به هم زدن هوا و آب هزینه های تمیز کردن لوله را تا 20 درصد کاهش می دهد: یک مطالعه موردی در مقیاس کامل

یک آب ساز. یک مقاوم سازی سه عدد مهمپس از افزودن یک دستگاه همزن و تخلیه هوا به آب به یک ته نشین کننده لوله شیبدار که از سال 1998 کار می کرد، کارخانه یککاهش 20 درصدی در فرکانس تخلیه, a کاهش 12 درصدی هزینه های پاکسازی شیمیایی، و الفکاهش 15 درصدی نیروی کار. مهمتر از آن، مقاوم‌سازی یک مشکل پایدار تابستانی را که سال‌ها باعث شکایت از کیفیت آب می‌شد، حل کرد: کرم‌های قرمز و لاروهای کایرونومید که در پاکت‌های لجن راکد پرورش می‌یابند. اگر ته نشین کننده لوله شما دارای تخلیه لجن لوله سوراخ دار است که نیاز به رفع گرفتگی مداوم دارد، این مطالعه موردی برای شما مناسب است.

مشکل

وقتی لجن از خروج امتناع می کند

ته نشین کننده لوله شیبدار در این آبرسانی در سال 1998 ساخته شد و در یک منطقه حفاظت از آب منبع درجه یک قرار دارد. آب خام - آب سطحی مخزن - با کدورت کم و محتوای جلبک بالا مشخص می شود. در حالی که خود ته نشین کننده لوله کارایی ته نشینی بالایی را در یک ردپای فشرده ارائه می دهد، مکان آن نزدیک به ایستگاه پمپ آب خام به این معنی است که اختلاط شیمیایی ذاتاً ناهموار است. چالش درمان در تابستان بدتر می شود، زمانی که حجم آب به شدت نوسان می کند و تعداد جلبک ها افزایش می یابد.

سیستم تخلیه لجن مانند اکثر ته نشینان لوله متمایل ساخته شده در آن دوران برلوله های سوراخ دار. مکانیسم ساده است: فشار استاتیک آب از سطح آب در مخزن واکنش-رسوب، لجن را به سمت سوراخ ها فشرده می کند و عمل سیفون گرانشی، مخلوط لجن و آب را از مخزن بیرون می کشد. بدون پمپ بدون قطعات متحرک اما یک نکته وجود دارد:دهانه ها مسدود می شوند. و هنگامی که آنها مسدود می شوند، لجن جمع می شود. و هنگامی که لجن جمع می شود، همه چیز در آن زندگی می کند.

تیم صحرایی در این کارخانه دقیقاً این زنجیره از رویدادها را هر تابستان مشاهده می‌کردند: سوراخ‌های سوراخ‌شده لوله مسدود شده ← تخلیه ناقص لجن ← لایه‌های لجن راکد ← محل پرورش کرم‌های قرمز و لاروهای کیرونومید ← ناهنجاری‌های کیفیت آب. روش تمیز کردن موجود - خیساندن شیمیایی همراه با جت آب با فشار بالا - جواب داد، اما با هزینه. هنگامی که فاصله تخلیه از 20 روز در تابستان یا 30 روز در زمستان بیشتر شد، خزه روی سطوح لوله و دیواره‌های مخزن رشد می‌کرد که به زمان شستشوی قابل توجهی طولانی‌تر نیاز داشت. بین آب هدر رفته، مواد شیمیایی مصرف شده و ساعت‌های انسانی سوزانده شده، هزینه‌های عملیاتی کارخانه همچنان بالا می‌رود.

تجزیه و تحلیل علت ریشه ای

تیم مهندسی چهار مکانیسم متمایز پشت مشکل گرفتگی را شناسایی کردند. دو مورد عملیاتی هستند، دو مورد محدودیت طراحی فیزیکی هستند. هر چهار به یک نتیجه نهایی کمک می کنند:پل زدن- شرایطی که در آن ذرات شن و ماسه در نزدیکی روزنه ها، تحت رطوبت بسیار کم و برهمکنش ذرات متقابل، به صورت توده جامدی فشرده می شوند که فشار استاتیک آب نمی تواند شکسته شود.

علل #1 و #2 عملیاتی هستند - می توان آنها را از طریق مدیریت بهتر لجن برطرف کرد. علل شماره 3 و 4 در طراحی فیزیکی و انتخاب مواد پخته شده است. مقاوم سازی نیاز به رسیدگی به هر چهار به طور همزمان داشت.

راه حل مقاوم سازی: هم زدن هوا-آب

اصل: هوای فشرده با آب ملاقات می کند

مفهوم اصلی به زیبایی ساده است. لوله های سوراخ شده در کف مخزن گذاشته شده و به یک دمنده خارجی متصل می شوند. هوای فشرده تزریق شده از طریق روزنه ها با مولکول های آب برخورد می کند و تلاطمی با سرعت بالا در داخل مخزن ایجاد می کند. این سه کار را به طور همزمان انجام می دهد:

1. تحریک.برخورد هوا و آب، لایه لجن فشرده را می شکند - "پلی" که فشار ساکن آب نمی تواند بر آن غلبه کند. جامدات ته نشین شده مجدداً معلق می شوند و با آب همگن می شوند و سپس به صورت دوغاب قابل روان تخلیه می شوند.

2. اکسیژن رسانی.اکسیژن حباب شده در هوای فشرده در تماس نزدیک با آب قرار می گیرد و ظرفیت اکسیداتیو را فراهم می کند. این امر به ویژه هنگام تصفیه مواد آلی در لجن ته نشین شده ارزشمند است و محیطی خصمانه برای موجودات بی هوازی ایجاد می کند.

3. محیط تماس.تلاطم باعث افزایش تماس بین مواد آلی، معدنی و اکسیژن محلول می شود و به تجزیه اکسیداتیو مواد آلی انباشته شده کمک می کند - همان ماده ای که کرم های قرمز و لاروهای کیرونومید را تغذیه می کند.

به طور خلاصه: دستگاه فقط لجن را حرکت نمی دهد - منطقه لجن را به طور فعال با ارگانیسم هایی که باعث شکایت از کیفیت آب می شوند دشمنی می کند. این مکانیسم دوگانه (حذف فیزیکی + سرکوب بیولوژیکی) چیزی است که بهسازی را موثرتر از افزودن مواد شیمیایی بیشتر یا کوتاه کردن چرخه تمیز کردن می کند.

طراحی مهندسی

3.1 چیدمان خط لوله هوا و انتخاب مواد

ته نشین کننده لوله بر روی یک الگوی جریان رو به بالا عمل می کند: آب خام با دوز منعقد کننده از طریق یک صفحه یکسو کننده وارد ناحیه توزیع می شود، از طریق لوله های شیبدار (جایی که مواد جامد به سرعت جدا می شوند) به سمت بالا جریان می یابد و به عنوان آب شفاف از طریق ناودان جمع آوری در بالا خارج می شود. جامدات ته نشین شده از دیواره های لوله 60 درجه به داخل منطقه تجمع لجن می لغزند. لوله های لجن سوراخ دار موجود در پایین این ناحیه قرار دارند.

مقاوم سازی حلقه ای از لوله های هوادهی سوراخ شده را در مجاورت لوله های لجن موجود اضافه می کند. دو ماده برای لوله های هوادهی مورد ارزیابی قرار گرفت:

3.1 محاسبه قطر لوله: روش GOLAN Slug-Flow

قطر لوله با استفاده از روش مرزی الگوی جریان GOLAN، همانطور که توسط Gu Xiaojuan برای طراحی قطر رایزر توصیه شده است، محاسبه شد. GOLAN الگوهای جریان بالابر هوا را به چهار رژیم طبقه بندی می کند:جریان حلزونی، جریان حباب، جریان پلاگین و جریان حلقوی. در این میان، جریان راب بالاترین راندمان بالابر هوا را ارائه می دهد - این رژیم هدف برای طراحی سیستم تخلیه لجن است.

قطر لوله از معادله مرزی راب-جریان به دست می آید. سرعت سطحی هوای فشرده (V_g) و سرعت سطحی مایع بلند شده (V_l) با استفاده از معادلات (1) تا (4) و به دنبال آن مقادیر تصحیح شده V محاسبه می شوند_g* و V_l* پس از فشرده سازی:

بر اساس نرخ جریان واقعی مایع بلند شده و حجم ورودی هوا، محدوده قطر لوله رایزر محاسبه شد. انتخاب نهایی:DN110 میلی متروDN50 میلی مترلوله ها، توسط یک کوپلینگ کاهنده برای افزایش اختلاف فشار در سراسر سیستم متصل می شوند. تعداد روزنه ها از حجم هوا، سرعت هوا و سطح مقطع دهانه برای محاسبه روزنه ها در هر متر لوله به دست آمد.

3.2 بهینه سازی تخلیه لجن هوا-آب

تامین هوا از یک دمنده Roots تامین می شود - دو واحد، یکی وظیفه و دیگری آماده به کار. لوله کشی در امتداد دیوار ته نشینی اجرا می شود، بالای راهرو مخزن لخته سازی به دو شاخه تقسیم می شود و به صورت حلقه ای تا کف مخزن امتداد می یابد. لوله اصلی DN110 میلی متر است که هوای فشرده را حمل می کند0.16 MPa. یک لوله کمکی DN50 میلی متر با سوراخ های هوادهی با فاصله یکنواخت در کنار لوله اصلی لجن گذاشته شده است. چرخه هم زدن زمانی شروع می شود که سطح آب به پایین کشیده شود0.2 متر زیر محل جمع آوری.

یک متغیر طراحی حیاتی استقطر روزنه. ادبیات تحقیق نشان می دهد که عملکرد تخلیه لجن بالابر هوا با لوله سوراخ شده توسط قطر روزنه، سرعت جریان هوا و نسبت غوطه وری کنترل می شود. مقدار و کارایی تخلیه لجن با قطر روزنه و نسبت غوطه وری همبستگی مثبت دارد. با این حال، یک معاوضه وجود دارد: روزنه‌های بزرگ‌تر، توان کل را افزایش می‌دهند اماکاهش یکنواختی تخلیه، زیرا مقاومت اصطکاکی با فاصله از رایزر افزایش می یابد - روزنه های نزدیک به تخلیه رایزر بیشتر، روزنه های دور از تخلیه رایزر کمتر و تجمع لجن ناهموار است.

تیم پروژه یک آزمایش میدانی را با مقایسه سه قطر روزنه انجام داد. نتایج طرح را حل کرد:

یافته غیر شهودی:روزنه های کوچکتر تخلیه لجن یکنواخت تری تولید می کنند. دلیل آن این است که نسبت سطح باز با قطر روزنه تغییر می کند و یکنواختی تخلیه لجن با آن همبستگی منفی دارد. دهانه های بزرگتر به معنای نسبت سطح باز بزرگتر است، به این معنی که گرادیان فشار در امتداد لوله تندتر است، به این معنی که روزنه های نزدیک به بالابر جریان را کاهش می دهند. روزنه های 3 میلی متری باعث توزیع یکنواخت هوا در تمام موقعیت ها می شود.

پارامترهای نصب نهایی پس از بهینه سازی:

کنترل و اتوماسیون PLC

3.3 دنباله تخلیه خودکار

مقاوم سازی شامل یک سیستم کنترل خودکار مبتنی بر PLC است که وابستگی اپراتور را حذف می کند. دنباله برنامه ریزی شده به صورت زیر اجرا می شود:

مرحله 1:در حال تخلیه تایمر چرخه →مرحله 2:Roots Blower شروع می شود →مرحله 3:دمنده خط لوله را تحت فشار قرار می دهد، خلاء ایجاد می کند →مرحله 4:شیر برقی باز می شود →مرحله 5:وکیوم در لوله تخلیه هوا →مرحله 6:هوا از طریق روزنه ها تخلیه می شود →مرحله 7:مخلوط آب و لجن هم زده و همگن می شود →مرحله 8:تخلیه درآمد →مرحله 9:تخلیه کامل، مسیر خلاء شکسته →مرحله 10:سیستم به ترتیب به مخزن بعدی پیشرفت می کند

سیستم مدیریت می کند10 مجموعه دستگاه تخلیه لجن. هر شیر تخلیه لجن توسط یک شیر برقی چهار طرفه دو حالته با استفاده از روش کنترل یک درایو-دو کنترل می شود. زمان تخلیه هر دریچه بر روی تنظیم شده است120 ثانیه، با تاخیر 1 ثانیه ای بین شیرهای همان گروه و تاخیر 10 ثانیه ای بین گروه ها. دریچه ها ازفولاد ضد زنگ 304برای مقاومت در برابر محیط نصب خورنده در فضای باز.

از آنجایی که دو طرف ته نشین را فقط می توان به طور جداگانه خالی کرد (محدودیتی در طرح اصلی 1998)، یک شیر پروانه ای برقی DN10 میلی متری بالای ته نشین نصب شد تا لوله تخلیه هوا را از طریق یک سه راهی کاهش دهنده به دو شاخه تقسیم کند. مدار کنترل شیر برقی در شکل 2 نشان داده شده است.

ویژگی های ایمنی و زنگ هشدار

برنامه PLC شامل ویژگی های ایمنی تولید است که از تجربه عملیاتی کارخانه توسعه یافته است:

رژیم نگهداری

این کارخانه یک برنامه تعمیر و نگهداری دو لایه ایجاد کرد:

بازرسی معمول روزانه:بررسی کنید که جریان هوا و فشار با الزامات فرآیند مطابقت دارند. لوله کشی را برای نشت های قابل شنیدن پیاده کنید. دمای کارکرد دمنده را بررسی کنید.

بازرسی دوره ای:برنامه تعمیر و نگهداری دقیق برای سیستم تامین هوا، خطوط لوله و شیرها. علل خطای تاریخی را تجزیه و تحلیل کنید و درس های آموخته شده را به رویه های عملیاتی بازگردانید. سازماندهی آموزش فنی برای پرسنل مربوطه. انجام بررسی های نقطه ای اعلام نشده در مورد یکنواختی تخلیه لجن.

نتایج و بازگشت سرمایه

پس از یک دوره عملیاتی کامل پس از مقاوم سازی، کارخانه سه پیشرفت کمی را ثبت کرد:

فراتر از اعداد، مقاوم سازی به هدف عملیاتی اولیه خود دست یافت:ناهنجاری‌های کیفی آب تابستانی ناشی از کرم‌های قرمز و لارو کایرونومید حذف شدند. مکانیسم هم زدن و اکسیژن رسانی هوا-آب باعث سرکوب ریزمحیط بی هوازی که در آن این موجودات پرورش می یابند. این کارخانه همچنین بارگذاری سطحی کمتری را بر روی ته نشین کننده گزارش کرد (لجن دیگر بین چرخه ها جمع نمی شود) و کاهش مصرف آب برای عملیات تمیز کردن.

بهبودهای مرحله بعدی شناسایی شد

تیم پروژه در مقاوم سازی متوقف نشد. دو حوزه برای بهبود بیشتر در طول تجزیه و تحلیل پس از مقاوم سازی شناسایی شد:

1. هندسه قیف پایین.قیف بتن مسلح موجود را می توان به پانل های پیش ساخته ترازو ارتقا داد و به صورت مکانیکی صیقل داد تا زاویه اصطکاک لغزشی و زاویه شیب افزایش یابد. هنگامی که نیروی لغزشی گرانشی از مقاومت جریان فراتر رود، لجن انباشته شده به آرامی و بدون هیچ گونه کمک مکانیکی به داخل قیف اصلی لجن می لغزد. این امر باعث کاهش بیشتر وابستگی به سیستم همزن هوا می شود و امکان عملکرد کمتر را فراهم می کند.

2. نظارت آنلاین.نصب سطح سنج التراسونیک و غلظت لجن سنج در امتداد مسیر جریان تجهیزات، داده های بلادرنگ (غلظت لجن، سطح آب) را به ایستگاه مانیتورینگ می رساند. سپس PLC می تواند به صورت پویا پارامترهای عملیاتی - حجم تخلیه لجن، فاصله شستشوی معکوس و مدت هم زدن - را بر اساس شرایط واقعی به جای برنامه های ثابت تنظیم کند. این از تعمیر و نگهداری مبتنی بر زمان به نگهداری مبتنی بر شرایط، استاندارد طلایی برای تصفیه خانه های خودکار، حرکت می کند.

این برای گیاه شما چه معنایی دارد

این مطالعه موردی نشان می‌دهد که فناوری هم زدن و تخلیه هوا-آب یک مفهوم تئوری نیست - این یک مقاوم‌سازی ثابت شده با بازپرداخت کمی در ابعاد مختلف است: عملیاتی (چرخه‌های تمیز کردن کمتر)، شیمیایی (مصرف کمتر)، و نیروی کار (مداخله دستی کمتر). همین رویکرد را می توان برای ته نشینان لوله های شیبدار در پردازش های شیمیایی، فاضلاب دارویی، غذا و نوشیدنی و برنامه های حفاظت از محیط زیست به کار برد.

سوال این است که آیا سیستم تخلیه لجن ته نشین کننده لوله شما همانطور که طراحی شده است کار می کند؟ اگر یکی از موارد زیر را تجربه می کنید:

•پل زدن لجن که نیاز به مداخله دستی دارد
•بدتر شدن کیفیت آب فصلی با تجمع لجن مرتبط است
•کرم های قرمز یا لاروهای کیرونومید در آب ته نشین شده در ماه های گرم
•سوراخ های لوله سوراخ شده که نیاز به بازکردن مکرر دارند
•افزایش مصرف مواد شیمیایی برای چرخه های تمیز کردن

... سپس مقاوم سازی همزن هوا و آب برای تاسیسات شما ارزش ارزیابی دارد. مهندسی بالغ شده است، بازپرداخت مستند شده است، و مقاوم سازی بدون تغییر ساختار مخزن موجود نصب می شود.