Eğimli Tüp Yerleştirme Sorunları: Akışın Kötü Dağılımı, Çamurun Yeniden Süspansiyonu ve Nasıl Düzeltileceği İçin Akışkanlar Mekaniği Analizi

Bir ünite işlemi olarak çökelti ayırma, su arıtma kontrolünde uzun süredir kullanılmaktadır ve nispeten pratik bir su arıtma teknolojisidir. Sedimantasyon ayırma etkisini geliştirmek için, kullanım sırasında çökeltme bölgesine genellikle eğimli plakalar veya eğimli tüpler yerleştirilir, böylece geniş alan ve yüksek ayırma verimliliğinden yararlanılarak sığ katman prensibi uygulanabilir. Ancak uygulama sırasında ortaya çıkan sorunlar nadiren dikkat çekmektedir. Bu makale, uygulama sırasında ortaya çıkan temel sorunların analizine odaklanmakta ve referans olarak ilgili çözümler önermektedir.

1. EĞİK TÜP YERLEŞTİRİCİLERİN UYGULANMASI SIRASINDA ORTAYA ÇIKAN SORUNLAR

Eğimli tüp yerleşimcinin girişindeki su dağılımı düzgün değilse, giriş yakınındaki sıvı hareketinde ciddi türbülanslar meydana gelecektir. Bu, girişte son derece yüksek bir yerel akış hızına neden olur ve daha önce eğimli tüplerde biriken çamurun yeniden yükselmesine neden olur.

Eğimli tüp yerleşimcinin normal çalışma sırasındaki iç durumu Şekil 1'de gösterilmektedir.

Şekil 1'den su akışının ve çamur akışının her birinin kendi yollarına sahip olduğu görülebilir. Normal çalışma uzun süre devam ederse çamur akışının hareketi temel olarak dinamik dengeye yakındır:

şu anda atık suyun SS giderme verimliliği iyidir.

Bununla birlikte, girişteki akış dağılımı yeterince düzgün değilse, bazı tüp girişlerindeki akış hızı çok yüksek hale gelir ve ciddi türbülansa ve atık su kalitesinin bozulmasına neden olur.

2. PROBLEMİN AKIŞKANLAR MEKANİĞİ ANALİZİ

Tüm olumsuz süreç boyunca akışkan, Şekil 2'de gösterilen durumu sergileyecektir.

Yukarıdaki olgunun nedenleri aşağıdaki yönlerden analiz edilmektedir.

2.1 Olumsuz durumun hidrolik analizi

Aslında eğimli tüplerdeki su ve çamurun yukarı ve aşağı akışı yaklaşık bir akışkanlaşma olgusu olarak kabul edilebilir. v'nin suyun tüpler boyunca yüzeysel hızı olduğunu, u₁ suyun çamur parçacıkları boyunca gerçek hızı olduğunu ve ε'nin (çamur parçacık katmanının) boşluk oranı olduğunu varsayalım. Daha sonra Şekil 3'te gösterildiği gibi u₁=v/ε.

Askıda katı maddelerin boşluk oranı küçükse, suyun parçacık katmanı boyunca gerçek hızı nispeten yüksektir. Parçacık çökelme hızı sabit bir u değeri olarak biliniyorsa_ayarlamak, akışkanlaşmanın çeşitli aşamaları teorisine göre, suyun parçacık katmanı boyunca gerçek hızı u₁=u olduğunda_ayarlamakakışkanlaştırılmış durum, sabit bir boşluk oranı ε ile sabit bir yatak aşamasındadır. u₁ > u olduğunda_ayarlamak, orijinal boşluk fraksiyonu ε kırılır ve boşluk fraksiyonunda bir artışa neden olur. Eğimli tüp yerleşimcisi için bu, parçacıkların yükselmesi ve ayırma verimliliğinin azalması anlamına gelir.

2.2 Çeşitli durumlarda yeniden askıda kalan çamur parçacıklarının farklı çökelme hızlarının analizi

Yeniden askıda kalan çamur parçacıkları, ① bireysel parçacıklar ve ② farklı boyutlarda parçacık kümeleri (boşluk oranı ε' ile) şeklinde bulunur. Stokes yasası bölgesindeki tek tek parçacıklar için çökelme hızı formülüne göre:

Steinour'un ampirik ilişkisine göre parçacık kümelerinin yerleşme hızı için:

Neresi:

v_grup- parçacık kümelerinin yerleşme hızı, m/s;

t - yerleşme süresi, s;

g - yer çekimi ivmesi, m/s²;

ρ_s, ρ_L- parçacık ve sıvının yoğunluğu, kg/m³;

D_p- parçacık çapı, m;

μ - dinamik viskozite katsayısı, kg/(m·s);

ε - boşluk oranı.

0 < ε² < 1 ve 0 < 10 olduğundan^-1.82(1-ε)< 1, bundan ε²·10 çıkar^-1.82(1-ε)< 1, dolayısıyla v_grupt.

Sedimantasyon teorisine ve yukarıdaki kanıta göre, yeniden süspansiyon haline getirildikten sonra partikül kümelerinin çökelme olasılığı daha düşüktür, yani su akışı tarafından daha kolay taşınırlar, bu da sedimantasyon verimliliğini azaltır.

2.3 Uygun olmayan durumdaki akış özellikleri

Şekil 2'de gösterilen olumsuz durum oluştuğunda yerleşim biriminin su yüzeyine bakıldığında akış dağılımı Şekil 4'teki gibi görünmektedir.

Şekil 4'te gösterildiği gibi, su yüzeyinde üç bölge görülmektedir: ① nispeten sakin bir bölge, ② bir geçiş bölgesi ve ③ şiddetli türbülans bölgesi. Şiddetli türbülans bölgesinde, ciddi durumlarda su yüzeyi küçük kavisli yaylar şeklinde bile şişebilir. Buradaki SS konsantrasyonu son derece yüksektir, neredeyse giriştekiyle aynıdır.

2.4 Yukarıdaki analize dayalı düzeltme sonrasında yerinde test sonuçları

Belirli bir atık su arıtma projesinde, yukarıdaki sorun nedeniyle atık su oldukça bulanıktı. Su dağıtımını eşit hale getirmek için yapılan hidrolik analiz ve mühendislik düzeltmelerinden sonra, atık sudaki flokların yükselmesi olgusu artık görülmedi. Test sonuçları Tablo 1'de gösterilmektedir.

Tablo 1 Belirli bir tesisten gelen atık suyun CODcr test sonuçları

Tablo 1'den düzeltme ve düzgün su dağıtımı sonrasında CODcr giderim oranının nispeten yüksek bir seviyeye ulaştığı görülebilir.

3. EĞİMLİ TÜP YERLEŞTİRİCİLER İÇİN DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN BİRKAÇ NOKTA

3.1 Farklı parçacıkların analizi

Kum sedimantasyonu, baskı ve boyama atık sularının floc sedimantasyonu ve kömür bulamacı sedimantasyonu gibi farklı partiküller için, partikül yoğunluğu, şekli ve boşluk fraksiyonundaki farklılıklar nedeniyle sedimantasyonda farklılıklar vardır. Kum parçacıkları nispeten yüksek yoğunluğa ve küçük boyuta sahip olduğundan hızla çökerler. Baskı ve boyama atıksularından kaynaklanan topakların yoğunluğu nispeten düşük, suya yakın, büyük şekilli ve yüksek boşluk oranına sahip olduğundan yavaş çökerler. Kömür bulamacı ikisinin arasına düşer. Bu nedenle, kum çökeltmesinde akış dalgalanmalarının etkisi nispeten küçükken, baskı ve boyama atık suyunda akış dalgalanmalarının etkisi nispeten büyüktür. Bu nedenle, farklı parçacıkların akış dağıtımı için farklı gereksinimleri vardır. Atık suyun basılması ve boyanması için girişteki akış dağılımının nispeten eşit olması gerekir.

3.2 Eğimli tüp yerleşimcileri daha düzgün su dağıtımı gerektirir

Eğimli tüpler (tipik olarak 35 mm, 50 mm çapında) çökelticiye yerleştirildiğinden, tüplerin altındaki hidrolik dağılım düzgün olmadığında, ν=Q/A nedeniyle bazı tüplerde akış hızı çok yüksek olur, topakların yükselmesine neden olur, bu da atık su kalitesinin tüpsüz olandan daha da kötü olmasına neden olur. Bu nedenle eğimli tüp çökelticilerdeki su dağılımı, sıradan çökeltme tanklarına göre daha düzgün olmalıdır.

3.3 Eğimli boruların montaj yönü içeri akış yönünün tersi olmalıdır

Giriş borusundan yerleşimciye giren su işlemi, akış kesitinin ani bir şekilde genişlemesini içerir. Bu nedenle akış kısa bir değişime uğrar. Bu değişikliği önlemek için eğimli boruların montaj yönü giriş yönünün tersi olmalıdır. Bu, akıştaki ani değişimin flokların sedimantasyon verimliliği üzerindeki etkisini azaltabilir.