La separació per sedimentació, com a operació d'unitat, s'ha utilitzat durant molt de temps en el control del tractament d'aigua i és una tecnologia de tractament d'aigua relativament pràctica. Per millorar l'efecte de separació de la sedimentació, sovint s'instal·len plaques inclinades o tubs inclinats a la zona de sedimentació durant l'ús, de manera que es pot aplicar el principi de capa poc profunda, aprofitant una gran àrea i una alta eficiència de separació. Tanmateix, els problemes que sorgeixen durant l'aplicació poques vegades han cridat l'atenció. Aquest article se centra en l'anàlisi dels problemes clau que apareixen durant l'aplicació i proposa les solucions corresponents per a la referència.
1. PROBLEMES QUE ES PROCORREN DURANT L'APLICACIÓ DE DESENVADORS DE TUBS INCLINATS
Si la distribució d'aigua a l'entrada del decantador de tubs inclinats no és uniforme, es produiran turbulències greus en el moviment del líquid prop de l'entrada. Això provoca una velocitat de flux local extremadament alta a l'entrada, fent que els fangs dipositats prèviament als tubs inclinats tornin a pujar.
La situació interna d'un decantador de tubs inclinats durant el funcionament normal es mostra a la figura 1.
A la figura 1, es pot observar que el cabal d'aigua i el flux de fangs tenen cadascun el seu propi recorregut. Si el funcionament normal continua durant molt de temps, el moviment del flux de fangs és bàsicament proper a l'equilibri dinàmic:
en aquest moment l'eficiència d'eliminació de SS de les aigües residuals és bona.
Tanmateix, si la distribució del flux a l'entrada no és prou uniforme, la velocitat del flux en algunes entrades del tub esdevé massa alta, provocant turbulències greus i deteriorament de la qualitat de l'efluent.
2. MECÀNICA DE FLUIDS ANÀLISI DEL PROBLEMA
Durant tot el procés desfavorable, el fluid mostrarà la situació que es mostra a la figura 2.
Les causes del fenomen anterior s'analitzen des dels aspectes següents.
2.1 Anàlisi hidràulica de la situació desfavorable
De fet, el flux ascendent i descendent d'aigua i fangs als tubs inclinats es pot considerar com un fenomen de fluidització aproximat. Suposem que v és la velocitat superficial de l'aigua a través dels tubs, u₁ és la velocitat real de l'aigua a través de les partícules de fang i ε és la fracció buida (de la capa de partícules de fang). Aleshores u₁=v/ε, tal com es mostra a la figura 3.
Si la fracció buida dels sòlids en suspensió és petita, la velocitat real de l'aigua a través de la capa de partícules és relativament alta. Si la velocitat de sedimentació de les partícules es coneix com a valor fix uconjunt, segons la teoria de les diverses etapes de fluidització, quan la velocitat real de l'aigua a través de la capa de partícules u₁=uconjunt, l'estat fluiditzat es troba en una etapa de llit fix amb una fracció buit estable ε. Quan u₁ > uconjunt, la fracció buit original ε es trenca, provocant un augment de la fracció buida. Per a un decantador de tubs inclinats, això significa que les partícules pugen, reduint l'eficiència de separació.
2.2 Anàlisi de diferents velocitats de sedimentació de partícules de fang resuspeses en diversos estats
Les partícules de fang resuspeses existeixen en forma de ① partícules individuals i ② grups de partícules de diferents mides (amb fracció buida ε'). Segons la fórmula de la velocitat de sedimentació per a partícules individuals a la regió de la llei de Stokes:
Per a la velocitat de sedimentació dels cúmuls de partícules, segons la relació empírica de Steinour:
on:
vt, grup- velocitat de sedimentació dels cúmuls de partícules, m/s;
t - temps d'assentament, s;
g - acceleració gravitatòria, m/s²;
ρs, ρL- densitat de partícula i líquid, kg/m³;
Dp- diàmetre de partícules, m;
μ - coeficient de viscositat dinàmica, kg/(m·s);
ε - fracció buida.
Com que 0 < ε² < 1 i 0 < 10-1.82(1-ε)< 1, es dedueix que ε²·10-1.82(1-ε)<1, per tant vt, grup< vt.
Segons la teoria de la sedimentació i la prova anterior, després de ser resuspesos, els cúmuls de partícules són menys propensos a assentar-se, és a dir, són més fàcilment transportats pel flux d'aigua, reduint l'eficiència de sedimentació.
2.3 Característiques de cabal en estat desfavorable
Quan es produeix la situació desfavorable que es mostra a la figura 2, mirant cap avall a la superfície de l'aigua del colon, la distribució del cabal apareix com a la figura 4.
Com es mostra a la figura 4, apareixen tres zones a la superfície de l'aigua: ① una zona relativament tranquil·la, ② una zona de transició i ③ una zona de turbulència severa. A la zona de turbulència severa, en casos greus, la superfície de l'aigua fins i tot pot augmentar en petits arcs corbats. La concentració de SS aquí és extremadament alta, gairebé la mateixa que l'afluent.
2.4 Resultats de les proves in situ després de la correcció basada en l'anàlisi anterior
En un determinat projecte de tractament d'aigües residuals, a causa del problema anterior, l'efluent era més aviat tèrbol. Després de l'anàlisi hidràulica i la correcció d'enginyeria per uniformitzar la distribució de l'aigua, el fenomen de l'augment de flocs ja no apareixia a l'efluent. Els resultats de les proves es mostren a la taula 1.
Taula 1 Resultats de la prova CODcr d'aigües residuals d'una determinada planta
| Lot de mostres d'aigua | Influent CODcr/(mg·L⁻¹) | Efluent CODcr/(mg·L⁻¹) | Percentatge d'eliminació/% |
| 1 | 1272 | 261 | 79.5 |
| 2 | 1153 | 245 | 78.7 |
A la taula 1, es pot veure que després de la correcció i la distribució uniforme de l'aigua, la taxa d'eliminació de CODcr va assolir un nivell relativament alt.
3. DIVERSOS PUNTS A TENIR EN OBSERVACIÓ PER A LES COLONANTS DE TUBS INCLINATS
3.1 Anàlisi de diferents partícules
Per a diferents partícules, com ara la sedimentació de sorra, la sedimentació de flocs d'aigües residuals d'impressió i tenyit i la sedimentació de purins de carbó, a causa de les diferències en la densitat, la forma i la fracció buida de partícules, hi ha diferències en la sedimentació. Les partícules de sorra tenen una densitat relativament alta i una mida petita, de manera que s'instal·len ràpidament. Els flòcs de les aigües residuals d'impressió i tenyit tenen una densitat relativament baixa, propera a l'aigua, una forma gran i una gran fracció de buits, de manera que s'assenten lentament. El purín de carbó cau entre els dos. Per tant, per a la sedimentació de sorra, la influència de les fluctuacions del flux és relativament petita, mentre que per a la impressió i tenyit d'aigües residuals, la influència de les fluctuacions del flux és relativament gran. Així, les diferents partícules tenen diferents requisits per a la distribució del flux. Per a la impressió i el tenyit d'aigües residuals, la distribució del flux a l'entrada ha de ser relativament uniforme.
3.2 Els decantadors de tubs inclinats requereixen una distribució de l'aigua més uniforme
Com que els tubs inclinats (normalment de 35 mm, 50 mm de diàmetre) es col·loquen al decantador, quan la distribució hidràulica sota els tubs no és uniforme, a causa de ν=Q/A, la velocitat del flux es torna massa alta en alguns tubs, provocant que els flocs pugin, donant com a resultat una qualitat de l'efluent sense tubs encara pitjor que aquesta. Per tant, la distribució de l'aigua als decantadors de tubs inclinats hauria de ser més uniforme que als dipòsits de sedimentació normals.
3.3 La direcció d'instal·lació dels tubs inclinats ha de ser oposada a la direcció d'entrada
El procés d'entrada d'aigua al decantador des de la canonada d'entrada implica un augment sobtat de la secció transversal del flux. Per tant, el flux experimenta un breu canvi. Per evitar aquest canvi, la direcció d'instal·lació dels tubs inclinats ha de ser oposada a la direcció d'entrada. Això pot mitigar l'impacte del canvi sobtat de cabal sobre l'eficiència de sedimentació dels flocs.