Размер частиц в зависимости от эффективности отстойника с наклонной трубкой: моделирование CFD определяет порог 80 мкм

Вы знаете, что трубчатый отстойник удаляет взвешенные твердые частицы. Но знаете ли вы, какие размеры на самом деле удаляются -, а какие проскальзывают независимо от того, насколько хорошо спроектирован резервуар? Используя CFD-моделирование реального противоточного-трубного отстойника в провинции Аньхой, исследователи смоделировали поведение частиц изот 30 до 120 мкмв реальных условиях эксплуатации. Результатом является четкий порог: размер частиц ниже 80 мкм практически не имеет значения для удаления. Выше 80 мкм эффективность резко возрастает. Если ваш коагулянт не образует хлопьев выше этого порога, ваши наклонные трубки не обеспечивают того, за что вы заплатили.

ПОЧЕМУ CFD - И ПОЧЕМУ ЭТОТ ТАНК

Большинство исследований отстойников с наклонными трубками сосредоточены на схемах потока -, оптимизирующих размеры резервуара, уменьшении мертвых зон и сглаживании распределения скорости. Мало кто задавался вопросом, который имеет наибольшее значение для качества сточных вод:учитывая конкретное распределение частиц по размерам, что на самом деле удаляется?Поскольку частицы разного диаметра имеют разную скорость осаждения, распределение частиц по размерам поступающих взвешенных веществ напрямую влияет на эффективность седиментации, которую может достичь резервуар.

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи использовалистандартная модель турбулентности k-ε(для поля течения) в сочетании сМногофазная модель смеси(для двухфазного режима твердой и жидкой-фазы) - комбинация, хорошо-подходящая для моделирования турбулентного потока,-нагруженного частицами, внутри работающего трубчатого отстойника.

В качестве тестового примера использовался реальный противоточный-отстойник с наклонными трубами на гидротехнической станции в провинции Аньхой со следующей конструкцией и рабочими параметрами:

РЕЗУЛЬТАТ 1: ГДЕ КОНЦЕНТРИРУЮТСЯ ЧАСТИЦЫ - И ПОЧЕМУ ЭТО ВАЖНО

Были смоделированы пять диаметров частиц:30, 50, 80, 100 и 120 мкм. Для каждого из них вертикальное распределение взвешенных веществ исследовалось путем построения графика средней объемной доли на поперечных сечениях - на разной высоте (рис. 2).

Из профилей концентрации выявляются три закономерности:

1. Все размеры частиц следуют одной и той же общей тенденции.Общая форма кривой концентрации-зависимости-высоты одинакова независимо от диаметра. Физика резервуара -, четырехзонная структура-, путь потока, структура турбулентности - налагают общий профиль концентрации.

2. На входе в трубу (высота ~1,5 м) концентрация более крупных частиц резко возрастает.Это переходная зона, где поток поступает в наклонные трубы. Турбулентность и перемешивание создают область высокой-концентрации, которая способствует контакту частиц и флокуляции -, что положительно влияет на разделение твердой и жидкой фаз. Чем крупнее частицы, попадающие в эту зону, тем более выражен скачок концентрации.

3. На дне резервуара и в поперечном сечении сточных вод-результат зависит от размера частиц.Вблизи зоны осадка средняя объемная доля увеличивается с увеличением размера частиц -, более крупные частицы оседают и накапливаются там, где им следует. На сечении сточных вод-средняя объемная доляуменьшаетсяпо мере увеличения размера частиц - вылетает меньше крупных частиц. Соотношение однозначное:более крупные частицы → больше оседают → более чистые сточные воды.

РЕЗУЛЬТАТ 2: ПОРОГ 80 мкм

Эффективность удаления η определяется как:

где С_{входное отверстие}- концентрация входящей СС (кг/м³) и C_выход– концентрация СВ в стоках (кг/м³).

На рисунке 3 показана зависимость между эффективностью удаления и диаметром частиц при данных условиях притока (295 мг/л SS, плотность 1050 кг/м³, вязкость 0,02001 Па·с). Кривая не является линейной -, у нее есть отчетливый перегиб.

Данные показывают два режима:

Причина в гидравлике: частицы размером менее 80 мкм имеют достаточно низкую скорость осаждения, поэтому восходящий поток в трубках может их вынести, независимо от того, насколько хорошо спроектирован резервуар. При толщине выше 80 мкм скорость осаждения значительно превосходит скорость восходящего движения, и удаление становится эффективным. Порог 80 мкм специфичен для геометрии этого резервуара и условий эксплуатации (диаметр трубки 40 мм, наклон 60 градусов, скорость на входе 0,1 м/с) -, но этот принцип применим в широком смысле:каждый трубчатый отстойник имеет критический размер частиц, ниже которого удаление становится плохим, и этот размер определяется скоростью движения вверх в трубках..

ЧТО ЭТО ЗНАЧИТ ДЛЯ ВАШЕГО ЗАВОДА

1. Дозировка коагулянта имеет целевое значение и составляет 80 мкм.Целью коагуляции и флокуляции -, помимо нейтрализации заряда и связывания частиц -, является выращивание хлопьев сверх критического размера, при котором трубчатый отстойник может их захватить. Тестирование в банке должно подтвердить, что образовавшиеся хлопья превышают пороговый диаметр для вашей конкретной геометрии резервуара.

2. Если сточные воды мутные, а размер хлопьев ниже порогового значения, проблема не в трубках -, а в стадии флокуляции.Добавление большего количества трубок или уменьшение скорости подъема поможет незначительно. Но настоящее решение проблемы находится на начальном этапе: улучшение флокуляции для производства более крупных и плотных частиц, которые могут улавливать существующие трубки.

3. Критический размер зависит от резервуара-.Это моделирование выявило 80 мкм для трубки диаметром 40 мм при угле 60 градусов и скорости на входе 0,1 м/с. Меньший диаметр трубки, более плоский угол или меньшая скорость вверх сместят порог вниз -, что означает, что более мелкие частицы станут удаляемыми. Вот почему геометрия трубы и гидравлическая нагрузка — это не просто расчетные параметры; они напрямую устанавливают минимальный размер частиц, с которым может справиться ваш отстойник.

4. CFD-моделирование — это практический инструмент проектирования, а не академическое упражнение.Использованная здесь комбинация моделей k-ε + Смесь позволяет предсказать для любой геометрии резервуара и условий эксплуатации кривую зависимости размера частиц от эффективности удаления. Перед строительством или модернизацией моделирование может ответить на вопрос, на который эмпирические правила проектирования не могут ответить:удалит ли этот резервуар частицы из сырой воды?