·ligram que no formarà trihalometans (THM) ni àcids haloacètics (HAA) al sistema de distribució.
Verificació de tres anys: els números es mantenen
La modificació es va posar en servei el 15 d'abril de 2012. Durant tres anys de funcionament continu, la planta va prendre mostres regulars de la terbolesa de l'aigua sedimentada tant del tren adaptat com del tren paral·lel no modificat. Les dades expliquen una història clara del rendiment sostingut:
| Dades operatives a llarg termini (2012-2015) | Tube Settler tradicional | Tube Settler millorat |
| Terbolesa mitjana de l'efluent de 3 anys | 2.3 NTU | 1.3 NTU |
| Estabilitat de l'efluent | Variació estacional, rang de 2 a 5 NTU | Estable, constantment per sota de 2 NTU |
| Reducció de càrrega del filtre | Línia de base | Terbolesa de l'aigua sedimentada de - 1.0 NTU significativa |
La mitjana d'aigua assentada d'1,3 NTU és la xifra que més importa. En lliurar aigua a 1,3 NTU als filtres en lloc de 2,3 NTU, el decantador millorat va reduir la càrrega de sòlids del filtre aproximadament.43%. Això significa que els filtres són més llargs entre els rentats, menys consum d'aigua i, de manera crítica, aigua acabada que pot complir de manera fiable l'estàndard Menys o igual a 1 NTU. Un filtre que rep 2,3 NTU d'aigua decantada té molt poc marge per aconseguir 1 NTU d'aigua acabada. Un filtre que rep 1,3 NTU d'aigua decantada té espai per treballar.
Què significa això per a la vostra planta
Aquest estudi de cas demostra que no cal substituir un decantador de tubs inclinats de baix rendiment. El problema rarament són els propis tubs: és el que passa a la zona de distribució abans que l'aigua els arribi. Els principis d'adaptació són transferibles:
1. Si la terbolesa de l'aigua assentada és inconsistent, comproveu primer la distribució del cabal.El flux desigual a través del feix de tubs és la causa més comuna de la variació del rendiment en els decantadors de tubs inclinats. Un presa submergida a la sortida de floculació i una paret de distribució perforada amb espai de forats graduats són solucions de baix cost que solucionen això a la font.
2. Si tractes aigua freda (<5°C), add a horizontal flow section.L'aigua freda produeix flóculs febles que no poden sobreviure a la turbulència d'una entrada de tubs tradicionals. La secció de flux horitzontal proporciona una zona de transició de baixa energia on aquests fràgils flóculs poden assentar-se sense ser esquinçats.
3. Si la qualitat de l'aigua bruta oscil·la de manera estacional, augmenta el tampó de la zona de distribució.La capacitat de la secció horitzontal d'absorbir les càrregues de xoc no és agradable, és la diferència entre les queixes de qualitat de l'aigua de temporada i efluents estables. L'assignació d'1/3 de longitud de tanc utilitzada en aquest projecte és un bon punt de partida per al disseny.
4. El material del tub és important en climes freds.Els tubs EPC escollits per a aquest projecte mantenen la flexibilitat a temperatures on el PVC rígid es torna trencadís. Si l'aigua bruta baixa per sota dels 5 graus durant períodes prolongats, discutiu amb el vostre proveïdor sobre la selecció del material del tub. El PVC i el PP estàndard tenen diferents sobres de rendiment a baixa temperatura.
5. Una millora del 6% en l'eliminació de TOC val més del que sembla.En el tractament d'aigua potable, la matèria orgànica eliminada abans de la desinfecció s'elimina el potencial de formació de DBP. La millora del 6,08% del TOC en l'etapa de sedimentació es tradueix en una formació de THM i HAA mesurablement més baixa aigües avall, un avantatge de compliment normatiu que es composa durant la vida útil de la planta.
La modificació descrita aquí va augmentar la capacitat de tractament en un 33% (de 12.000 a 16.000 m³/d) dins de la mateixa petjada del dipòsit, alhora que millorava la qualitat de l'efluent. Aquesta combinació -més aigua, millor aigua, mateix edifici- és el que fa que val la pena avaluar el concepte de rectificació de cabal horitzontal per a qualsevol planta de tractament d'aigua envellida que s'enfronti a estàndards més estrictes.
Tant si estàs actualitzant un decantador de tubs inclinat existent com si estàs dissenyant una nova instal·lació, Juntai ofereix solucions completes de decantació de tubs: PP, PVC i mitjans de polímers especials en diàmetres de canal φ25/35/50/80 mm, marcs de suport i dimensionament d'enginyeria. Recomanació gratuïta del sistema en 24 hores. 500+ instal·lacions a 40+ països.
| Envieu les vostres especificacions per correu electrònic | WhatsApp: +86 13600513715 | Formulari de consulta en línia |