Один водопровод. Одна модернизация. Три цифры, которые имеют значение.После установки устройства для перемешивания и опорожнения воздушно--воды к наклонному трубчатому отстойнику, работавшему с 1998 года, на заводе был зафиксированСнижение частоты опорожнения на 20 %., a Снижение затрат на химическую очистку на 12 %.иСнижение трудоемкости на 15%. Что еще более важно, модернизация решила постоянную летнюю проблему, которая вызывала жалобы на качество воды в течение многих лет: красные черви и личинки хирономид размножались в застойных иловых карманах. Если в вашем трубчатом отстойнике имеется перфорированная-труба для отвода ила, которую необходимо постоянно прочищать, этот практический пример для вас.
Проблема
Когда сладж отказывается уходить
Наклонный трубчатый отстойник на этом гидроузле был построен в 1998 году и расположен на территории первоклассной-охранной зоны источника воды. Сырая вода - поверхностных вод резервуара - характеризуется низкой мутностью и высоким содержанием водорослей. Хотя трубчатый отстойник сам по себе обеспечивает высокую эффективность осаждения при компактных размерах, его расположение рядом с насосной станцией сырой воды означает, что смешивание химикатов по своей сути происходит неравномерно. Проблема очистки усугубляется летом, когда объем водоснабжения резко колеблется, а количество водорослей резко возрастает.
Как и большинство отстойников с наклонными трубками, построенных в ту эпоху, система сброса осадка основывалась наперфорированные трубы. Механизм прост: статическое давление воды от уровня воды в реакционном-отстойнике выдавливает ил к перфорационным отверстиям, а гравитационное действие сифона вытягивает ил-водяную смесь из резервуара. Никаких насосов. Никаких движущихся частей. Но есть загвоздка:отверстия засоряются. А как только они засоряются, скапливается ил. А как только ил накапливается, в нем начинают жить вещи.
Полевая бригада на этом заводе каждое лето наблюдала именно такую цепочку событий: засорение отверстий перфорированных труб → неполный сброс ила → застойные слои ила → рассадник красных червей и личинок хирономид → аномалии качества воды. Существующий метод очистки - химическое замачивание в сочетании с струей воды под высоким-давлением - сработал, но дорого. Когда интервал опорожнения превышал 20 дней летом или 30 дней зимой, на поверхности труб и стенках резервуара рос мох, что требовало значительно большего времени промывки. Эксплуатационные расходы завода продолжали расти из-за потери воды, потребления химикатов и человеко-часов.
Анализ первопричин
Команда инженеров определила четыре различных механизма, лежащих в основе проблемы засорения. Два из них — эксплуатационные, два — физические ограничения конструкции. Все четыре способствуют одному и тому же конечному результату:перекрытие- состояние, при котором частицы песка вблизи отверстий при очень низком содержании влаги и взаимном взаимодействии частиц уплотняются в твердую массу, которую не может разрушить статическое давление воды.
| # | Причина | Механизм | Почему это важно |
| 1 | Длительное накопление осадка | Не удаленный вовремя ил теряет влагу. Когда содержание влаги падает ниже критического порога, внутренняя текучесть слоя осадка ухудшается -, он становится твердым, а не суспензией. | Статический напор воды сам по себе не может протолкнуть уплотненный слой через отверстия. Это основная движущая сила моста. |
| 2 | Неправильный интервал сброса осадка и слишком крупный песок. | Установка перекачивает сырую воду непосредственно из резервуара. Содержание песка, градация и размер частиц меняются в зависимости от сезона и климата. Когда размер зерен песка превышает диаметр отверстия, отверстия засоряются. Если интервал разрядки не сокращается для компенсации, эффективность падает. | Статический интервал не может обеспечить динамическое качество сырой воды. Ответ — либо адаптивное планирование, либо отверстия большего размера -, но отверстия большего размера снижают однородность разряда (см. раздел 3.2 «Тестирование»). |
| 3 | Смещение высоты 10 мм: труба относительно дна бункера | В соответствии с строительными стандартами того времени труба для слива осадка располагается на высоте 10 мм над полом бункера. За годы эксплуатации в этом мертвом пространстве под трубой скапливается песок. | Это физическая проблема конструкции -, никакие эксплуатационные настройки не могут ее устранить. Компенсировать это может только модернизация с использованием нижней-промывочной мешалки. |
| 4 | Инородные тела и старые фрагменты трубок | После длительного воздействия химикатов и солнечного света секции трубчатого отстойника стареют, трескаются и выделяют пластиковые фрагменты в зону осадка. Эти фрагменты забивают отверстия. | Это также физическая причина, но она подчеркивает важность выбора материала, стабилизированного УФ-излучением-, для наружной установки. |
Причины № 1 и № 2 действительны -, их можно устранить путем более эффективного управления осадком. Причины №3 и №4 заложены в физическом дизайне и выборе материала. Модернизация должна была охватывать все четыре одновременно.
Решение для модернизации: воздушно--водяное перемешивание
Принцип: сжатый воздух встречается с водой
Основная концепция элегантно проста. Перфорированные трубы укладываются на дно резервуара и подключаются к внешнему воздуходувке. Сжатый воздух, подаваемый через отверстия, сталкивается с молекулами воды, создавая высокоскоростную-турбулентность внутри резервуара. Это делает три вещи одновременно:
1. Агитация.Столкновение воздуха-воды разрушает уплотненный слой ила -, образуя «мост», который статическое давление воды не может преодолеть. Осевшие твердые частицы повторно-суспендируются и гомогенизируются с водой, а затем выгружаются в виде текучей суспензии.
2. Оксигенация.Захваченный кислород сжатого воздуха вступает в тесный контакт с водой, обеспечивая окислительную способность. Это особенно ценно при очистке органических веществ в отстоявшемся иле и создает среду, враждебную анаэробным организмам.
3. Контактная среда.Турбулентность способствует контакту между органикой, неорганикой и растворенным кислородом, способствуя окислительному разложению накопленного органического материала - — того самого вещества, которое питает красных червей и личинок хирономид.
Вкратце: устройство не просто перемещает ил -, оно делает зону осадка активно враждебной по отношению к организмам, вызывающим жалобы на качество воды. Этот двойной механизм (физическое удаление + биологическое подавление) делает модернизацию более эффективной, чем простое добавление большего количества химикатов или сокращение цикла очистки.
Инженерное проектирование
3.1 Схема воздухопровода и выбор материала
Трубчатый отстойник работает по схеме восходящего потока: сырая вода, дозированная коагулянтом-, поступает в зону распределения через выпрямляющую пластину, течет вверх по наклонным трубкам (где твердые частицы быстро отделяются) и выходит в виде осветленной воды через сборный желоб наверху. Осевшие твердые частицы скатываются по стенкам трубы под углом 60 градусов в зону накопления ила. Существующие перфорированные шламовые трубы расположены внизу этой зоны.
В ходе модернизации добавляется петля перфорированных аэрационных труб, проложенная рядом с существующими шламовыми трубами. Для аэрационных трубопроводов были оценены два материала:
| Материал | Преимущества | Фатальный недостаток |
| Нержавеющая сталь | Высокая механическая прочность, термостойкость | Длительный контакт с химически обработанной водой вызывает внутреннее окисление и коррозию. Оксидные хлопья, которые отделяются от внутренней части трубы - в сочетании с песком, отложившимся во время работы, - повторно-забивают отверстия. Именно эту проблему пытается решить модернизация. |
| UNIKE пластик (ПВХ) | Меньший вес, более гладкая внутренняя поверхность (меньший коэффициент трения), защита от коррозии-, более низкая стоимость | Ничего не идентифицированодля этого приложения. Выбран в качестве окончательного материала. |
3.1 Расчет диаметра трубы: метод GOLAN Slug-Flow
Диаметр трубы был рассчитан с использованием метода границ потока-схемы потока GOLAN, как рекомендовано Гу Сяоцзюанем для расчета диаметра стояка. GOLAN классифицирует схемы воздушных-подъемных потоков по четырем режимам:снарядное течение, пузырьковое течение, пробковое течение и кольцевое течение.. Среди них снарядный поток обеспечивает наивысшую-эффективность подъема воздуха -, это целевой режим для проектирования системы удаления осадка.
Диаметр трубы определяется из граничного уравнения снарядного-течения. Приведенная скорость сжатого воздуха (Vg) и приведенную скорость поднимаемой жидкости (Vl) рассчитываются с использованием уравнений (1)–(4), за которыми следуют скорректированные значения Vg* и Вl* после сжатия:
На основании фактического расхода поднимаемой жидкости и объема забора воздуха был рассчитан диапазон диаметров стояка. Окончательный выбор:Ду110 ммиДу50 ммтрубы, соединенные переходной муфтой для увеличения перепада давления в системе. Количество отверстий определялось на основе объема воздуха, скорости воздуха и площади поперечного- сечения отверстия для расчета отверстий на метр трубы.
3.2 Оптимизация сброса воздушного-водяного осадка
Подача воздуха осуществляется от вентилятора Рутса -, два блока: один рабочий и один резервный. Трубопровод проходит вдоль стенки отстойника, разделяется над коридором флокуляционного резервуара на два ответвления и петлеобразно доходит до дна резервуара. Основная труба диаметром DN110 мм подает сжатый воздух на0,16 МПа. Рядом с исходной шламопроводом прокладывается вспомогательная труба DN50 мм с равномерно расположенными аэрационными отверстиями. Цикл перемешивания начинается, когда уровень воды опускается до0,2 м ниже сборника.
Критической переменной проектирования являетсядиаметр отверстия. В исследовательской литературе показано, что эффективность удаления ила из перфорированной-трубы для воздуха-подъёма воздуха зависит от диаметра отверстия, скорости воздушного потока и степени погружения. Количество и эффективность выброса ила положительно коррелируют с диаметром отверстия и степенью погружения. Однако есть компромисс-: большие отверстия увеличивают общую пропускную способность, ноуменьшить равномерность разряда, поскольку сопротивление трения увеличивается с расстоянием от стояка -, отверстия, расположенные вблизи стояка, сливают больше, отверстия, расположенные вдали от стояка, сливают меньше, а накопление ила происходит неравномерно.
Команда проекта провела полевые испытания, сравнив три диаметра отверстия. Результаты определили дизайн:
| Отверстие ∅ | Коэффициент открытой площади | Равномерность сброса осадка | Результат |
| 5 мм | Самый большой (самый высокий коэффициент) | Самый сильный ил - концентрируется возле стояка | Отклоненный |
| 4 мм | Середина | Умеренный | Приемлемо, неоптимально |
| 3 мм | Самый маленький (самое низкое соотношение) | Лучшая униформа - по всем позициям | ✓ Выбрано |
Противоречивый-интуитивный вывод:меньшие отверстия обеспечивают более равномерный выход осадка. Причина в том, что соотношение открытой площади варьируется в зависимости от диаметра отверстия, и равномерность выпуска ила отрицательно коррелирует с этим. Большие отверстия означают большую долю открытой площади, что означает, что градиент давления вдоль трубы более крутой, а это означает, что отверстия рядом со стояком перехватывают поток. Отверстия диаметром 3 мм обеспечивают более равномерное распределение воздуха во всех положениях.
Окончательные параметры установки после оптимизации:
| Параметр | Ценить |
| воздуходувка | Воздуходувка ЗСР-100 Рутса, 15 кВт (2 шт., 1 дежурный + 1 резервный) |
| Основная труба | Ду110 мм, длина 6,6 м |
| Вспомогательная труба | Ду50 мм, длина 3,7 м |
| Номинальное давление трубы | 1,6 МПа |
| Диаметр отверстия | 3 мм |
| Расстояние между отверстиями | 30 мм от-до-центра |
| Угол отверстия | Под углом 45 градусов по обе стороны от нижней осевой линии - для увеличения интенсивности очистки дна. |
| Положение отверстия | Между двумя рядами существующих шламовых труб |
| Защита вентилятора | Установлена защитная крышка для продления срока службы и обеспечения стабильной работы на открытом воздухе. |
ПЛК Управление и автоматизация
3.3 Автоматическая последовательность опорожнения
Модернизация включает в себя систему автоматического управления на базе ПЛК-, которая устраняет зависимость от оператора. Запрограммированная последовательность действий выглядит следующим образом:
Шаг 1:Срабатывает таймер цикла опорожнения →Шаг 2:Запускается вентилятор Рутса →Шаг 3:Вентилятор нагнетает давление в трубопроводе, создает вакуум →Шаг 4:Электромагнитный клапан открывается →Шаг 5:Вакуум образуется в воздухоотводной трубе →Шаг 6:Воздух выводится через отверстия →Шаг 7:Водная-смесь ила перемешивается и гомогенизируется →Шаг 8:Опорожнение выручки →Шаг 9:Опорожнение завершено, вакуумный путь нарушен →Шаг 10:Система последовательно переходит к следующему резервуару
Система управляет10 комплектов устройств для слива осадка. Каждый клапан сброса осадка управляется двух-четырех-ходовым электромагнитным клапаном с использованием одно-приводного-двухходового метода управления. Время разгрузки каждого клапана установлено на120 секунд, с задержкой в 1 секунду между клапанами в одной группе и интервальной задержкой в 10 секунд между группами. Клапаны изготовлены изнержавеющая сталь 304противостоять агрессивной среде установки на открытом воздухе.
Поскольку обе стороны отстойника можно опорожнить только по отдельности (ограничение исходной конструкции 1998 года), над отстойником был установлен электрический дроссельный клапан DN 10 мм, который разделял трубу выпуска воздуха на два ответвления через переходной тройник. Схема управления электромагнитным клапаном представлена на рисунке 2.
Функции безопасности и сигнализации
Программа ПЛК включает в себя средства производственной-безопасности, разработанные на основе опыта эксплуатации предприятия:
| Особенность | Описание |
| Запустите-голосовую подсказку | Длинный 5-секундный звуковой сигнал, когда начинается автоматическое опорожнение, предупреждает операторов о необходимости проверки и контроля процесса. |
| Сигнализация неисправности | Если вакуумный путь ненормальный или вентилятор выходит из строя, голосовая подсказка меняется на короткие и быстрые звуковые сигналы. Сигнал тревоги отправляется в центральную диспетчерскую, а на-панели управления объекта отображается содержание сигнала тревоги или код неисправности. |
| Принудительное опорожнение | Если требуется экстренное опорожнение из-за ненормального качества воды, автоматическую систему можно немедленно активировать с помощью специальной кнопки «принудительного опорожнения». |
| Аварийная остановка | Во время автоматического опорожнения процесс можно прервать в любой момент, нажав кнопку «остановить опорожнение». |
Режим обслуживания
На заводе внедрена двухуровневая программа технического обслуживания:-
Плановый ежедневный осмотр:Убедитесь, что поток и давление воздуха соответствуют технологическим требованиям. Осмотрите трубопровод на наличие слышимых утечек. Проверьте рабочую температуру вентилятора.
Периодический осмотр:Детальный план технического обслуживания системы подачи воздуха, трубопроводов и арматуры. Анализируйте исторические причины неисправностей и учитывайте извлеченные уроки в рабочих процедурах. Организовать техническое обучение соответствующего персонала. Проводить внеплановые выборочные проверки равномерности сброса осадка.
Результаты и рентабельность инвестиций
После полного периода эксплуатации после модернизации завод зафиксировал три количественных улучшения:
| -20% Частота опорожнения |
-12% Стоимость химической замачивания |
-15% Затраты труда |
Помимо цифр, модернизация достигла своей основной оперативной цели:устранены летние аномалии качества воды, вызванные красными червями и личинками хирономид. Механизм перемешивания воздуха-воды-и-оксигенации подавлял анаэробную микро-среду, в которой размножаются эти организмы. Завод также сообщил о снижении поверхностной нагрузки на отстойник (шлам больше не накапливается между циклами) и снижении потребления воды для операций очистки.
Следующий-шаг: выявлены улучшения
Команда проекта не остановилась на модернизации. В ходе анализа после-модернизации были выявлены две области для дальнейшего улучшения:
1. Геометрия нижнего бункера.Существующий железобетонный бункер можно заменить сборными панелями терраццо, механически отполированными для увеличения угла трения скольжения и угла наклона. Когда сила гравитационного скольжения превышает сопротивление потоку, накопленный ил плавно скользит в основной бункер для шлама без какой-либо механической помощи. Это еще больше снизит зависимость от системы воздушного перемешивания и позволит реже эксплуатировать ее.
2. Онлайн-мониторинг.Установка ультразвуковых измерителей уровня и измерителей концентрации ила вдоль пути потока оборудования позволит передавать данные в реальном-времени (концентрация ила, уровень воды) на станцию мониторинга. Затем ПЛК может динамически регулировать рабочие параметры - объем выпуска ила, интервал обратной промывки и продолжительность перемешивания - на основе фактических условий, а не фиксированных графиков. Это переход от обслуживания,-зависимого от времени, к техническому обслуживанию, основанному на-состоянии, что является золотым стандартом для автоматизированных очистных сооружений.
Что это значит для вашего завода
Этот практический пример показывает, что технология воздушного-перемешивания и опорожнения воды не является теоретической концепцией -, это проверенная модернизация с количественной окупаемостью во многих аспектах: эксплуатационная (меньше циклов очистки), химическая (меньший расход) и трудовая (меньше ручного вмешательства). Тот же подход можно применить к отстойникам с наклонными трубками в химической промышленности, фармацевтических сточных водах, продуктах питания и напитках, а также в целях защиты окружающей среды.
Вопрос в том, работает ли система сброса осадка вашего трубчатого отстойника должным образом. Если вы испытываете что-либо из следующего:
•Перекрытие ила, требующее ручного вмешательства
•Сезонное ухудшение качества воды связано с накоплением ила
•Красные черви или личинки хирономид в отстоявшейся воде в теплые месяцы.
•Отверстия перфорированных труб, которые необходимо часто прочищать
•Рост потребления химикатов для циклов очистки
...тогда для вашего предприятия стоит рассмотреть возможность модернизации системы перемешивания воздуха-воды. Проектирование продумано, окупаемость документально подтверждена, а модернизация осуществляется без изменения существующей конструкции резервуара.
Независимо от того, модернизируете ли вы существующую установку или проектируете новую систему, Juntai предлагает комплексные решения для трубчатых отстойников - из ПП/ПВХ, стабилизированных УФ-излучением-, для поддержки каркасов и инженерных размеров. Отправьте нам размеры вашего бассейна и условия эксплуатации, чтобы получить бесплатную рекомендацию по системе в течение 24 часов.
| Отправьте свои требования по электронной почте | WhatsApp: +86 13600513715 | Форма онлайн-запроса |