توزیع آب ته نشین کننده لوله و طراحی تخلیه لجن: راهنمای مهندسی عملی برای مخازن ته نشینی

اگر در حال طراحی یک مخزن ته نشینی ته نشین کننده لوله جدید هستید یا در حال عیب یابی یک مخزن با عملکرد ضعیف هستید، دو عامل بیشتر از سایر عوامل نتایج شما را تعیین می کند:توزیع آب در ورودیوتخلیه لجن از پایین. یکی را اشتباه بگیرید و عواقب آن فوری است - اتصال کوتاه، ته نشین شدن ناهموار، تجمع لجن و کیفیت پساب که استانداردهای تخلیه را برآورده نمی کند، صرف نظر از اینکه رسانه لوله شما چقدر با کیفیت است. این راهنما اصول کلیدی طراحی و روش‌های محاسباتی را برای هر دو سیستم، با استفاده از یک مثال مهندسی واقعی برای عملی کردن اعداد بیان می‌کند.

چرا تسویه‌کنندگان لوله کارایی فوق‌العاده ارائه می‌دهند

ته نشینان لوله یکی از مقرون به صرفه ترین روش ها را برای افزایش ظرفیت تصفیه یک حوضه رسوبی موجود ارائه می دهند. اصل اصلی بسیار ساده است: منطقه ته نشینی مؤثر کاملاً مستقل از سطح کف مخزن است - در عوض بهکل مساحت پیش بینی شده افقی ماژول های لوله شیبدار. این بدان معنی است که می توانید ظرفیت ته نشینی را بدون افزایش ردپای مخزن خود به طور چشمگیری افزایش دهید.

هنگامی که لوله ها در زاویه 60 درجه نصب می شوند، هر متر مکعب حجم لوله تقریباً ایجاد می کند.11 تا 15 متر مربعمنطقه استقرار موثر این تا به8 تا 10 برابر مساحت زمیناز تانک فاصله ته نشینی در هر کانال لوله فقط چند سانتی متر است - در مقایسه با چندین متر در یک شفاف کننده معمولی - که به این معنی است که ذرات بسیار سریعتر به سطح جمع آوری می رسند.

رژیم هیدرولیک داخل لوله ها به همان اندازه مهم است. شرایط جریان آرام، با اعداد رینولدز که معمولاً زیر 500 باقی می‌مانند، اجازه می‌دهند که نرخ بارگیری هیدرولیکی در واحد سطح نشست مؤثر باشد.به طور قابل توجهی بالاتر از رسوب گذاری معمولی است. اما این مزیت نظری تنها زمانی به عملکرد واقعی تبدیل می‌شود که هیدرولیک به درستی مهندسی شده باشد - به ویژه، زمانی که جریان به طور مساوی در کل سطح مقطع ته نشین‌کننده لوله توزیع شود و لجن به طور کامل و به موقع حذف شود.

طراحی توزیع آب - دریافت جریان مناسب

اهداف طراحی ورودی

سیستم ورودی مخزن ته نشینی لوله دو عملکرد حیاتی را انجام می دهد که مستقیماً عملکرد کلی را تعیین می کند. اول، بایداتلاف انرژی جنبشیجریان ورودی - اگر تلاطم به منطقه ته نشینی نفوذ کند، پوشش لجن ته نشین شده را مختل می کند، ذرات را مجدداً معلق می کند و هر چیزی را که لوله ها برای رسیدن به آن طراحی شده اند تضعیف می کند. دوم، باید جریان را تا حد امکان به طور مساوی در سراسر سطح مقطع کامل ماژول های لوله توزیع کند. توزیع ناهموار مناطقی با سرعت بالا ایجاد می کند که مواد جامد را قبل از اینکه بتوانند ته نشین شوند از طریق لوله ها عبور می دهند.

پیکربندی های ورودی معمولی که در عمل استفاده می شوند عبارتند از:دیوارهای بافل سوراخ داردارای دهانه های با فاصله منظم (پرکاربردترین و قابل اطمینان ترین گزینه برای مخازن مستطیلی)، لوله های ورودی غوطه ور با درگاه های توزیع متعدد، قسمت های جانبی توزیع ورودی پایین با پورت های رو به بالا و کانال های ورودی با سرریزهای V-notch. انتخاب به هندسه مخزن، سرعت جریان و محدودیت‌های فضا بستگی دارد، اما دیوار حفاظ سوراخ‌دار نقطه شروع پیش‌فرض برای اکثر طرح‌های شهری است.

پارامترهای کلیدی طراحی

مهمترین معیار هیدرولیک برای ورودی های ته نشین کننده لوله استسرعت نزدیک شدن- سرعت جریان رو به بالا با ورود آب به قسمت پایینی ماژول های لوله. برای اکثر کاربردهای شهری برای تصفیه آب های سطحی یا پساب ثانویه، به سرعت های نزدیک می شود5 تا 15 میلی متر بر ثانیهارائه عملکرد بهینه سرعت‌های کمتر از 5 میلی‌متر بر ثانیه باعث می‌شود که لجن در خود منطقه توزیع نشست کند و مناطق مرده‌ای ایجاد کند که حجم مؤثر را کاهش می‌دهد. سرعت‌های بالاتر از 20 میلی‌متر بر ثانیه خطر ایجاد اختلال در پوشش لجن و حمل ذرات لخته به داخل کانال‌های لوله را پیش از ته نشین شدن آنها دارد.

طراحی بافل برای اتلاف انرژی

یک دیوار بافل تک قرار داده شده است0.8 تا 1.5 متراز دیواره ورودی، با سوراخ های توزیع یکنواخت (معمولاقطر 50 تا 100 میلی متردرفاصله 200 تا 400 میلی متر) اتلاف انرژی ورودی موثر را برای اکثر مخازن مستطیلی فراهم می کند. سرعت سوراخ طراحی باید هدف قرار گیرد0.15 تا 0.25 متر بر ثانیهدر جریان متوسط ​​روزانه - به اندازه کافی سریع برای جلوگیری از ته نشین شدن درون سوراخ ها، به اندازه کافی آهسته برای جلوگیری از پرتاب کردن. مجموع سطح باز همه سوراخ ها باید باشد15 تا 25 درصداز ناحیه دیوار بافل یک جزئیات مهم که اغلب نادیده گرفته می شود: الففاصله 200 تا 300 میلی متردر پایین بافل برای عبور لجن. بدون این شکاف، لجن در پشت بافل جمع می شود و باعث کاهش حجم فعال و در نهایت ایجاد شرایط بی هوازی می شود.

الزامات یکنواختی توزیع

یک سیستم ورودی که به خوبی طراحی شده باشد باید حداقل به یکنواختی توزیع جریان دست یابد85 تا 90 درصد، به این معنی که دبی در واحد سطح کمتر از 10 تا 15 درصد از میانگین در سطح مقطع مخزن متفاوت است. شایع‌ترین دلایل توزیع ضعیف عبارتند از: قرار گرفتن ورودی بیش از حد به ماژول‌های لوله (کمتر از 0.5 متر فاصله)، ناکافی بودن سطح باز کردن حفره (زیر 10٪ سطح دیوار)، و هندسه نامتقارن مخزن که در اندازه‌گیری منفرد درگاه در نظر گرفته نمی‌شود. مخازن مستطیل شکل با یک ورودی جانبی به ویژه در برابر دومی آسیب پذیر هستند - درگاه های نزدیک به ورودی به طور نامتناسبی جریان بیشتری دریافت می کنند مگر اینکه اندازه جداگانه داشته باشند.

طراحی تخلیه لجن - اجازه ندهید جامدات انباشته شوند

چرا تخلیه لجن مهم است

حذف موثر لجن از مخزن ته نشینی لوله به اندازه توزیع مناسب ورودی حیاتی است - و مسلماً از این دو مورد نادیده گرفته می شود. هنگامی که لجن بدون کنترل انباشته می شود، باعث ایجاد یک آبشار از مشکلات می شود: حجم ته نشینی موثر کاهش می یابد، مناطق بی هوازی ایجاد می شوند و گازهایی تولید می کنند که می توانند باعث ایجاد آن شوند.شناورسازی لجن(بالا بردن مواد جامد ته نشین شده به حالت تعلیق)، و اگر پتوی لجن به اندازه کافی بالا بیاید، می تواند به طور فیزیکی دهانه های پایینی ماژول های لوله را مسدود کند. هنگامی که این اتفاق افتاد، تنها راه حل تخلیه مخزن و تمیز کردن دستی است - فرآیندی پرهزینه و مخرب. یک سیستم جمع آوری و تخلیه لجن که به خوبی طراحی شده باشد باید جامدات ته نشین شده را به طور مداوم یا در فواصل زمانی کوتاه و مکرر حذف کند.

هندسه قیف لجن

اکثر مخازن ته نشینی لوله از یکی از دو پیکربندی جمع آوری لجن استفاده می کنند. اولین استفاده هاچند قیف مخروطی یا هرمی شکلمعمولاً 1.0 تا 1.5 متر عمق با شیب های جانبی حداقل 60 درجه - این زاویه برای اطمینان از لغزش قابل اعتماد لجن به کف قیف به جای چسبیدن به دیوارها حیاتی است. پیکربندی دوم از a استفاده می کندکف صاف یا با شیب ملایم با لجن خراش مکانیکیو یک غار مجموعه مرکزی. برای مخازن ته قیف، فاصله افقی لجن باید در امتداد کف طی شود تا به یک قیف برسد، باید به حداقل برسد - در حالت ایده آل کمتر از3 تا 4 متر. مسافت های طولانی تر به جامدات اجازه می دهد تا فشرده شوند و به کف بچسبند و هدف از طراحی قیف را شکست دهند.

انتخاب پیکربندی به شکل مخزن بستگی دارد: مخازن دایره ای معمولاً از یک خراش دهنده چرخان با جمع آوری لجن محیطی استفاده می کنند، تانک های مستطیلی از قیف های متعددی که در طول طول قرار دارند یا از یک خراش دهنده پل متحرک استفاده می کنند. روش چند قیف بیشتر برای مخازن مستطیلی کوچکتر رایج است زیرا هیچ قسمت متحرکی ندارد و نیاز به نگهداری کمتری دارد.

شیرهای تخلیه لجن و لوله کشی

لوله تخلیه لجن باید حداقل قطر داشته باشد150 mmبرای مقاومت در برابر گرفتگی شیب لوله باید حداقل باشد2 درصد به سمت نقطه تخلیه. نوع شیر بسیار مهم است: همیشه استفاده کنیددریچه های تمام سوراخمانند دریچه های دروازه، پلاگین یا پینچ. هرگز از شیرهای گلوب یا پروانه ای در سرویس لجن استفاده نکنید - آنها محدودیت های جریان داخلی ایجاد می کنند که جامدات را به دام می اندازد و به راحتی مسدود می شود. شیرهای خودکار (پنوماتیک یا الکتریکی) با تخلیه متناوب کنترل شده توسط تایمر به شدت نسبت به شیرهای دستی توصیه می شوند. برداشت دستی لجن به دقت اپراتور بستگی دارد که از شیفتی به شیفت دیگر متفاوت است و تخلیه ناسازگار یکی از دلایل اصلی مشکلات انباشته شدن لجن است.

دستورالعمل های عملیاتی برای نتایج ثابت

تخلیه لجن بر اساس الفبرنامه تایمر منظمبه جای قضاوت دستی به طور مداوم بهترین نتایج را ایجاد می کند. با فواصل کوتاه و مکرر تخلیه شروع کنید - برای مثال،15 تا 30 ثانیه هر 15 تا 30 دقیقه- و بر اساس غلظت لجن اندازه گیری شده تنظیم کنید. غلظت لجن را هدف قرار دهید1 تا 3 درصد مواد جامددر جریان تخلیه؛ غلظت های زیر 1% نشان دهنده هدر رفتن بیش از حد آب است (باز کردن شیرها به صورت مکرر یا طولانی مدت)، در حالی که غلظت های بالای 3% نشان دهنده فرکانس تخلیه ناکافی است.

سطح لجن پتو را روزانه با استفاده از یک آشکارساز لجن قابل حمل کنترل کنید. سطح پتوی هدف باید باشد0.3 تا 0.5 متر زیر ماژول های لوله. اگر پتو نزدیکتر از 0.3 متر بالا آمد، فرکانس یا مدت تخلیه را افزایش دهید. اگر بسیار کمتر از 0.5 متر باشد و غلظت تخلیه کم باشد، احتمالاً آب تصفیه شده را بی مورد هدر داده اید.

نمونه کارکرده - 10000 m³/d Tube Settler Tank

برای عملی کردن اصول طراحی، در اینجا یک نمونه کار شده کامل برای تصفیه مخزن مستطیلی لوله وجود دارد.10,000 m³/dاز فاضلاب شهری

داده های ورودی طراحی

محاسبات طراحی ورودی

سرعت تقریب به صورت دبی تقسیم بر مساحت طرح ته نشینی لوله محاسبه می شود: 417 m³/h تقسیم بر (10 mx 5 m) برابر است.8.34 متر در ساعت یا تقریباً 2.3 میلی متر بر ثانیه. این به راحتی در محدوده توصیه شده 5 تا 15 میلی‌متر بر ثانیه قرار می‌گیرد، اگرچه کمی در انتهای پایینی - به این معنی که در صورت نیاز فضایی برای افزایش جریان در آینده وجود دارد.

برای دیوار بافل: سطح دیوار 6 متر عرض x 4.5 متر عمق است =27 m². در نسبت فضای باز 20 درصد، فضای باز مورد نیاز است5.4 m². با استفاده از سوراخ‌هایی با قطر 75 میلی‌متر (مساحت هر سوراخ=0.0044 متر مربع)، تعداد سوراخ‌های مورد نیاز 5.4 تقسیم بر 0.0044 است که تقریباً برابر است.1220 سوراخ. در یک منطقه 6 متر در 4.5 متر توزیع شده است، این تقریبا می دهدفاصله 150 در 150 میلی متربین سوراخ ها

سرعت سوراخ در جریان متوسط ​​0.116 m³/s تقسیم بر 5.4 m² است =0.021 متر بر ثانیه (تقریباً 0.02 متر بر ثانیه). این به طور قابل ملاحظه ای کمتر از هدف توصیه شده 0.15 متر بر ثانیه است، که به این معنی است که سوراخ ها برای سرعت جریان بزرگ هستند. برای تصحیح این، کاهش تعداد سوراخ ها (تقریباً به 170 سوراخ، که سرعتی نزدیک به 0.15 متر بر ثانیه می دهد) یا کاهش قطر سوراخ برای افزایش سرعت و حفظ توزیع یکنواخت را در نظر بگیرید.

طراحی قیف لجن

فراهم کندچهار قیف در طول مخزن- هر 3 متر - هر کدامعمق 1.2 متر با شیب های جانبی 60 درجهبرای اطمینان از لغزش لجن قابل اعتماد. هر قیف باید مجهز به یکدریچه پلاگین 150 میلی متری با حرکت پنوماتیکروی کنترل تایمر توالی عملیاتی توصیه شده تخلیه متناوب استهر 20 دقیقه 20 ثانیه، چرخش متوالی از طریق قیف ها به طوری که در هر زمان معین فقط یک قیف تخلیه شود. این از شوک هیدرولیکی به سیستم جلوگیری می کند و در عین حال حذف لجن را حفظ می کند.

نتیجه گیری

توزیع آب و تخلیه لجن دو جنبه نادیده گرفته شده طراحی ته نشین کننده لوله هستند - و همچنین یکی از رایج ترین علل عملکرد ضعیف در این زمینه هستند. اصول کلیدی طراحی ساده و به خوبی تثبیت شده است: توزیع جریان به طور یکنواخت در سطح مقطع ته نشین کننده کامل لوله، هدف قرار دادن سرعت نزدیک بین 5 تا 15 میلی متر بر ثانیه، ایجاد 15 تا 25 درصد منطقه باز بافل برای اتلاف انرژی، حذف لجن بر روی یک برنامه تایمر قابل اطمینان با استفاده از دریچه های تمام سوراخ و نگهداری از دریچه های بالای 2 درصد. عملکرد را از طریق نظارت معمولی سطح پتوی لجن بررسی کنید - به طور ایده آل پتو را 0.3 تا 0.5 متر زیر ورودی های ماژول لوله نگه دارید. کارخانه‌هایی که تلاش‌های مهندسی را برای درست کردن این اصول سرمایه‌گذاری می‌کنند، مزایای کامل سرمایه‌گذاری ته‌نشین‌کننده لوله‌شان را خواهند دید: ظرفیت تصفیه بالاتر بدون افزایش ردپا، کیفیت پساب بهتر که استانداردهای سخت‌تر تخلیه را برآورده می‌کند، و سردردهای عملیاتی به‌طور قابل‌توجهی کمتر.