Modernizarea agitației aer-apă reduce costurile de curățare a instalației de sedimentare a tuburilor cu 20%: un studiu de caz la scară completă

O instalație de apă. O singură modernizare. Trei numere care contează.După adăugarea unui dispozitiv de agitare și golire aer-apă la un decantor cu tub înclinat care funcționa din 1998, instalația a înregistrat oScădere cu 20% a frecvenței de golire, a Reducere cu 12% a costurilor de curățare chimică, și aScăderea cu 15% a forței de muncă. Mai important, modernizarea a rezolvat o problemă persistentă de vară care provocase plângeri de calitate a apei de ani de zile: viermi roșii și larve de chironomide care se reproduc în buzunare de nămol stagnante. Dacă instalatorul dvs. de tuburi are evacuare a nămolului din țevi perforate care necesită desfundare constantă, acest studiu de caz este pentru dvs.

Problema

Când Sludge refuză să plece

Decantorul cu tub înclinat de la această instalație de apă a fost construit în 1998 și se află în interiorul unei zone de protecție a apei de primă calitate. Apa brută - apa de suprafață a rezervorului - se caracterizează prin turbiditate scăzută și conținut ridicat de alge. În timp ce decantorul cu tub în sine oferă o eficiență ridicată de sedimentare într-o amprentă compactă, locația sa aproape de stația de pompare a apei brute înseamnă că amestecarea chimică este în mod inerent neuniformă. Provocarea tratamentului se înrăutățește vara, când volumul de alimentare cu apă fluctuează brusc și numărul de alge crește.

La fel ca majoritatea decantoarelor cu tuburi înclinate construite în acea epocă, sistemul de evacuare a nămolului se bazaconducte perforate. Mecanismul este simplu: presiunea statică a apei de la nivelul apei din rezervorul de reacție-sedimentare stoarce nămolul spre perforații, iar acțiunea sifonului gravitațional trage amestecul de nămol-apă din rezervor. Fara pompe. Fara piese in miscare. Dar există o captură:orificiile se înfundă. Și odată ce se înfundă, se acumulează nămol. Și odată ce nămolul se acumulează, lucrurile încep să trăiască în el.

Echipa de teren de la această uzină a observat exact acest lanț de evenimente în fiecare vară: orificii de conducte perforate înfundate → evacuare incompletă a nămolului → straturi de nămol stagnante → teren de reproducere pentru viermi roșii și larve de chironomide → anomalii de calitate a apei. Metoda de curățare existentă - înmuierea chimică combinată cu jet de apă la presiune înaltă - a funcționat, dar cu un cost. Când intervalul de golire a depășit 20 de zile vara sau 30 de zile iarna, mușchiul a crescut pe suprafețele tuburilor și pe pereții rezervorului, necesitând timpi de spălare semnificativ mai lungi. Între apa irosită, substanțele chimice consumate și orele de om arse, costurile de funcționare ale centralei au continuat să crească.

Analiza cauzei fundamentale

Echipa de ingineri a identificat patru mecanisme distincte din spatele problemei de colmatare. Două sunt operaționale, două sunt constrângeri de proiectare fizică. Toate cele patru contribuie la același rezultat final:punând- o condiție în care particulele de nisip din apropierea orificiilor, în condiții de conținut foarte scăzut de umiditate și interacțiune reciprocă a particulelor, se compactează într-o masă solidă pe care presiunea statică a apei nu o poate rupe.

Cauzele #1 și #2 sunt operaționale - pot fi abordate printr-un management mai bun al nămolului. Cauzele #3 și #4 sunt incluse în designul fizic și alegerea materialului. Modernizarea trebuia să le abordeze pe toate cele patru simultan.

Soluția de modernizare: Agitarea aer-apă

Principiul: aerul comprimat se întâlnește cu apa

Conceptul de bază este elegant și simplu. Țevile perforate sunt așezate pe fundul rezervorului și conectate la o suflantă externă. Aerul comprimat injectat prin orificii se ciocnește cu moleculele de apă, creând turbulențe de mare viteză în interiorul rezervorului. Aceasta face trei lucruri simultan:

1. Agitație.Ciocnirea aer-apă sparge stratul de nămol compactat - „punte” pe care presiunea statică a apei nu o poate depăși. Solidele decantate sunt resuspendate și omogenizate cu apă, apoi evacuate sub formă de suspensie curgătoare.

2. Oxigenarea.Oxigenul antrenat în aerul comprimat intră în contact intim cu apa, oferind capacitate oxidativă. Acest lucru este deosebit de valoros atunci când se tratează materie organică din nămolul decantat și creează un mediu ostil organismelor anaerobe.

3. Mediul de contact.Turbulența favorizează contactul dintre substanțele organice, anorganice și oxigenul dizolvat, favorizând descompunerea oxidativă a materialului organic acumulat - însăși substanța care hrănește viermii roșii și larvele chironomide.

Pe scurt: dispozitivul nu doar mută nămolul - face zona de nămol activ ostilă organismelor care provoacă plângeri de calitate a apei. Acest mecanism dublu (înlăturare fizică + suprimare biologică) este ceea ce face ca modernizarea să fie mai eficientă decât simpla adăugare a mai multor substanțe chimice sau scurtarea ciclului de curățare.

Proiectare inginerească

3.1 Aspectul conductei de aer și selecția materialului

Decantorul de tub funcționează pe un model de curgere ascendent: apa brută dozată cu coagulant intră în zona de distribuție printr-o placă de rectificare, curge în sus prin tuburile înclinate (unde solidele se separă rapid) și iese ca apă limpezită prin jgheabul de colectare din partea superioară. Solidele sedimentate alunecă pe pereții tubului de 60 de grade în zona de acumulare a nămolului. Conductele de nămol perforate existente se află în partea de jos a acestei zone.

Modernizarea adaugă o buclă de țevi de aerare perforate așezate adiacent țevilor de nămol existente. Au fost evaluate două materiale pentru conductele de aerare:

3.1 Calculul diametrului conductei: Metoda GOLAN Slug-Flow

Diametrul țevii a fost calculat utilizând metoda GOLAN delimitare a modelului de curgere, așa cum a recomandat Gu Xiaojuan pentru proiectarea diametrului de ridicare. GOLAN clasifică tiparele de flux aer-lift în patru regimuri:curgerea melcului, curgerea cu bule, fluxul în bloc și fluxul inelar. Dintre acestea, fluxul de nămol oferă cea mai mare eficiență de transport cu aer - este regimul țintă pentru proiectarea sistemului de evacuare a nămolului.

Diametrul conductei este derivat din ecuația limită slug-flow. Viteza superficială a aerului comprimat (V_g) și viteza superficială a lichidului ridicat (V_l) sunt calculate folosind ecuațiile (1) până la (4), urmate de valorile corectate V_g* și V_l* dupa compresie:

Pe baza debitului real al lichidului ridicat și a volumului de admisie a aerului, a fost calculat intervalul de diametru al conductei de ridicare. Selecția finală:DN110 mmşiDN50 mmconducte, conectate printr-un cuplaj reductor pentru a crește diferența de presiune în sistem. Numărul de orificii a fost derivat din volumul aerului, viteza aerului și aria secțiunii transversale a orificiului pentru a calcula orificiile pe metru de țeavă.

3.2 Optimizarea evacuării nămolului aer-apă

Alimentarea cu aer provine de la o suflantă Roots - două unități, una de serviciu și una de așteptare. Conducta se desfășoară de-a lungul peretelui decantorului, se împarte deasupra coridorului rezervorului de floculare în două ramuri și se extinde până la fundul rezervorului într-un aranjament de buclă. Conducta principală este DN110 mm care transportă aer comprimat la0.16 MPa. O conductă auxiliară DN50 mm cu găuri de aerisire uniform distanțate este așezată lângă conducta de nămol originală. Ciclul de agitare începe când nivelul apei este redus la0,2 m sub jgheabul de colectare.

O variabilă critică de proiectare estediametrul orificiului. Literatura de cercetare arată că performanța de evacuare a nămolului prin conducta perforată este guvernată de diametrul orificiului, debitul de aer și raportul de scufundare. Cantitatea de evacuare a nămolului și eficiența sunt corelate pozitiv cu diametrul orificiului și raportul de scufundare. Cu toate acestea, există un compromis: orificiile mai mari măresc debitul total, darreduce uniformitatea descărcării, deoarece rezistența la frecare crește odată cu distanța de la coloană - orificiile apropiate de descărcarea cilindrului cresc mai mult, orificiile aflate la distanță de descărcare mai puțin, iar acumularea de nămol este neuniformă.

Echipa de proiect a efectuat un test pe teren comparând trei diametre a orificiilor. Rezultatele au stabilit proiectarea:

Constatarea contra-intuitivă:orificiile mai mici produc o evacuare mai uniformă a nămolului. Motivul este că raportul de suprafață deschisă variază în funcție de diametrul orificiului, iar uniformitatea de descărcare a nămolului este corelată negativ cu aceasta. Orificiile mai mari înseamnă un raport mai mare de suprafață deschisă, ceea ce înseamnă că gradientul de presiune de-a lungul țevii este mai abrupt, ceea ce înseamnă orificii în apropierea canalului de ridicare a fluxului. Orificiile de 3 mm forțează o distribuție mai uniformă a aerului în toate pozițiile.

Parametri finali de instalare după optimizare:

Control PLC și automatizare

3.3 Secvență de golire automată

Modernizarea include un sistem de control automat bazat pe PLC care elimină dependența de operator. Secvența programată rulează după cum urmează:

Pasul 1:Declanșează cronometrul ciclului de golire →Pasul 2:Pornește suflatorul de rădăcini →Pasul 3:Suflantul presurizează conducta, creează vid →Pasul 4:Electrovalva se deschide →Pasul 5:Se formează vid în conducta de refulare a aerului →Pasul 6:Aerul este evacuat prin orificii →Pasul 7:Amestecul apă-nămol este agitat și omogenizat →Pasul 8:Încasări de golire →Pasul 9:Golire completă, traseul vidului întrerupt →Pasul 10:Sistemul avansează la rezervorul următor în secvență

Sistemul gestionează10 seturi de dispozitive de evacuare a nămolului. Fiecare supapă de evacuare a nămolului este controlată de o supapă solenoidală cu două poziții, cu patru căi, utilizând o metodă de control cu ​​o unitate de antrenare și două. Timpul de descărcare per supapă este setat la120 de secunde, cu o întârziere de 1 secundă între valvele din același grup și o întârziere de 10 secunde între grupuri. Supapele sunt fabricate dinotel inoxidabil 304pentru a rezista mediului coroziv de instalare în aer liber.

Deoarece cele două laturi ale decantatorului pot fi golite doar separat (o limitare a designului original din 1998), deasupra decantorului a fost instalată o supapă electrică fluture DN10 mm pentru a împărți conducta de evacuare a aerului în două ramuri printr-un T reducător. Circuitul de control al supapei electromagnetice este prezentat în Figura 2.

Funcții de siguranță și alarmă

Programul PLC include caracteristici de siguranță a producției dezvoltate din experiența operațională a fabricii:

Regimul de întreținere

Uzina a stabilit un program de întreținere pe două niveluri:

Inspecție zilnică de rutină:Verificați dacă debitul de aer și presiunea respectă cerințele procesului. Mergeți pe conducte pentru scurgeri audibile. Verificați temperatura de funcționare a suflantei.

Inspecție periodică:Plan detaliat de întreținere pentru sistemul de alimentare cu aer, conducte și supape. Analizați cauzele istorice ale erorilor și reintroduceți lecțiile învățate în procedurile de operare. Organizați instruire tehnică pentru personalul relevant. Efectuați verificări la fața locului neanunțate asupra uniformității deversării nămolului.

Rezultate și rentabilitatea investiției

După o perioadă de funcționare completă după modernizare, instalația a înregistrat trei îmbunătățiri cuantificate:

Dincolo de cifre, modernizarea și-a atins obiectivul operațional principal:au fost eliminate anomaliile calității apei de vară cauzate de viermi roșii și larvele chironomide. Mecanismul de agitare și oxigenare aer-apă a suprimat micro-mediul anaerob în care se reproduc aceste organisme. De asemenea, instalația a raportat încărcare mai mică la suprafață pe decantor (nămolul nu se mai acumula între cicluri) și consum redus de apă pentru operațiunile de curățare.

Au fost identificate îmbunătățiri de la pasul următor

Echipa de proiect nu s-a oprit la modernizare. În timpul analizei post-retrofit, au fost identificate două domenii de îmbunătățire:

1. Geometria buncărului inferior.Buncărul existent din beton armat ar putea fi modernizat la panouri prefabricate de terrazzo, lustruite mecanic pentru a crește unghiul de frecare de alunecare și unghiul de pantă. Când forța gravitațională de alunecare depășește rezistența la curgere, nămolul acumulat alunecă lin în buncărul principal de nămol, fără nicio asistență mecanică. Acest lucru ar reduce și mai mult dependența de sistemul de agitare a aerului și ar permite o funcționare mai puțin frecventă.

2. Monitorizare online.Instalarea contoarelor de nivel cu ultrasunete și a contoarelor de concentrație a nămolului de-a lungul căii de curgere a echipamentului ar furniza date în timp real (concentrația nămolului, nivelul apei) către stația de monitorizare. PLC-ul ar putea apoi să ajusteze dinamic parametrii de funcționare - volumul de evacuare a nămolului, intervalul de spălare în contra și durata de agitare - pe baza condițiilor reale, mai degrabă decât a programelor fixe. Aceasta trece de la întreținerea bazată pe timp la întreținerea bazată pe stare, standardul de aur pentru stațiile de tratare automate.

Ce înseamnă asta pentru planta ta

Acest studiu de caz demonstrează că tehnologia de agitare și golire aer-apă nu este un concept teoretic - este o modernizare dovedită cu rambursare cuantificată pe mai multe dimensiuni: operațional (mai puține cicluri de curățare), chimică (consum mai mic) și forță de muncă (intervenție manuală mai mică). Aceeași abordare poate fi aplicată decantoarelor cu tuburi înclinate în procesarea chimică, ape uzate farmaceutice, alimente și băuturi și aplicații de protecție a mediului.

Întrebarea este dacă sistemul dvs. de evacuare a nămolului al decantorului cu tub funcționează așa cum este proiectat. Dacă vă confruntați cu oricare dintre următoarele:

•Reducerea nămolului necesită intervenție manuală
•Deteriorarea sezonieră a calității apei legată de acumularea de nămol
•Viermi roșii sau larve de chironomid în apa așezată în lunile calde
•Orificii de conducte perforate care necesită desfundare frecventă
•Creșterea consumului de substanțe chimice pentru ciclurile de curățare

...atunci merită evaluată modernizarea agitației aer-apă pentru instalația dumneavoastră. Ingineria este matură, rambursarea este documentată, iar modernizarea se instalează fără a modifica structura rezervorului existent.