Наклонный трубчатый отстойник: полный технический справочник по принципам, конструктивным параметрам и применению

Обычный отстойник удаляет 40–70% взвешенных веществ и занимает площадь, измеряемую сотнями квадратных метров. Отстойник с наклонной трубкой той же площади удаляет более 90% - и обрабатывает вдвое больший поток. Разница не в лучших химикатах или более точном контроле. Это геометрия. Устанавливая наклонные параллельные трубы в зоне осаждения, резервуар увеличивает эффективную площадь осаждения в десять и более раз, одновременно стабилизируя поток в ламинарном режиме, который позволяет частицам оседать, а не оставаться во взвешенном состоянии. Эта статья представляет собой полный технический справочник: как работают отстойники с наклонными трубками, как они устроены, какие конструктивные параметры определяют их производительность и где они применяются.

I. ПРИНЦИП РАБОТЫ - ПОЧЕМУ SHALLOWER БЫСТРЕЕ

Отстойник с наклонной трубкой построен на одном из старейших и самых элегантных принципов седиментационной техники:чем мельче резервуар, тем короче время отстаивания. Идеальная формула седиментации гласит:

u₀=Q/A и t=H/u₀

Где u₀ — скорость перелива (поверхностная нагрузка), Q — скорость потока, A — площадь осаждения, t — время осаждения, а H — глубина воды. Из этих двух отношений возникают два рычага проектирования:

Рычаг 1 - Увеличение площади, уменьшение скорости перелива.Для данного потока Q увеличение A уменьшает u₀. Более низкая скорость перелива означает, что частица с заданной скоростью осаждения с большей вероятностью достигнет зоны осадка до того, как вода покинет резервуар. Больше площади=лучше удаление.

Рычаг 2 - Уменьшите глубину, сократите время.Для данного u₀ уменьшение H пропорционально уменьшает t. Если вы разделите резервуар глубиной H на n горизонтальных слоев глубиной H/n, каждый слой сможет обработать один и тот же объем воды с одинаковой эффективностью удаления -, но за 1/n времени и, следовательно, за 1/n объема резервуара.

Это принцип небольшой-глубины. Обычный отстойник представляет собой один глубокий слой. Отстойник с наклонной трубкой заменяет этот единственный глубокий слойдесятки неглубоких параллельных слоев, каждая из которых ведет себя как независимая зона расселения. Эффективная площадь осаждения увеличивается без увеличения площади резервуара.

Наклонные трубы не просто разделяют резервуар на части. Поскольку каждая трубка имеет большой смоченный периметр относительно площади ее поперечного сечения,гидравлический радиус резко падает. При той же скорости горизонтального потока V число Рейнольдса Re становится намного ниже порога ламинарного -потока 500 -, обычно устанавливаясь на уровне около 50 или ниже -, в то время как число Фруда Fr увеличивается. Поток внутри трубок становится устойчивым и ламинарным. Турбулентность, удерживающая частицы во взвешенном состоянии, подавляется. Частицы оседают на нижней поверхности каждой трубки, накапливаются в виде тонкого слоя ила и под действием силы тяжести скатываются вниз под наклоном 60 градусов в бункер для ила. Очищенная вода поднимается и выходит через приемные желоба.

II. СТРУКТУРА - ТРИ КОНФИГУРАЦИИ ПОТОКА, ОДИН ГЛАВНЫЙ ВЫБОР

Наклонный трубчатый отстойник разделен на функциональные зоны:входная распределительная зона,зона водораспределенияпод трубками,зона осаждения трубки,зона чистой водынад трубками,буферная зонаизона осадкавнизу. Сами трубки обычно устанавливаются под углом -.60 градусов-, который обеспечивает достаточный уклон, чтобы осадок мог скатиться вниз под действием силы тяжести, одновременно увеличивая при этом прогнозируемую площадь осаждения.

В зависимости от относительного направления потока воды и движения ила наклонные трубчатые отстойники делятся на три конфигурации:

Противоток-ток – доминирующая конфигурация.при очистке воды и сточных вод. Противоположные направления потока - вода поднимается, осадок падает - создают естественное разделение, которое максимизирует контакт между частицами и поверхностью осаждения, сохраняя при этом путь осветленных стоков коротким и прямым.

III. ПРОЕКТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ - ЧИСЛА, КОТОРЫЕ ОПРЕДЕЛЯЮТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

Следующие параметры составляют базовую спецификацию конструкции любого отстойника с наклонной трубкой. Значения за пределами этих диапазонов обычно указывают либо на слишком-расчетную площадь (растраченные впустую площади и капиталовложения), либо на недостаточно-расчетную модель (риск мутных стоков и засорения трубок).

Две ключевые формулыуправлять расчетами размеров:

Площадь поверхности:

A = Q_Макс / (0.91 · n · q) (m²)

где Q_Макс— максимальный расчетный расход, n — количество резервуаров, q — расчетная скорость загрузки поверхности. Коэффициент 0,91 учитывает уменьшение полезной площади из-за толщины стенки трубы и конструктивных элементов.

Время хранения:

t=(h₂ + h₃) × 60/q (мин)

где h₂ — глубина воды над зоной наклонных труб, h₃ — глубина воды внутри зоны наклонных труб (вертикальная высота труб), а q — поверхностная нагрузка. Расчеты шламовых бункеров производятся по той же методике, что и обычные отстойники.

Оперативное примечание:Во избежание короткого-замыкания наклонные трубки следует наклонять к впускному концу. Слив ила осуществляется самотеком, обычно один или два раза в день, при этом предусмотрены очистные сооружения для периодической промывки поверхностей труб.

IV. ПЯТЬ ПРЕИМУЩЕСТВ ПЕРЕД ОБЫЧНЫМИ ОТСАДНИКАМИ

1. Ламинарный поток обеспечивает более высокую нагрузку.Низкое число Рейнольдса внутри трубок (Re < 500, обычно ~ 50) подавляет турбулентность. Частицы оседают, не нарушаемые водоворотами. Это гидравлическая основа способности отстойника выдерживать примерно вдвое большую поверхностную нагрузку, чем обычный резервуар.

2. Сокращенное расстояние стабилизации сокращает время.В обычном резервуаре частица должна провалиться на всю глубину воды -, обычно 3–5 метров. В наклонной трубе максимальное расстояние стабилизации составляет диаметр трубы - 50 до 80 мм. Частица достигает поверхности осаждения на порядки быстрее.

3. Увеличенная площадь отстойника увеличивает производительность.Резервуар с физической площадью 100 м² может иметь эффективную площадь осаждения 1000 м² и более, в зависимости от геометрии трубы, наклона и длины. Увеличение площади является основной причиной того, что отстойник с наклонной трубкой превосходит открытый резервуар того же размера.

4. Высокая скорость удаления при малом времени удерживания.Сочетание ламинарного потока, короткого расстояния осаждения и большой эффективной площади означает, что отстойник обеспечивает удаление взвешенных частиц на 90 %+ при времени удерживания 30 минут или менее - по сравнению с 1,5–2,5 часами для обычного резервуара с горизонтальным-поточным потоком.

5. Небольшая занимаемая площадь.Все вышеперечисленные преимущества сходятся к одному практическому результату: танк занимает значительно меньше территории. Для предприятий, ограниченных границами участка - городских очистных сооружений, промышленных объектов с ограниченной площадью - это часто является решающим фактором.

V. ПРИМЕНЕНИЕ - НЕ ТОЛЬКО ДЛЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

Наклонные трубчатые отстойники являются одними из наиболее широко распространенных устройств очистки воды в коммунальном и промышленном строительстве. Область их применения включает:

Отстойники с наклонной трубкой подходят как дляновые установки и модернизация существующих традиционных отстойников. Добавление трубчатых модулей к существующему прямоугольному или круглому резервуару является одним из наиболее экономичных-эффективных вариантов повышения производительности - конструкция резервуара остается, но эффективная площадь осаждения увеличивается, часто удваивая гидравлическую пропускную способность без увеличения занимаемой площади.

VI. С НЕТЕРПЕНИЕМ ЖДУ

Отстойник с наклонной трубкой — это зрелая технология -, но она не статична. Достижения в области вычислительной гидродинамики позволяют более точно оптимизировать геометрию трубок с учетом конкретных характеристик сырой воды. Новые материалы - ПВХ, ПП и нержавеющая сталь - предлагают компромиссы- между стоимостью, химической стойкостью, структурной прочностью и сроком службы, которые не были доступны, когда были установлены первые бумажные и алюминиевые соты. А интеграция модулей наклонных труб с передовыми процессами, такими как MBBR, высокоэффективное осаждение-и флокуляция с балластом, продолжает расширять диапазон применений, в которых трубчатые отстойники обеспечивают решающее преимущество в производительности.

Основные принципы - малая глубина, ламинарный поток, увеличение площади - не изменились с тех пор, как они были впервые сформулированы. Что изменилось, так это точность, с которой их можно применять, и спектр проблем со сточными водами, которые они могут решить.