수평 흐름 단면이 침전수 탁도를 6.15에서 1.3 NTU로 줄이는 방법 — 전체-규모 튜브 침전지 개조 사례 연구

1989년에 건설된 군상수도. 1년에 5개월간 0~5도의 원수를 공급합니다. 3NTU를 돌파하지 못한 치료열차.공장의 엔지니어들은 탱크 길이의 1/3만 차지하는 수평 흐름 정류 섹션을 추가하는 경사형 튜브 침강기 -에 한 가지 구조적 변경을 수행했으며 - 침강수의 탁도가 6.15 NTU에서 NTU로 떨어지는 것을 관찰했습니다.시작 후 72시간 이내에 2 NTU 미만. 3년이 지난 후에도 시스템은 여전히 ​​제공되고 있었습니다.1.3 NTU 평균탱크 껍질을 전혀 수정하지 않고. 차가운 물에서 성능이 저하되거나 충격 부하로 어려움을 겪는 경사형 튜브 정착기를 운영하는 경우, 이 사례 연구는 수정이 어떻게 작동하는지 - 정확히 보여주고 생각보다 간단한 이유를 보여줍니다.

과제: 새로운 표준, 오래된 공장, 냉수

1 NTU 이하가 법이고 공장이 3 NTU 이하로 건설된 경우

현(縣) 상수도는 겨울 수온이 정기적으로 5도까지 떨어지는 산시성(陝西省) 북부에 위치하고 있습니다.0~5도원수 탁도는 계절에 따라 15~77NTU 사이에서 변동합니다. 이 공장은 1989년에 접힌-플레이트 응집, 경사 튜브 침전 및 중력 밸브 없는 필터와 같은 기존 공정으로 시운전되었습니다. 2개의 평행 열차는 각각 6,000m³/d 등급을 가지며 총 용량은 12,000m³/d입니다. 20년 동안은 이 정도가 적당했습니다. 완성된 물의 양은 이전 표준에서 허용되는 약 3 NTU-였습니다.

그러다가 규정이 바뀌었어요. 새로운 식수 위생 기준은 3 NTU 이하에서 3 NTU 이하로 기준을 높였습니다.1 NTU 이하. 기존 프로세스로는 이러한 격차를 해소할 수 없었습니다. 상수도 시설은 모든 노후 발전소가 결국 직면하게 되는 결정에 직면했습니다.기존 설치 공간 내에서 철거 및 재건축 또는 개조. 후자가 유일한 현실적인 선택이었습니다. 처리 구조물은 외부 탱크가 얼어붙는 산시성 북부 기후의 필수 단열재 -를 위해 실내에 보관되었습니다. 확장을 위해 벽을 허무는 것은 고려 대상이 아니었습니다. 그들은 자신들이 하는 일을 더 좋게 만들어야 했습니다.

목표: 단일{0}}열차 용량을 6,000m³/d에서10,000 m³/d(총 공장 생산량: 16,000m³/d), 정수된 물의 탁도는 지속적으로 3 NTU 미만으로 필터가 1 NTU 이하의 정수-수 요구 사항을 충족할 수 있는 기회를 제공합니다.

개조 전략: 세 가지 업그레이드, 하나의 원칙

엔지니어링 팀은 탱크 껍질을 만지지 않았습니다. 그들은 내부 프로세스를 변경하여 기존의 "접힌-플레이트 응집 + 경사 튜브 침전 + 중력 밸브 없는 필터"를 다음으로 전환했습니다."접촉 응집 + 개선된 경사관 침강기 + 중력 밸브리스 필터". 세 가지 업그레이드를 통해 변화가 이루어졌습니다.

1. 다중-튜브 믹서가 관형 정적 믹서를 대체합니다.

원래의 관형 정적 믹서는 한 가지 작업을 수행했습니다. 바로 혼합이었습니다. 교체용 멀티-튜브 믹서는 세 가지 작업을 동시에 수행합니다.절단 및 분할 흐름, 역류 및 급속 혼합. 물이 다중-튜브 형상을 통과할 때 고주파-와류가 파이프 벽 경계층에 형성됩니다. 이러한 소용돌이는 몇 초 내에 전체 흐름 단면에 걸쳐 응고제를 고르게 분산시키는 마이크로{4}}강한 전단 영역을 생성합니다. 측정된 혼합 효율이 다음을 초과합니다.94%, 그리고 헤드 손실은 원래 정적 믹서 -보다 낮습니다. 이는 더 적은 에너지로 더 나은 혼합을 의미하는 특이한 조합입니다.

실질적인 이점:20~30%의 화학물질 절약원래 믹서에 비해 유속 및 수질 변화에 더 잘 적응할 수 있습니다. 원수 탁도가 계절에 따라 15NTU에서 77NTU로 변동하는 공장의 경우 적응성이 중요합니다.

2. 별-모양의 베인을 사용한 그리드 응집이 접힌-판 응집을 대체합니다.

접힌-판 응집은 평행판 사이의 구불구불한 경로를 통해 물을 강제로 통과시키는 방식으로 작동합니다. 그것은 난기류를 일으키지만 올바른 종류는 아닙니다. 향상된 디자인 사용별-모양 날개그리드 구획 내부의 흐름 방향에 수직으로 장착됩니다. 이러한 날개는 이미 형성된 플록을 쪼개지 않고 입자 충돌을 촉진하는 규모로 고주파-주파수 미세-와류 - 난류를 생성합니다.

응집 탱크는 다음과 같이 구분됩니다.11개의 수납공간두 가지 반응 단계에 걸쳐. 1단계: 각각 1.5m × 1.5m 크기의 8개 구획, 8.95분 유지. 2단계: 각각 1.5m × 2.0m 크기의 3개 구획, 4.48분 유지. 총 유압 유지 시간:13분 43초GT 값은 1.7 × 10⁴입니다. 2{3}}단계 설계는 단일-단계 응집보다 더 조밀하고 전단 저항이 강한-플록을 생성합니다. - 이는 해당 플록이 나중에 과도한 난류로 인해 분해될 튜브 침전지의 분배 영역에 들어갈 때 중요한 이점입니다.

3. 주요 혁신: 튜브 침전기 앞의 수평 흐름 정류 섹션

이는 개조가 표준 관행에서 벗어나 가장 큰 성능 향상이 달성된 지점입니다. 전통적인 경사형 튜브 침전지는 응집 탱크 배출구에서 직접 물을 받습니다. 전환은 갑작스럽습니다. 물은 난류, 혼합{2}}흐름 체제에서 중간 조건 없이 층류 침전 체제로 이동합니다. 결과는고르지 못한 흐름 분포튜브 묶음 전체에 걸쳐. 일부 채널은 빠른 속도와 플러시 플록을 곧바로 볼 수 있습니다. 다른 사람들은 낮은 속도를 보고 슬러지를 축적합니다. 두 조건 모두 배출수 품질을 저하시킵니다.

개조에는 이 문제를 해결하는 두 가지 요소가 추가되었습니다.

응집 탱크 배출구에 있는 수중 둑.물은 분배 구역으로 직접 방류하는 대신, 물이 정착지로 들어가기 전에 먼저 흐름 정류기 역할을 하는 수중 둑 위로 흘러 - 속도 구배를 완화하고 대규모 난류를 소멸시킵니다.-

탱크 전체 길이(24m²)의 1/3을 차지하는 수평 흐름 섹션.이것이 바로 혁신입니다. 둑을 통과한 물은 경사진 관을 통해 상승하기 전에 수평-흐름 영역으로 들어갑니다. 수평 섹션과 경사진 튜브 섹션 모두의 가이드 벽이 흐름 경로를 제어합니다. 수평 구역은 세 가지 기능을 동시에 수행합니다. 수평 유속을 다음으로 감소시킵니다.12.73mm/초(연구 결과에 따르면 10~18mm/s 범위 내에서 안정적인 침전이 중요함) 더 큰 플록에 대해 추가 정착 시간을 제공하고 흐름 변동이 튜브 번들에 도달하기 전에 이를 흡수하는 수력학적 완충 장치 역할을 합니다.

전환 구간 끝의 분배 벽은 다음을 사용합니다.상단의 간격이 넓고 하단의 간격이 좁은 천공. 이러한 역-직관적 배열은 의도적인 것입니다. 즉, 분배 영역 상단을 향해 단락되는 물의 자연스러운 경향을 보상하여-튜브 다발의 전체 높이에 걸쳐 보다 균일한 수직 흐름 분배를 강제합니다.

수평 흐름 섹션이 작동하는 이유: 엔지니어링 이론적 근거

전통적인 경사형 튜브 정착기의 문제는 튜브 자체가 아닙니다. 일어나는 일이에요물이 그들에게 닿기 전에. 연구에 따르면 튜브 침전지의 흐름 분포 균일성을 제어하는 ​​네 가지 매개변수인 탱크 길이-대-폭 비율(L/B), 표면 부하율(q), 튜브 직경(D) 및 튜브 아래 분배 영역의 높이가 확인되었습니다.

이들 중,L/B 비율과 표면 하중(q)이 가장 큰 영향을 미칩니다.. L/B 비율이 증가함에 따라 유량 분포는 더욱 불균일해지며-임계 침전 속도(-), 주어진 크기의 입자가 침전되는 최소 속도(-)는 증가합니다. 표면 부하(q)는 임계 침전 속도에 대략 비례합니다. 즉, 동일한 영역을 통해 더 많은 흐름을 밀어 넣으면 동일한 입자를 포착하려면 더 높은 침전 속도가 필요합니다. 두 가지 효과 모두 배출수 품질에 부정적인 영향을 미칩니다.

기존의 튜브 정착민도 벽에 천공된-문제로 어려움을 겪고 있습니다. 균일한 분포를 달성하려면 유입구의 천공벽에 수평-흐름 침전조-보다 작은 개구부가 필요합니다.더 높은 오리피스 속도. 이러한 오리피스를 통과하는 고속- 제트는 응집 탱크에서 13분 동안 생성된 플록을 분해합니다. 더 나쁜 것은 제트기가 분배 영역 바닥에 퇴적된 죽은 슬러지를 휘저어 이미 침전된 고형물을 다시 부유시킬 수 있다는 것입니다.{4}}

수평 흐름 섹션은 이러한 일련의 문제를 근본적으로 해결합니다. 기울어진 튜브 앞에 탱크 길이의 1/3을 수평-흐름 영역으로 추가함으로써 설계는 다음 네 가지를 달성합니다.

설계 매개변수: 개조 이면의 숫자

경사 튜브 섹션은 다음을 사용합니다.카운터-현재 흐름- 물은 튜브를 통해 위로 올라가고 고체는 60도 경사를 따라 아래로 미끄러집니다. 튜브는 벌집 모양의 육각형 단면-을 갖고 직경 30mm, 길이 1m인 에틸렌{3}}프로필렌 공중합체(EPC)입니다. EPC는 냉수에서의 탁월한 성능을 위해 표준 PVC 또는 PP 대신 선택되었습니다. EPC는 경질 PVC가 부서지기 쉬운 온도에서도 유연성과 내충격성을 유지합니다.

슬러지 수집은 기존 소형 호퍼보다 슬라이드 각도가 더 가파른 대형 중력 호퍼를 사용하여 국부적인 흐름 교란을 최소화하면서 철저한 슬러지 제거를 보장합니다. 슬러지 배출 밸브는 다음과 같습니다.수동-빠른 전동-개폐 방식- 완전 자동화보다 안정성과 유지 관리 용이성을 우선시하는 실용적인 선택입니다. 더 적은 수의 장치, 더 낮은 고장률, 더 낮은 비용.

결과: 3일 만에 4 NTU 감소, 3년 후 1.3 NTU 감소

72시간 시험 실행: 즉각적인 성능 격차

2011년 10월 15일부터 17일까지 3일 동안 연속 시험이 수행되었으며 유입수 흐름은 다음과 같이 제어되었습니다.750 m³/h. 이 공장은 시험 기간 동안 원수, 수정되지 않은 기존 튜브 침전지(병렬 열차)의 유출수, 개선된 튜브 침전지의 유출수를 동시에 샘플링했습니다.

결과는 분명했습니다. 개선된 정착민의 유출수 탁도는4 NTU 이상 낮음모든 샘플링 지점에서 기존 디자인보다 그 격차는 일관되고 즉각적이었습니다. -기간 중에 중단이 없었고-조정이 필요하지 않았습니다. 유출수 품질은 첫날부터 설계 기대치를 충족하여 하류의 필터 부하를 크게 줄였습니다.

TOC 제거: 기존 설계에 비해 6.08% 개선

탁도와 유기물은 지표수에서 밀접한 상관관계가 있습니다. - 빛을 산란시키는 동일한 입자는 흡착된 천연 유기물(NOM)도 운반합니다. 시험 기간 동안 해당 공장은 두 가지 침전 공정에서 발생하는 유출수의 TOC를 측정했습니다. 원수 TOC는 다음과 같이 안정적이었습니다.2.5~3.0mg/L.

TOC 제거의 6% 개선은 미미해 보일 수 있지만 식수 처리에서 침전 단계의 유기물 제거는 하류의 소독 부산물(DBP) 형성 가능성을 직접적으로 감소시킵니다. 염소화 전에 제거된 TOC의 모든 밀리그램은 분배 시스템에서 트리할로메탄(THM) 또는 할로아세트산(HAA)을 형성하지 않는 밀리그램입니다.

3년-년 검증: 숫자는 유지됩니다

개조 작업은 2012년 4월 15일에 시운전되었습니다. 3년에 걸쳐 지속적으로 운영된 이 공장에서는 개조된 열차와 수정되지 않은 평행 열차 모두에서 정기적으로 침전수 탁도 샘플을 채취했습니다. 데이터는 지속적인 성과에 대한 명확한 설명을 제공합니다.

1.3 NTU의 침전수 평균이 가장 중요한 숫자입니다. 2.3 NTU 대신 1.3 NTU의 물을 필터에 전달함으로써 개선된 침전지는 필터의 고형물 부하를 대략적으로 줄였습니다.43%. 이는 역세 간 필터 작동 시간이 길어지고 역세 물 소비량이 적으며 1 NTU 이하 표준을 안정적으로 충족할 수 있는 - 매우 - 처리된 물을 의미합니다. 2.3 NTU의 정수된 물을 받는 필터는 1 NTU의 정수를 달성하기 위한 마진이 거의 없습니다. 1.3 NTU의 정수된 물을 받는 필터에는 작동할 공간이 있습니다.

이것이 귀하의 공장에 미치는 영향

이 사례 연구는 성능이 낮은 경사형 튜브 침강기를 교체할 필요가 없음을 보여줍니다. 문제는 튜브 자체에 있는 경우가 거의 없습니다. - 물이 튜브에 도달하기 전에 분배 영역에서 발생하는 문제입니다. 개조 원칙은 이전 가능합니다.

1. 침전된 물의 탁도가 일관되지 않은 경우 먼저 흐름 분포를 확인하십시오.튜브 다발 전체의 고르지 못한 흐름은 경사형 튜브 정착기의 성능 변화를 일으키는 가장 일반적인 원인입니다. 응집 배출구에 잠긴 둑과 눈금이 있는 구멍 간격이 있는 천공 분배 벽은 발생원에서 이 문제를 해결하는 저렴한-수정 방법입니다.

2. 찬물을 처리하는 경우 (<5°C), add a horizontal flow section.차가운 물은 전통적인 튜브 침전지 유입구의 난류를 견딜 수 없는 약한 플록을 생성합니다. 수평 흐름 섹션은 이러한 취약한 플록이 절단되지 않고 침전될 수 있는 낮은-에너지 전환 영역을 제공합니다.

3. 원수 수질이 계절에 따라 변동하는 경우 분배 구역 버퍼를 늘리십시오.충격 부하를 흡수하는 수평 구역의 능력은 좋지 않습니다.---안정적인 유출수와 계절별 수질 불만 사이의 차이입니다. 이 프로젝트에 사용된 1/3 탱크 길이 할당은 설계의 좋은 출발점입니다.

4. 추운 기후에서는 튜브 재료가 중요합니다.이 프로젝트를 위해 선택된 EPC 튜브는 경질 PVC가 부서지기 쉬운 온도에서도 유연성을 유지합니다. 원수가 장기간 5도 미만으로 떨어지는 경우 공급업체와 튜브 재질 선택에 대해 논의하십시오. 표준 PVC와 PP는 저온-온도 성능 범위가 다릅니다.

5. TOC 제거율이 6% 향상되면 보이는 것보다 더 많은 가치가 있습니다.먹는물 처리 시 소독 전 제거된 유기물은 DBP 형성 가능성을 제거합니다. 침전 단계에서 6.08% TOC 개선은 하류의 THM 및 HAA 형성을 측정 가능하게 낮추는 것으로 해석되며 - 이는 식물의 수명 동안 복합적인 규제 준수 이점을 제공합니다.

여기에 설명된 개조는 동일한 탱크 공간 내에서 처리 용량을 33%(12,000에서 16,000m³/d) 증가시키는 동시에 배출수 품질을 향상시켰습니다. 그 조합 -더 많은 물, 더 나은 물, 같은 건물-는 더 엄격한 기준에 직면한 노후 정수장에 대해 평가할 가치가 있는 수평 흐름 정류 개념을 만드는 것입니다.