Disseny de distribució d'aigua de sedimentador de tubs i abocament de fangs: una guia pràctica d'enginyeria per als tancs de sedimentació

Si esteu dissenyant un nou dipòsit de sedimentació de sedimentadors de tubs o solucionant-ne un de baix rendiment, dos factors determinaran els vostres resultats més que qualsevol altre:distribució d'aigua a l'entradaidescàrrega de fangs des del fons. Equivoqueu qualsevol d'ells i les conseqüències són immediates: curtcircuits, sedimentació desigual, acumulació de fangs i qualitat de l'efluent que no compleix els estàndards de descàrrega, independentment de l'alta qualitat dels vostres mitjans de tub. Aquesta guia explica els principis clau de disseny i els mètodes de càlcul d'ambdós sistemes, utilitzant un exemple d'enginyeria real per posar en pràctica els números.

Per què els colons de tubs ofereixen una eficiència excepcional

Els decantadors de tubs ofereixen un dels mètodes més rendibles per augmentar la capacitat de tractament d'una conca de sedimentació existent. El principi bàsic és elegantment senzill: l'àrea de sedimentació efectiva és completament independent de la superfície del sòl del dipòsit; en canvi, depèn de laàrea total projectada horitzontalment dels mòduls de tubs inclinats. Això vol dir que podeu augmentar dràsticament la capacitat de decantació sense ampliar la petjada del tanc.

Quan els tubs s'instal·len en un angle de 60 graus, cada metre cúbic de volum del tub proporciona aproximadament11 a 15 m²d'àrea efectiva d'assentament. Això es tradueix a fins aDe 8 a 10 vegades la superfície del sòldel dipòsit. La distància de sedimentació dins de cada canal de tub és d'uns pocs centímetres, en comparació amb diversos metres en un clarificador convencional, el que significa que les partícules arriben a la superfície de recollida molt més ràpidament.

Igualment important és el règim hidràulic dins dels tubs. Les condicions de flux laminar, amb nombres de Reynolds que normalment es mantenen per sota de 500, permeten que la taxa de càrrega hidràulica per unitat d'àrea de sedimentació efectiva siguisignificativament superior a la sedimentació convencional. Però aquest avantatge teòric només es tradueix en un rendiment real quan la hidràulica està dissenyada correctament, concretament, quan el flux es distribueix uniformement per tota la secció transversal del decantador de tubs i el fang s'elimina completament i a temps.

Disseny de distribució d'aigua - Aconseguir el flux correcte

Objectius de disseny d'entrada

El sistema d'entrada d'un tanc de decantació de tubs compleix dues funcions crítiques que determinen directament el rendiment global. Primer, caldissipar l'energia cinèticadel flux entrant: si la turbulència penetra a la zona de decantació, pertorba la manta de llots sedimentats, torna a suspendre les partícules i soscava tot el que els tubs estan dissenyats per aconseguir. En segon lloc, ha de distribuir el flux de la manera més uniforme possible per tota l'àrea de la secció transversal dels mòduls del tub. La distribució desigual crea zones localitzades d'alta velocitat que transporten sòlids a través dels tubs abans que es puguin assentar.

Les configuracions d'entrada habituals utilitzades a la pràctica inclouen:parets deflectores perforadesamb orificis regularment espaiats (l'opció més utilitzada i fiable per a dipòsits rectangulars), canonades d'entrada submergides amb múltiples ports de distribució, laterals de distribució d'entrada inferior amb ports cap amunt i canals d'entrada amb presa en V. L'elecció depèn de la geometria del dipòsit, el cabal i les limitacions d'espai, però la paret deflector perforada és el punt de partida predeterminat per a la majoria dels dissenys municipals.

Paràmetres clau de disseny

La mètrica hidràulica més important per a les entrades de sedimentadors de tubs és lavelocitat d'aproximació- la velocitat del flux ascendent quan l'aigua entra a la cara inferior dels mòduls del tub. Per a la majoria d'aplicacions municipals que tracten aigües superficials o efluents secundaris, s'acosta velocitats de5 a 15 mm/soferir un rendiment òptim. Velocitats inferiors a 5 mm/s corren el risc de permetre que els fangs s'assentin dins de la pròpia zona de distribució, creant zones mortes que redueixen el volum efectiu. Les velocitats superiors a 20 mm/s corren el risc de pertorbar la coberta de fang i portar partícules de flóc als canals del tub abans que es puguin assentar.

Disseny de deflectors per a la dissipació d'energia

Una única paret deflector col·locada0,8 a 1,5 mde la paret d'entrada, amb forats uniformement distribuïts (normalmentDe 50 a 100 mm de diàmetreaEspaiat de 200 a 400 mm), proporciona una eficaç dissipació d'energia d'entrada per a la majoria de tancs rectangulars. La velocitat del forat de disseny hauria d'orientar-se0,15 a 0,25 m/samb un flux diari mitjà: prou ràpid per evitar que s'assentin a l'interior dels forats, prou lent com per evitar la sortida. L'àrea oberta total de tots els forats combinats hauria de serdel 15 al 25%de la zona de la paret del deflector. Un detall important que sovint es passa per alt: proporcionar aEspai de 200 a 300 mma la part inferior del deflector perquè els fangs passin. Sense aquest buit, els fangs s'acumulen darrere del deflector, reduint el volum actiu i, finalment, creant condicions anaeròbiques.

Requisits d'uniformitat de distribució

Un sistema d'entrada ben dissenyat hauria d'aconseguir una uniformitat de distribució del flux d'almenysdel 85 al 90%, és a dir, el cabal per unitat d'àrea varia entre un 10 i un 15% de la mitjana a la secció transversal del tanc. Les causes més comunes d'una mala distribució inclouen: l'entrada que es col·loca massa a prop dels mòduls del tub (menys de 0,5 m d'espai lliure), una àrea oberta insuficient del deflector (per sota del 10% de l'àrea de la paret) i una geometria asimètrica del dipòsit que no es té en compte en el dimensionament individual del port. Els tancs rectangulars amb una sola entrada lateral són especialment vulnerables a aquest últim: els ports més propers a l'entrada reben un flux desproporcionat, tret que tinguin una mida individual.

Disseny de descàrrega de fangs: no deixeu que s'acumulin sòlids

Per què és important l'abocament de fangs

L'eliminació eficaç de fangs d'un tanc de decantació de tubs és tan crítica com la distribució adequada de l'entrada, i és possible que sigui el més freqüentment passat per alt dels dos. Quan els fangs s'acumulen sense control, provoca una cascada de problemes: el volum efectiu de decantació es redueix, es desenvolupen zones anaeròbiques i generen gasos que poden provocarflotació de fangs(aixecant els sòlids assentats de nou a la suspensió), i si la manta de fangs puja prou, pot obstruir físicament les obertures inferiors dels mòduls del tub. Un cop això succeeix, l'única solució és drenar el dipòsit i netejar manualment, un procés costós i pertorbador. Un sistema de recollida i descàrrega de fangs ben dissenyat hauria d'eliminar els sòlids sedimentats de manera contínua o a intervals freqüents i curts.

Geometria de la tremuja de fangs

La majoria dels tancs de decantació de tubs utilitzen una de les dues configuracions de recollida de fangs. Els primers usosmúltiples tremuges còniques o piramidals, normalment d'1,0 a 1,5 m de profunditat amb pendents laterals d'almenys 60 graus; aquest angle és fonamental per garantir que el fang llisqui de manera fiable al fons de la tremuja en lloc d'adherir-se a les parets. La segona configuració utilitza afons pla o suaument inclinat amb un rascador de fangs mecànici un abeurador central de recollida. Per als dipòsits de fons de la tremuja, la distància horitzontal dels fangs ha de recórrer el terra per arribar a una tremuja s'hauria de minimitzar, idealment menys de3 a 4 metres. Les distàncies de viatge més llargues permeten que els sòlids es compactin i s'adhereixin al terra, derrotant el propòsit del disseny de la tremuja.

L'elecció de la configuració depèn de la forma del dipòsit: els dipòsits circulars solen utilitzar un rascador giratori amb recollida de fangs perifèrics, els tancs rectangulars utilitzen múltiples tremuges espaciades al llarg de la longitud o un rascador de pont mòbil. L'enfocament multitremuja és més comú per als tancs rectangulars més petits perquè no té peces mòbils i requereix menys manteniment.

Vàlvules de descàrrega de fangs i canonades

Les canonades de descàrrega de fangs han de tenir un diàmetre mínim de150 mmper resistir l'obstrucció. El pendent de la canonada hauria de ser com a mínim2% cap al punt de descàrrega. El tipus de vàlvula és molt important: utilitzar semprevàlvules de pas totalcom ara vàlvules de compuerta, endoll o de pinça. No utilitzeu mai vàlvules de globus o de papallona en el servei de fangs: creen restriccions de flux intern que atrapen sòlids i s'obstrueixen fàcilment. Les vàlvules automatitzades (pneumàtiques o elèctriques) amb descàrrega intermitent controlada per temporitzador es recomanen molt sobre les vàlvules manuals. La retirada manual de fangs depèn de la diligència de l'operador, que varia d'un torn a un altre, i la descàrrega inconsistent és una de les principals causes dels problemes d'acumulació de fangs.

Directrius de funcionament per a resultats consistents

Abocament de fangs basat en aprogramació del temporitzador regularmés que el judici manual, produeix els millors resultats de manera consistent. Comenceu amb intervals de descàrrega curts i freqüents, per exemple,De 15 a 30 segons cada 15 a 30 minuts- i ajustar en funció de la concentració de fangs mesurada. Objectiu una concentració de fangs de1 a 3% de sòlidsal corrent de descàrrega; concentracions per sota de l'1% suggereixen que estàs malgastant massa aigua (obrint les vàlvules amb massa freqüència o durant massa temps), mentre que les concentracions per sobre del 3% indiquen una freqüència de descàrrega insuficient.

Superviseu el nivell de la manta de fangs diàriament mitjançant un detector de manta de fangs portàtil. El nivell de manta objectiu hauria de ser0,3 a 0,5 m per sota de la part inferior dels mòduls del tub. Si la manta s'acosta a més de 0,3 m, augmenta la freqüència o la durada de la descàrrega. Si cau molt per sota de 0,5 m i la concentració de descàrrega és baixa, és probable que malgasteu l'aigua tractada innecessàriament.

Exemple de treball de tanc de sedimentació de tubs de - 10.000 m³/d

Per posar en pràctica els principis de disseny, aquí teniu un exemple de treball complet per al tractament d'un tanc de decantació de tub rectangular10,000 m³/dd'aigües residuals municipals.

Dades d'entrada de disseny

Càlculs de disseny d'entrada

La velocitat d'aproximació es calcula com el cabal dividit per l'àrea del pla de decantació del tub: 417 m³/h dividit per (10 mx 5 m) equival a8,34 m/h, o aproximadament 2,3 mm/s. Això es troba còmodament dins del rang recomanat de 5 a 15 mm/s, encara que lleugerament a l'extrem inferior, el que significa que hi ha espai per augmentar el flux en el futur si cal.

Per a la paret del deflector: l'àrea de la paret és de 6 m d'ample x 4,5 m de profunditat =27 m². Amb una proporció d'àrea oberta del 20%, l'àrea oberta necessària és5.4 m². Utilitzant forats de 75 mm de diàmetre (cada àrea de forats=0.0044 m²), el nombre de forats necessaris és 5,4 dividit per 0,0044, que és igual a aproximadament1.220 forats. Distribuït en una superfície de 6 mx 4,5 m, això dóna aproximadamentEspaiat de 150 mm x 150 mmentre forats.

La velocitat del forat a flux mitjà és de 0,116 m³/s dividit per 5,4 m² =0,021 m/s (aproximadament 0,02 m/s). Això està substancialment per sota de l'objectiu recomanat de 0,15 m/s, el que significa que els forats estan sobredimensionats per al cabal. Per corregir-ho, considereu reduir el nombre de forats (a aproximadament 170 forats, la qual cosa donaria una velocitat més propera a 0,15 m/s) o reduir el diàmetre del forat per augmentar la velocitat mantenint una distribució uniforme.

Disseny de tremuja de fangs

Proporcionarquatre tremuges al llarg de la longitud del dipòsit- un cada 3 metres - cadascun1,2 m de profunditat amb pendents laterals de 60 grausper garantir un lliscament fiable dels fangs. Cada tremuja ha d'estar equipada amb unVàlvula d'obturació accionada pneumàticament de 150 mmen un control de temporitzador. La seqüència de funcionament recomanada és la descàrrega intermitent de20 segons cada 20 minuts, girant a través de les tremuges seqüencialment de manera que només es descarregui una tremuja en un moment donat. D'aquesta manera s'evita el xoc hidràulic al sistema alhora que es manté l'eliminació constant dels fangs.

Conclusió

La distribució d'aigua i l'abocament de fangs són els dos aspectes més passats per alt del disseny dels decantadors de tubs, i també es troben entre les causes més comunes de baix rendiment en el camp. Els principis clau del disseny són senzills i ben establerts: distribuïu el flux uniformement a través de la secció transversal completa del sedimentador del tub, orienteu una velocitat d'aproximació entre 5 i 15 mm/s, proporcioneu una àrea oberta del deflector del 15 al 25% per a la dissipació d'energia, elimineu els fangs amb un programa de temporitzador fiable mitjançant vàlvules de pas total i mantingueu els pendents de les canonades per sobre del 2%. Verifiqueu el rendiment mitjançant un control rutinari del nivell de la manta de fangs, idealment mantenint la manta entre 0,3 i 0,5 m per sota de les entrades del mòdul del tub. Les plantes que inverteixen l'esforç d'enginyeria per encertar aquests fonaments veuran tot el benefici de la seva inversió en instal·ladors de tubs: una major capacitat de tractament sense expandir la petjada, una millor qualitat de l'efluent que compleix els estàndards de descàrrega més estrictes i significativament menys maldecaps operatius.