Проектирование водораспределения трубчатого отстойника и сброса осадка: Практическое инженерное руководство для отстойников

Если вы проектируете новый отстойник с трубчатым отстойником или устраняете неисправности неэффективного отстойника, два фактора будут определять ваши результаты больше, чем любые другие:распределение воды на входеислив осадка со дна. Неправильный выбор любого из них приведет к немедленным - коротким-контурам, неравномерному осаждению, накоплению осадка и качеству сточных вод, которое не соответствует стандартам сброса, независимо от того, насколько-качество вашей трубки. В этом руководстве рассматриваются ключевые принципы проектирования и методы расчета для обеих систем, используя реальный инженерный пример для применения цифр на практике.

Почему трубчатые отстойники обеспечивают исключительную эффективность

Трубчатые отстойники предлагают один из наиболее экономичных-эффективных методов увеличения производительности очистки существующего отстойника. Основной принцип элегантно прост: эффективная площадь осаждения полностью не зависит от площади дна резервуара -, вместо этого она зависит отобщая площадь наклонных трубчатых модулей в горизонтальной проекции. Это означает, что вы можете значительно увеличить производительность осаждения, не увеличивая площадь резервуара.

При установке труб под углом 60 градусов каждый кубический метр объема труб обеспечивает примерноот 11 до 15 м²эффективной площади расселения. Это переводится как доВ 8-10 раз больше площади полатанка. Расстояние осаждения внутри каждого канала трубки составляет всего несколько сантиметров - по сравнению с несколькими метрами в обычном отстойнике -, что означает, что частицы достигают поверхности сбора гораздо быстрее.

Не менее важен гидравлический режим внутри труб. Условия ламинарного потока, при которых числа Рейнольдса обычно остаются ниже 500, позволяют снизить скорость гидравлической нагрузки на единицу эффективной площади осаждения.значительно выше, чем при обычном седиментировании. Но это теоретическое преимущество преобразуется в реальную-производительность только в том случае, если гидравлика спроектирована правильно -, в частности, когда поток распределяется равномерно по всему поперечному сечению трубчатого отстойника-и ил удаляется полностью и вовремя.

Проектирование водораспределения - Обеспечение правильного потока

Цели проектирования воздухозаборника

Впускная система трубчатого отстойника выполняет две важные функции, которые напрямую определяют общую производительность. Во-первых, оно должнорассеивать кинетическую энергиювходящего потока -, если турбулентность проникает в зону осаждения, она нарушает слой осевшего ила, повторно-взвешивает частицы и разрушает все, для чего предназначены трубы. Во-вторых, он должен распределять поток как можно более равномерно по всей площади сечения-трубных модулей. Неравномерное распределение создает локализованные зоны с высокой-скоростью, в которых твердые частицы переносятся по трубам, прежде чем они успеют оседать.

Общие конфигурации впуска, используемые на практике, включают:перфорированные перегородкис равномерно расположенными отверстиями (наиболее широко используемый и надежный вариант для прямоугольных резервуаров), погружными впускными трубами с несколькими распределительными отверстиями, нижними-входными распределительными патрубками с обращенными вверх-портами и впускными каналами с водосливами с V-образными пазами. Выбор зависит от геометрии резервуара, скорости потока и ограничений по пространству, но перфорированная перегородка является отправной точкой по умолчанию для большинства муниципальных проектов.

Ключевые параметры конструкции

Единственным наиболее важным гидравлическим показателем для входных отверстий трубчатых отстойников являетсяскорость подхода- скорость восходящего потока при попадании воды в нижнюю поверхность трубных модулей. Для большинства муниципальных применений, очищающих поверхностные воды или вторичные сточные воды, скорости приближаются кот 5 до 15 мм/собеспечить оптимальную производительность. Скорость ниже 5 мм/с может привести к осаждению осадка внутри самой зоны распределения, создавая мертвые зоны, которые уменьшают эффективный объем. Скорость выше 20 мм/с может привести к нарушению слоя ила и переносу частиц хлопьев в каналы труб до того, как они успеют оседать.

Конструкция перегородки для рассеивания энергии

Установлена ​​единственная перегородкаот 0,8 до 1,5 мот входной стенки, с равномерно распределенными отверстиями (обычноДиаметр от 50 до 100 ммвРасстояние от 200 до 400 мм), обеспечивает эффективное рассеивание энергии на входе для большинства прямоугольных резервуаров. Расчетная скорость отверстия должна быть целевойот 0,15 до 0,25 м/спри среднесуточном потоке - достаточно быстро, чтобы не оседать в отверстиях, и достаточно медленно, чтобы избежать струи. Общая открытая площадь всех отверстий вместе взятых должна составлятьот 15 до 25%площади перегородки. Важная деталь, которую часто упускают из виду: предоставьтеЗазор от 200 до 300 ммв нижней части перегородки для прохождения осадка. Без этого зазора за перегородкой скапливается ил, уменьшая активный объем и в конечном итоге создавая анаэробные условия.

Требования к однородности распределения

Хорошо спроектированная впускная система-должна обеспечивать равномерность распределения потока не менееот 85 до 90%, что означает, что расход на единицу площади варьируется менее чем на 10–15 % от среднего значения по поперечному сечению-резервуара. К наиболее частым причинам плохого распределения относятся: расположение впускного отверстия слишком близко к модулям трубок (зазор менее 0,5 м), недостаточная открытая площадь перегородки (менее 10 % площади стены) и асимметричная геометрия резервуара, которая не учитывается при выборе отдельных портов. Прямоугольные резервуары с односторонним входным отверстием особенно уязвимы для последнего - порты, ближайшие к входному отверстию, получают непропорционально больший поток, если они не имеют индивидуального размера.

Конструкция сброса осадка - Не допускайте скопления твердых частиц

Почему важен сброс осадка

Эффективное удаление осадка из трубчатого отстойника так же важно, как и правильное распределение на входе -, и, возможно, об этом чаще всего упускают из виду. Когда ил накапливается бесконтрольно, это вызывает каскад проблем: эффективный объем осаждения сокращается, развиваются анаэробные зоны и выделяются газы, которые могут вызватьфлотация осадка(поднимая осевшие твердые частицы обратно во взвешенное состояние), и если слой ила поднимается достаточно высоко, он может физически засорить нижние отверстия трубных модулей. Если это произойдет, единственным решением будет слить воду из резервуара и выполнить ручную очистку - — дорогостоящий и трудоемкий процесс. Хорошо спроектированная-система сбора и удаления осадка должна удалять осевшие твердые частицы либо непрерывно, либо через частые короткие промежутки времени.

Геометрия шламового бункера

В большинстве трубчатых отстойников используется одна из двух конфигураций сбора осадка. Первое использованиенесколько конических или пирамидальных бункеров, обычно глубиной от 1,0 до 1,5 м с боковыми уклонами не менее 60 градусов - этот угол имеет решающее значение для обеспечения надежного соскальзывания ила ко дну бункера, а не прилипания к стенкам. Вторая конфигурация используетплоское или пологое дно с механическим скребком для илаи центральный сборный лоток. Для резервуаров с бункерным-нижним дном осадок должен пройти горизонтальное расстояние по полу, чтобы достичь бункера, должно быть сведено к минимуму - в идеале менееот 3 до 4 метров. Более длинные расстояния перемещения позволяют твердым частицам уплотняться и прилипать к полу, что противоречит цели конструкции бункера.

Выбор конфигурации зависит от формы резервуара: в круглых резервуарах обычно используется вращающийся скребок с периферийным сбором осадка, в прямоугольных резервуарах используются либо несколько бункеров, расположенных по длине, либо скребок с передвижным мостом. Подход с несколькими-бункерами более распространен для небольших прямоугольных резервуаров, поскольку он не имеет движущихся частей и требует меньшего обслуживания.

Клапаны и трубопроводы для слива шлама

Трубопровод для отвода ила должен иметь минимальный диаметр150 ммпротивостоять засорению. Уклон трубы должен быть не менее2% к точке разгрузки. Тип клапана имеет решающее значение: всегда используйтеполнопроходные-клапанынапример, задвижки, пробки или пережимные клапаны. Никогда не используйте запорные или дроссельные клапаны при работе с илом -, они создают внутренние ограничения потока, которые задерживают твердые частицы и легко засоряются. Настоятельно рекомендуется использовать автоматические клапаны (пневматические или электрические) с таймером-прерывистой разгрузки, а не ручные клапаны. Удаление осадка вручную зависит от усердия оператора, которое варьируется от смены к смене, а непостоянная выгрузка является одной из основных причин проблем с накоплением осадка.

Рекомендации по эксплуатации для стабильных результатов

Сброс ила на основеобычный график таймераа не ручное суждение последовательно дает наилучшие результаты. Начните с коротких и частых интервалов разрядки -, например:15–30 секунд каждые 15–30 минут- и отрегулируйте его на основе измеренной концентрации ила. Целевая концентрация осадкаот 1 до 3% твердых веществв выходящем потоке; концентрации ниже 1% говорят о том, что вы тратите слишком много воды (открываете клапаны слишком часто или слишком долго), тогда как концентрации выше 3% указывают на недостаточную частоту сбросов.

Ежедневно контролируйте уровень слоя ила с помощью портативного детектора слоя ила. Целевой уровень покрытия должен быть0,3–0,5 м ниже нижней части трубчатых модулей.. Если одеяло поднимается ближе, чем на 0,3 м, увеличьте частоту или продолжительность разрядов. Если она падает намного ниже 0,5 м и концентрация сброса низкая, вы, вероятно, тратите очищенную воду впустую.

Рабочий пример - 10, 000 м³/сутки трубчатого отстойника

Чтобы применить принципы проектирования на практике, вот полный рабочий пример резервуара-отстойника с прямоугольными трубами для очистки.10,000 m³/dгородских сточных вод.

Входные данные проектирования

Расчеты конструкции входного отверстия

Скорость приближения рассчитывается как расход, разделенный на площадь плана трубчатого отстойника: 417 м³/ч, разделенный на (10 м x 5 м), равно8,34 м/ч или примерно 2,3 мм/с. Эта скорость вполне укладывается в рекомендуемый диапазон от 5 до 15 мм/с, хотя и немного ниже -, что означает, что при необходимости в будущем можно увеличить поток.

Для перегородки: площадь стены составляет 6 м в ширину и 4,5 м в глубину =27 m². При коэффициенте открытой площади 20% требуемая открытая площадь составляет5.4 m². При использовании отверстий диаметром 75 мм (площадь каждого отверстия=0.0044 м²) необходимое количество отверстий составляет 5,4, разделенное на 0,0044, что примерно равно1220 лунок. При распределении на площади 6 х 4,5 м это дает примерноРасстояние 150 мм х 150 мммежду отверстиями.

Скорость отверстия при среднем расходе равна 0,116 м³/с, разделенная на 5,4 м² =0,021 м/с (приблизительно 0,02 м/с). Это существенно ниже рекомендованного целевого значения 0,15 м/с, что означает, что размеры отверстий слишком велики для скорости потока. Чтобы исправить это, рассмотрите возможность уменьшения количества отверстий (примерно до 170 отверстий, что обеспечит скорость около 0,15 м/с) или уменьшения диаметра отверстий, чтобы увеличить скорость, сохраняя при этом равномерное распределение.

Конструкция шламового бункера

Предоставлятьчетыре бункера по длине резервуара- по одному каждые 3 метра - каждыйГлубина 1,2 м, боковые уклоны 60 градусов.для обеспечения надежного скольжения осадка. Каждый бункер должен быть оборудованПробковый клапан 150 мм с пневматическим приводомна таймере управления. Рекомендуемая последовательность действий – периодический слив20 секунд каждые 20 минут, последовательно вращая бункеры, так что в любой момент времени выгружается только один бункер. Это предотвращает гидравлический удар в системе, обеспечивая при этом постоянное удаление осадка.

Заключение

Распределение воды и сброс осадка — два наиболее игнорируемых аспекта конструкции трубчатого отстойника -, а также одни из наиболее распространенных причин низкой производительности в полевых условиях. Ключевые принципы проектирования просты и-обоснованы: равномерно распределяйте поток по всему сечению трубчатого отстойника-, ориентируйте скорость приближения от 5 до 15 мм/с, обеспечивайте от 15 до 25 % открытой площади перегородки для рассеивания энергии, удаляйте ил по надежному графику таймера с помощью полнопроходных-клапанов и поддерживайте уклоны труб более 2 %. Проверяйте работу с помощью регулярного мониторинга уровня слоя ила -, в идеале поддерживайте слой на расстоянии от 0,3 до 0,5 м ниже входных отверстий трубного модуля. Заводы, которые вкладывают инженерные усилия в правильное понимание этих основ, увидят всю выгоду от своих инвестиций в трубчатые отстойники: более высокую производительность очистки без увеличения площади, лучшее качество сточных вод, соответствующее ужесточающимся стандартам сброса, и значительно меньше эксплуатационных проблем.