Inclined Tube Settler: مرجع فنی کامل در مورد اصل، پارامترهای طراحی، و کاربردها

یک مخزن ته نشینی معمولی 40 تا 70 درصد از جامدات معلق را حذف می کند و ردپایی به اندازه صدها متر مربع را اشغال می کند. یک ته نشین کننده لوله شیبدار با ردپای یکسان بیش از 90٪ را حذف می کند - و دو برابر جریان را کنترل می کند. تفاوت در مواد شیمیایی بهتر یا کنترل دقیق تر نیست. هندسه است. با نصب لوله های موازی شیبدار در منطقه ته نشینی، مخزن سطح ته نشینی موثر خود را در یک ضریب ده یا بیشتر ضرب می کند، در حالی که به طور همزمان جریان را در یک رژیم آرام تثبیت می کند که به ذرات اجازه می دهد به جای معلق ماندن، ته نشین شوند. این مقاله یک مرجع فنی کامل است: ته نشین‌کننده‌های لوله شیب‌دار چگونه کار می‌کنند، ساختار آنها چگونه است، چه پارامترهای طراحی بر عملکرد آنها حاکم است، و کجا به کار می‌روند.

I. اصل کار - چرا SHALLOWER سریعتر است

ته نشین کننده لوله شیبدار بر اساس یکی از قدیمی ترین و ظریف ترین اصول در مهندسی ته نشینی ساخته شده است:هر چه مخزن کم عمق تر باشد زمان ته نشین شدن آن کوتاه تر است. فرمول رسوب گذاری ایده آل بیان می کند:

u₀=Q / A و t=H / u₀

در جایی که u₀ نرخ سرریز (بارگذاری سطحی)، Q نرخ جریان، A منطقه رسوب، t زمان ته نشینی و H عمق آب است. از این دو رابطه، دو اهرم طراحی ظاهر می شود:

اهرم 1 - افزایش سطح، کاهش سرعت سرریز.برای یک جریان مشخص Q، بزرگتر کردن A باعث کاهش u₀ می شود. نرخ سرریز کمتر به این معنی است که یک ذره با سرعت ته نشینی معین احتمال بیشتری دارد که قبل از خروج آب از مخزن به منطقه لجن برسد. منطقه بیشتر=حذف بهتر است.

اهرم 2 - کاهش عمق، کاهش زمان.برای یک u₀ معین، کوچکتر کردن H به نسبت t را کاهش می دهد. اگر یک مخزن با عمق H را به n لایه افقی با عمق H/n تقسیم کنید، هر لایه می تواند حجم آب یکسانی را با راندمان حذف یکسان - اما در 1/n زمان، و بنابراین در 1/n از حجم مخزن، تصفیه کند.

این اصل عمق کم است. یک مخزن رسوب معمولی یک لایه عمیق است. یک ته نشین کننده لوله شیبدار آن لایه عمیق را جایگزین می کندده ها لایه موازی کم عمق، هر کدام به عنوان یک منطقه سکونت مستقل رفتار می کنند. منطقه رسوب موثر بدون افزایش ردپای مخزن چند برابر می شود.

لوله های شیبدار بیشتر از تقسیم مخزن انجام می دهند. از آنجایی که هر لوله نسبت به سطح مقطع خود دارای محیط خیس شده بزرگی استشعاع هیدرولیک به شدت کاهش می یابد. در همان سرعت جریان افقی V، عدد رینولدز Re بسیار پایین تر از آستانه جریان آرام 500 - که معمولاً در حدود 50 یا کمتر است - در حالی که عدد فرود Fr افزایش می یابد، هدایت می شود. جریان داخل لوله ها پایدار و آرام می شود. آشفتگی، که ذرات را در حالت معلق نگه می دارد، سرکوب می شود. ذرات روی سطح زیرین هر لوله می نشینند، به صورت یک لایه لجن نازک تجمع می یابند و بر اثر نیروی جاذبه با شیب 60 درجه به داخل قیف لجن می لغزند. آب زلال بالا آمده و از طریق حفره های جمع آوری خارج می شود.

II. ساختار - سه پیکربندی جریان، یک انتخاب غالب

یک ته نشین کننده لوله شیبدار به مناطق عملکردی تقسیم می شود:منطقه توزیع ورودی،منطقه توزیع آبدر زیر لوله ها،منطقه ته نشینی لوله،منطقه آب شفافبالای لوله ها، الفمنطقه حائل، ومنطقه لجندر پایین خود لوله ها در یک زاویه شیب نصب می شوند - به طور معمول60 درجه- که شیب کافی برای لغزش لجن توسط گرانش را فراهم می کند و در عین حال سطح نشست پیش بینی شده را به حداکثر می رساند.

بسته به جهت نسبی جریان آب و حرکت لجن، ته نشین کننده های لوله شیبدار به سه پیکربندی تقسیم می شوند:

جریان مخالف پیکربندی غالب استدر تصفیه آب و فاضلاب جهت جریان مخالف - بالا آمدن آب، ریزش لجن - جدایی طبیعی ایجاد می کند که تماس بین ذرات و سطح ته نشینی را به حداکثر می رساند و در عین حال مسیر پساب شفاف شده را کوتاه و مستقیم نگه می دارد.

III. پارامترهای طراحی - اعدادی که عملکرد را تعیین می کنند

پارامترهای زیر مشخصات طراحی هسته را برای هر ته نشین کننده لوله شیبدار تشکیل می دهند. مقادیر خارج از این محدوده ها معمولاً نشان دهنده طراحی بیش از حد (جای خالی و سرمایه هدر رفته) یا طراحی کم (خطر انسداد پساب و لوله کدر) است.

دو فرمول کلیدیمحاسبات اندازه را کنترل کنید:

مساحت سطح:

A = Q_حداکثر / (0.91 · n · q) (m²)

جایی که Q_حداکثرحداکثر جریان طراحی، n تعداد مخازن و q نرخ بارگذاری سطح طراحی است. ضریب 0.91 به دلیل کاهش سطح موثر به دلیل ضخامت دیواره لوله و عناصر ساختاری است.

زمان ماندگاری:

t=(h2 + h3) × 60 / q (دقیقه)

که در آن h2 عمق آب بالای ناحیه لوله شیبدار، h3 عمق آب در منطقه لوله شیبدار (ارتفاع عمودی لوله ها) و q بارگذاری سطحی است. محاسبات قیف لجن از روشی مشابه با مخازن ته نشینی معمولی پیروی می کنند.

تبصره عملیاتی:برای جلوگیری از اتصال کوتاه، لوله های شیبدار باید به سمت انتهای ورودی متمایل شوند. تخلیه لجن توسط نیروی ثقلی، معمولاً یک یا دو بار در روز، با امکانات تمیزکاری برای شستشوی دوره‌ای سطوح لوله انجام می‌شود.

IV. پنج مزیت نسبت به مخازن رسوب گذاری معمولی

1. جریان آرام بارگذاری بیشتر را امکان پذیر می کند.عدد رینولدز پایین در داخل لوله ها (Re < 500، معمولاً 50 ~) تلاطم را سرکوب می کند. ذرات توسط گرداب ها بدون مزاحمت ته نشین می شوند. این مبنای هیدرولیکی برای توانایی ته نشین کننده برای تحمل تقریباً دو برابر بار سطحی یک مخزن معمولی است.

2. کوتاه شدن فاصله ته نشینی زمان را کاهش می دهد.در یک مخزن معمولی، یک ذره باید در عمق کامل آب سقوط کند - معمولاً 3 تا 5 متر. در لوله شیبدار حداکثر فاصله ته نشینی قطر لوله - 50 تا 80 میلی متر است. ذره سریعتر به مرتبه های قدر سطح نشست می رسد.

3. مساحت ته نشینی چند برابر ظرفیت را افزایش می دهد.یک مخزن با ردپای فیزیکی 100 متر مربع، بسته به هندسه، شیب و طول لوله، ممکن است منطقه ته نشینی موثر 1000 متر مربع یا بیشتر داشته باشد. این ضرب مساحت دلیل اصلی برتری یک ته نشین کننده لوله شیبدار از مخزن باز هم اندازه است.

4. نرخ حذف بالا با زمان ماند کم.ترکیب جریان آرام، فاصله ته نشینی کوتاه و منطقه موثر بزرگ به این معنی است که ته نشین کننده به حذف 90% جامدات معلق در زمان های ماند 30 دقیقه یا کمتر دست می یابد - در مقایسه با 1.5 تا 2.5 ساعت برای یک مخزن با جریان افقی معمولی.

5. رد پای کوچک.تمام مزایای فوق در یک نتیجه عملی واحد همگرا هستند: تانک به طور قابل توجهی زمین کمتری را اشغال می کند. برای کارخانه هایی که توسط مرزهای سایت محدود شده اند - تصفیه خانه های فاضلاب شهری، تاسیسات صنعتی با املاک محدود - این اغلب عامل تعیین کننده است.

V. کاربردها - بسیار فراتر از آب آشامیدنی

ته نشین کننده های لوله شیبدار یکی از گسترده ترین دستگاه های تصفیه آب در مهندسی شهری و صنعتی هستند. محدوده کاربرد آنها شامل:

ته نشین کننده های لوله شیبدار برای هر دو مناسب هستندتاسیسات جدید و مقاوم سازی مخازن رسوب گذاری معمولی موجود. افزودن ماژول‌های لوله به مخزن مستطیلی یا دایره‌ای موجود یکی از مقرون‌به‌صرفه‌ترین ارتقاء ظرفیت موجود است - ساختار مخزن باقی می‌ماند، اما منطقه ته‌نشینی مؤثر چندین برابر می‌شود، و اغلب بدون افزایش ردپا، توان عملیاتی هیدرولیک را دو برابر می‌کند.

VI. چشم به راه

ته نشین کننده لوله شیبدار یک فناوری بالغ است - اما ایستا نیست. پیشرفت‌ها در دینامیک سیالات محاسباتی، بهینه‌سازی هندسه لوله را برای ویژگی‌های خاص آب خام ممکن می‌سازد. مواد جدید - PVC، PP و فولاد ضد زنگ - بین هزینه، مقاومت شیمیایی، استحکام ساختاری و عمر مفید که در زمان نصب اولین لانه زنبوری کاغذ و آلومینیوم در دسترس نبودند، مبادلاتی را ارائه می‌دهند. و ادغام ماژول های لوله شیبدار با فرآیندهای پیشرفته مانند MBBR، ته نشینی با راندمان بالا، و لخته سازی بالاست به گسترش دامنه کاربردها ادامه می دهد، جایی که ته نشین کننده های لوله مزیت عملکرد تعیین کننده را ارائه می دهند.

اصول اصلی - عمق کم، جریان آرام، ضرب سطح - از زمانی که برای اولین بار بیان شدند تغییر نکرده اند. آنچه تغییر کرده است، دقتی است که می توان آنها را به کار برد، و طیف وسیعی از چالش های فاضلاب را که می توان از آنها خواست تا با آنها روبرو شوند.