Partikkelikoko vs. kaltevan putken settlerin tehokkuus: CFD-simulaatio löytää 80 μm:n kynnyksen

Tiedät, että putken laskeutusaine poistaa suspendoituneet kiintoaineet. Mutta tiedätkö, mitkä koot se todella poistaa - ja mitkä koot liukuvat läpi riippumatta siitä, kuinka hyvin säiliö on suunniteltu? Käyttämällä CFD-simulaatiota todellisesta 1 000 m³/d vastavirtakaltevasta putkenlaskustajasta Anhuin maakunnassa tutkijat mallinsivat hiukkasten käyttäytymistä30-120 μmtodellisissa käyttöolosuhteissa. Tuloksena on selkeä kynnys: alle 80 μm partikkelikoolla tuskin on väliä poistettaessa. Yli 80 μm tehokkuus nousee. Jos koagulanttisi ei tuota hiutaleita tämän kynnyksen yläpuolella, kaltevat putket eivät tee sitä, mistä maksoit.

MIKSI CFD - JA MIKSI TÄMÄ SÄILIÖ

Useimmat kaltevia putkenlaskeuttimia koskevat tutkimukset keskittyvät virtauskuvioihin - säiliön mittojen optimointiin, kuolleiden vyöhykkeiden vähentämiseen, nopeusjakauman tasoittamiseen. Harvat ovat esittäneet jätevesien laadun kannalta tärkeimmän kysymyksen:mikä todellisuudessa poistetaan, kun otetaan huomioon tietty hiukkaskokojakautuma?Koska halkaisijaltaan eri hiukkasilla on erilaiset laskeutumisnopeudet, sisään tulevan suspendoituneen kiintoaineen hiukkaskokojakauma ohjaa suoraan säiliön saavuttamaa sedimentaatiotehokkuutta.

Vastatakseen tähän tutkijat käyttivätstandardi k-ε turbulenssimalli(virtauskenttään) yhdistettynäMonivaiheinen sekoitusmalli(kiinteä-neste-kaksifaasikäyttäytymistä varten) - yhdistelmä, joka sopii hyvin pyörteisen, hiukkaspitoisen virtauksen simuloimiseen toimivan putken selkeyttimen sisällä.

Testitapaus oli todellinen vastavirtaan kalteva putken laskeutusyksikkö Anhuin maakunnassa sijaitsevalla vesilaitoksella, jolla oli seuraavat suunnittelu- ja toimintaparametrit:

TULOS 1: MIHIN HIUKSET KONSENTRAATTUVAT - JA MIKSI SILLÄ ON TÄRKEÄÄ

Simuloitiin viittä hiukkashalkaisijaa:30, 50, 80, 100 ja 120 μm. Jokaisen osalta tutkittiin suspendoituneiden kiintoaineiden pystyjakaumaa piirtämällä keskimääräinen tilavuusosuus poikkileikkauksille eri korkeuksilla (kuva 2).

Konsentraatioprofiileista ilmenee kolme mallia:

1. Kaikki hiukkaskoot noudattavat samaa yleistä suuntausta.Pitoisuus-korkeuskäyrän yleinen muoto on samanlainen halkaisijasta riippumatta. Säiliön fysiikka - nelivyöhykerakenne, virtausreitti, turbulenssikuvio - määrää yhteisen pitoisuusprofiilin.

2. Putken sisääntulon kohdalla (korkeus ~1,5 m) suurempien hiukkasten pitoisuus nousee jyrkästi.Tämä on siirtymäalue, jossa virtaus tulee kalteviin putkiin. Turbulenssi ja sekoittuminen luovat korkean pitoisuuden alueen, joka edistää hiukkasten kosketusta ja flokkulaatiota - mikä on positiivinen vaikutus kiintoaine-neste-erotteluun. Mitä suurempia hiukkasia saapuu tälle alueelle, sitä selvempi pitoisuuspiikki on.

3. Säiliön pohjassa ja jäteveden poikkileikkauksessa hiukkaskoko vaikuttaa tulokseen.Lähellä lietevyöhykettä keskimääräinen tilavuusosuus nousee hiukkaskoon myötä - suurempia hiukkasia laskeutuu ja kerääntyy sinne, missä niiden pitäisi. Jäteveden poikkileikkauksessa keskimääräinen tilavuusosuusväheneehiukkaskoon kasvaessa vähemmän suuria hiukkasia karkaa. Korrelaatio on yksiselitteinen:suurempia hiukkasia → enemmän laskeutuu → puhtaampaa jätevettä.

TULOS 2: 80 μm KYNNYS

Poistoteho η määritellään seuraavasti:

missä C_sisääntuloon sisään tuleva SS-pitoisuus (kg/m³) ja C_pistorasiaon jäteveden SS-pitoisuus (kg/m³).

Kuvassa 3 on esitetty poistotehokkuuden ja hiukkasten halkaisijan välinen suhde annetuissa sisäänvirtausolosuhteissa (295 mg/L SS, 1 050 kg/m³ tiheys, 0,02001 Pa·s viskositeetti). Käyrä ei ole lineaarinen - siinä on selkeä polvi.

Tiedot paljastavat kaksi järjestelmää:

Syy on hydraulinen: alle 80 μm:n hiukkasten laskeutumisnopeudet ovat riittävän alhaiset, jotta putkissa ylöspäin suuntautuva virtaus voi suorittaa ne säiliön suunnittelusta riippumatta. 80 μm:n yläpuolella laskeutumisnopeus ohittaa ylöspäin suuntautuvan nopeuden levenevällä marginaalilla ja poisto tulee tehokkaaksi. 80 μm:n kynnys on ominaista tämän säiliön geometrialle ja käyttöolosuhteille (40 mm putken halkaisija, 60 asteen kaltevuus, 0,1 m/s tulonopeus) - mutta periaate pätee laajasti:jokaisella putkenlaskeuttimella on kriittinen hiukkaskoko, jonka alapuolella poisto on huonoa, ja tämä koko määräytyy putkien nousunopeuden mukaan..

MITÄ TÄMÄ TARKOITTAA KASVILLASI

1. Koagulantin annostuksella on tavoite, ja se on 80 μm.Koaguloinnin ja flokkuloinnin tarkoitus - neutraloivan varauksen ja silloittavien hiukkasten lisäksi - on kasvattaa höytäleitä kriittisen koon yli, jotta putken asettaja voi vangita ne. Tölkkitestauksen pitäisi vahvistaa, että muodostuneet flokkisi ylittävät kynnyshalkaisijan tietylle säiliön geometrialle.

2. Jos jätevesi on sameaa ja flokkikoko on alle kynnyksen, putket eivät ole ongelma - flokkulaatiovaihe on.Putkien lisääminen tai nousunopeuden vähentäminen auttaa hieman. Mutta todellinen korjaus on ylävirtaan: parempi flokkulaatio suurempien, tiheämpien hiukkasten tuottamiseksi, jotka olemassa olevat putket pystyvät sieppaamaan.

3. Kriittinen koko on säiliökohtainen.Tämä simulaatio löysi 80 μm 40 mm putkelle 60 asteen kulmassa 0,1 m/s sisääntulonopeudella. Pienempi putken halkaisija, tasaisempi kulma tai pienempi nopeus ylöspäin siirtäisi kynnystä alaspäin - mikä tarkoittaa, että pienemmistä hiukkasista tulee irrotettavia. Tästä syystä putken geometria ja hydraulinen kuormitus eivät ole vain suunnitteluparametreja; ne asettavat suoraan vähimmäishiukkaskoon, jonka uudisasukkaat voivat käsitellä.

4. CFD-simulaatio on käytännöllinen suunnittelutyökalu, ei akateeminen harjoitus.Tässä käytetty k-ε + Seosmalliyhdistelmä voi ennustaa hiukkaskoko-poistotehokkuuskäyrän missä tahansa säiliön geometriassa ja käyttötilassa. Ennen rakentamista tai jälkiasennusta simulaatio voi vastata kysymykseen, että empiiriset suunnittelusäännöt eivät voi:poistaako tämä säiliö hiukkaset raakavedestäni?