Горизонтальный поток, циркуляционный отстойник и отстойник с наклонной трубкой: реальные данные о седиментации из трех полномасштабных резервуаров- — какой из них действительно работает?|Джунтай

Если ваш отстойник удаляет только 11 % поступающей мутности, вы не очищаете воду -, а просто пропускаете ее через бетонный короб. Именно это показали полевые данные для одного из трех типов резервуаров, испытанных на железнодорожных станциях водоснабжения Хэнъян на реке Сянцзян. Та же сырая вода, тот же коагулянт, тот же протокол отбора проб - иразница в 7,7×в эффективности седиментации между лучшими и худшими исполнителями. Вот что показывают цифры и что они означают для тех, кто определяет, эксплуатирует или модернизирует процесс седиментации.

ТРИ ТЕХНОЛОГИИ

Отстойник с горизонтальным потоком

Самый старый дизайн в группе. Вода входит в один конец, течет горизонтально со скоростью примерно 15 мм/с по длинному прямоугольному бассейну и выходит в дальнем конце. Частицы оседают под действием силы тяжести во время путешествия. Простой, надежный и предсказуемый -, но при этом-нехватающий места и медленный. Подразделение Хэнъян заняло222.4 m²относиться просто75 m³/h.

Гидравлический циркуляционный осветлитель

Конструкция с вертикальным-потоком, при которой сырая вода поступает в центральную зону реакции, флокулирует в циркулирующем слое ила, а осветленная вода поднимается в периферийные сборные желоба. Более компактный, чем с горизонтальным потоком -, с которым работает агрегат Hengyang240 m³/hвсего за47.2 m². Иловый слой действует как контактный фильтр, улучшая улавливание частиц.

Наклонный трубчатый отстойник (ламельный осветлитель)

Новейшая технология в сравнении. Вода течет вверх через стопки наклонных труб (обычно под углом 60 градусов), где частицы оседают на поверхности труб и скатываются вниз в бункер для ила. Наклонная геометрия значительно увеличивает эффективную площадь оседания на единицу занимаемой площади. В отделении Хэншань прошло лечение160 m³/hиспользуя только27.2 m²- занимает менее одной-восьмой площади резервуара с горизонтальным потоком, но пропускает более чем вдвое больший расход.

ЯБЛОКИ К ЯБЛОКАМ: ПАРАМЕТРЫ ОБЪЕКТА

Во всех трех резервуарах одна и та же сырая вода реки Сянцзян обрабатывалась одним и тем же коагулянтом - рафинированным сульфатом алюминия в дозе 3,5 мг/л в сухой сезон и 32 мг/л в сезон дождей. Ни один из них не был перегружен. В таблице ниже показано, как выглядела каждая установка до того, как мы перешли к производительности.

Несколько чисел сразу выскакивают из этой таблицы. Отстойник с наклонной трубкой достигмаксимальная гидравлическая нагрузка (9,2 м³/м²·ч)занимая при этом наименьшую площадь. Горизонтальный проточный резервуар, напротив, необходим90 минут времени хранения- почти в 4 раза больше, чем отстойник с наклонной трубкой -, но обрабатывает менее половины потока. Циркуляционный отстойник занимал среднее место по большинству показателей, но был лидером по абсолютной производительности очистки — 240 м³/ч.

ДОКАЗАТЕЛЬСТВО ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ: ЭФФЕКТИВНОСТЬ СЕДИМЕНТАЦИИ

Основной вопрос: какой резервуар на самом деле удаляет больше всего мути? Отбор проб проводился одновременно во всех трех резервуарах, один раз в засушливый сезон и один раз в сезон дождей, каждый раз в течение трех дней подряд, при этом параллельные пробы отбирались дважды в день. Результаты былистатистически однозначный(χ²=21.17, P <0,005).

Обращают на себя внимание три вывода:

1. Отстойник с наклонной трубкой одержал решительную победу.В сезон дождей -, когда нагрузка по мутности самая высокая, - она достигалаУдаление 86%по сравнению с 64,2% для циркуляционного отстойника и 57,8% для резервуара с горизонтальным потоком. В засушливый сезон разрыв был еще больше: 32,4% против 24,6% против 11,1%. Тест хи-квадрат (χ²=21.17, P <0,005) подтверждает, что это не случайные колебания -, разница реальна и повторяема.

2. Показатели дождливого-сезона превосходят показатели сухого-сезона по всем направлениям.Каждый резервуар работал лучше, когда вода была теплее и мутность выше. В резервуаре с горизонтальным потоком содержание подскочило с 11,1 % до 57,8 % -, то есть в 5 раз -, просто потому, что более высокая мутность сырой-воды дает коагулянту больше частиц, с которыми можно работать, образуя более крупные и быстрее-осаждающиеся хлопья.

3. Температура, скорость ветра и pH не имели значения.Во всех контролируемых диапазонах (температура воздуха 9,5–34 градуса, скорость ветра 0,1–3,2 м/с, pH 6,3–7,8) ни одна из этих переменных окружающей среды не оказала статистически значимого влияния на эффективность седиментации. На производительность повлияли геометрия танка и гидравлика -, а не погода.

ЗА МУТНОСТЬЮ: ЦВЕТ, БАКТЕРИИ И ЗАГАДКА «ОБРАТНАЯ ЗНАЧЕНИЕ»

Удаление мутности является основным показателем, но водоочистные сооружения заботятся еще о трех вещах: цвете, бактериях и колиформах. Здесь данные получились интересными.

Снижение цвета тесно отслеживало мутность.Корреляция была сильной и положительной: r=0.9086. Уравнение регрессии - y=0.225x + 0.3495 - означает, что на каждые 10 процентных пунктов повышения эффективности седиментации вы получаете примерно 2,6 процентных пункта удаления цвета. Это имеет физический смысл: те же взвешенные частицы, которые рассеивают свет (мутность), также несут растворенное органическое вещество, придающее цвет. Удалите частицы, и цвет пойдет вместе с ними.

Бактерии и колиформы рассказали другую историю.В отличие от мутности и цвета, снижение общего количества бактерий и общего количества колиформных групп показалонет постоянных отношенийс эффективностью седиментации. Еще более удивительно: были случаи, когда количество бактерий после седиментации действительно быловышечем раньше - так называемое явление "обратного значения". Исследователи отметили это без четкого объяснения, но любой, кто эксплуатировал отстойники, распознает вероятных виновников: скопившийся ил в мертвых зонах, -суспендирующий бактерии в осветленный поток, или биопленка, отслаивающаяся от стенок резервуара во время гидравлических возмущений. В любом случае практический вывод очевиден:вы не можете полагаться только на седиментацию для достижения микробного барьера. Фильтрация и дезинфекция на выходе не являются обязательными -, это настоящие меры микробиологического контроля.

СКРЫТАЯ ЭКОНОМИКА: ЗНАЧЕНИЕ, МОЩНОСТЬ И СТОИМОСТЬ

Показатели производительности имеют значение, но не менее важно и экономическое обоснование. Переведем три танка на инженерную экономику.

Отстойник с наклонной трубкой обеспечиваетВ 17 раз эффективнее использование пространстварезервуара с горизонтальным потоком, с лучшими характеристиками осаждения на 49% -, но с немного более высокими капитальными затратами на единицу мощности, чем у циркуляционного отстойника. Циркуляционный осветлитель является лидером по соотношению-цена-денег по первоначальным затратам, хотя потолок его производительности ниже. Для новых заводов, где земля дешевая, а бюджеты ограничены, все еще существует аргумент в пользу горизонтального потока. Для любого объекта, где занимаемая площадь имеет значение - модернизация, городские установки, расширение в пределах существующих границ - наклонная труба является очевидным инженерным выбором.

ИТОГ ДЛЯ ИНЖЕНЕРОВ

Это не было лабораторное исследование. Это были три полномасштабных-действующих резервуара, обрабатывавшие одну и ту же речную воду одним и тем же коагулянтом, пробы которых отбирались одновременно в разные сезоны. Выводы имеют реальный вес:

1.Если эффективность седиментации является вашим основным показателем, то отстойник с наклонной трубкой является однозначным победителем по удалению мутности в - 86% влажного-сезона по сравнению с 64,2% и 57,8% для альтернатив. Разница статистически значима (P <0,005).

2.Если вы модернизируете существующую установку с ограниченным пространством, отстойники с наклонной трубкой обеспечат производительность очистки 5,88 м³/ч на квадратный метр площади -, что на порядок лучше, чем с горизонтальным потоком (0,34 м³/ч/м²). Дело о модернизации по сути закрыто.

3.Не ждите, что седиментация справится с вашей микробной нагрузкой. Данные показывают, что снижение количества бактерий и колиформ ненадежно, а иногда и отрицательно. Фильтрация и дезинфекция остаются непреодолимыми барьерами на выходе. Это не слабость какого-либо конкретного типа резервуара -, это фундаментальное ограничение гравитационного осаждения.

4.Если капитальные затраты являются основным ограничением и у вас есть свободное пространство, гидравлический циркуляционный осветлитель предлагает наилучшее соотношение затрат-на-производительности (0,038 против 0,075 для наклонной трубы) с приемлемой производительностью (64,2 % в сезон дождей). Это прагматичная золотая середина.

5.Отстойники с горизонтальным потоком все еще существуют по одной причине: - они просты, щадящие и эффективны, если их размер соответствует нагрузке. Однако при эффективности в сухой сезон-в этом наборе данных 11,1 % агрегат недостаточного размера или плохо эксплуатируемый едва справляется со своей задачей. Если вы используете систему,-ограниченную по пространству, вы уже знаете, что должно произойти.