Die Sedimentationstrennung als Einheitsvorgang wird seit langem in der Wasseraufbereitungskontrolle eingesetzt und ist eine relativ praktische Wasseraufbereitungstechnologie. Um den Sedimentationstrenneffekt zu verbessern, werden während des Betriebs häufig geneigte Platten oder geneigte Rohre in der Absetzzone installiert, so dass das Prinzip der flachen Schicht angewendet werden kann und die Vorteile einer großen Fläche und einer hohen Trenneffizienz genutzt werden können. Allerdings sind die bei der Anwendung auftretenden Probleme kaum beachtet worden. Dieses Papier konzentriert sich auf die Analyse zentraler Probleme, die während der Anwendung auftreten, und schlägt entsprechende Lösungen als Referenz vor.
1. PROBLEME, DIE BEI DER ANWENDUNG VON SCHRÄGROHR-ABSETZERN AUFTRETEN
Wenn die Wasserverteilung am Einlass des Schrägrohrabscheiders nicht gleichmäßig ist, kommt es zu starken Turbulenzen in der Flüssigkeitsbewegung in der Nähe des Einlasses. Dadurch entsteht am Einlauf eine extrem hohe lokale Strömungsgeschwindigkeit, wodurch der zuvor an den Schrägrohren abgelagerte Schlamm wieder aufsteigt.
Die innere Situation eines Schrägrohrabscheiders im Normalbetrieb ist in Abbildung 1 dargestellt.
Aus Abbildung 1 ist ersichtlich, dass der Wasserfluss und der Schlammfluss jeweils eigene Wege haben. Bei längerem Normalbetrieb liegt die Bewegung des Schlammstroms grundsätzlich nahe am dynamischen Gleichgewicht:
Zu diesem Zeitpunkt ist die SS-Entfernungseffizienz des Abwassers gut.
Wenn die Strömungsverteilung am Einlass jedoch nicht gleichmäßig genug ist, wird die Strömungsgeschwindigkeit an einigen Rohreinlässen zu hoch, was zu starken Turbulenzen und einer Verschlechterung der Abwasserqualität führt.
2. FLÜSSIGKEITSMECHANISCHE ANALYSE DES PROBLEMS
Während des gesamten ungünstigen Prozesses weist die Flüssigkeit die in Abbildung 2 dargestellte Situation auf.
Die Gründe für das obige Phänomen werden unter folgenden Gesichtspunkten analysiert.
2.1 Hydraulische Analyse der ungünstigen Situation
Tatsächlich kann das Auf- und Abfließen von Wasser und Schlamm in den geneigten Rohren als annäherndes Fluidisierungsphänomen angesehen werden. Angenommen, v ist die Oberflächengeschwindigkeit des Wassers durch die Rohre, u₁ die tatsächliche Geschwindigkeit des Wassers durch die Schlammpartikel und ε der Hohlraumanteil (der Schlammpartikelschicht). Dann ist u₁=v/ε, wie in Abbildung 3 dargestellt.
Wenn der Hohlraumanteil der suspendierten Feststoffe gering ist, ist die tatsächliche Geschwindigkeit des Wassers durch die Partikelschicht relativ hoch. Wenn die Partikelsedimentationsgeschwindigkeit als fester Wert u bekannt istSatz, nach der Theorie der verschiedenen Stufen der Fluidisierung, wenn die tatsächliche Geschwindigkeit des Wassers durch die Partikelschicht u₁=uSatzDer Wirbelzustand liegt im Festbettstadium mit einem stabilen Hohlraumanteil ε vor. Wenn u₁ > uSatz, wird der ursprüngliche Hohlraumanteil ε gebrochen, was zu einem Anstieg des Hohlraumanteils führt. Bei einem Schrägrohrabscheider führt dies dazu, dass die Partikel aufsteigen und die Abscheideleistung sinkt.
2.2 Analyse unterschiedlicher Absetzgeschwindigkeiten resuspendierter Schlammpartikel in verschiedenen Zuständen
Die resuspendierten Schlammpartikel liegen in Form von ① Einzelpartikeln und ② Partikelclustern unterschiedlicher Größe (mit Hohlraumanteil ε‘) vor. Gemäß der Absetzgeschwindigkeitsformel für einzelne Partikel im Bereich des Stokes-Gesetzes:
Für die Sinkgeschwindigkeit von Teilchenhaufen gilt nach der empirischen Beziehung von Steinour:
Wo:
vt,Gruppe- Absetzgeschwindigkeit der Partikelcluster, m/s;
t - Einschwingzeit, s;
g – Erdbeschleunigung, m/s²;
ρs, ρL- Partikel- und Flüssigkeitsdichte, kg/m³;
Dp- Partikeldurchmesser, m;
μ – dynamischer Viskositätskoeffizient, kg/(m·s);
ε – Leeranteil.
Da 0 < ε² < 1 und 0 < 10-1.82(1-ε)< 1, daraus folgt ε²·10-1.82(1-ε)< 1, daher vt,Gruppe
Gemäß der Sedimentationstheorie und dem oben genannten Beweis besteht für Partikelcluster nach der Resuspension eine geringere Wahrscheinlichkeit, dass sie sich absetzen, dh sie werden leichter vom Wasserfluss weggetragen, was die Sedimentationseffizienz verringert.
2.3 Strömungseigenschaften im ungünstigen Zustand
Wenn die in Abbildung 2 dargestellte ungünstige Situation eintritt, sieht man beim Blick auf die Wasseroberfläche des Absetzbeckens die Strömungsverteilung wie in Abbildung 4.
Wie in Abbildung 4 dargestellt, erscheinen auf der Wasseroberfläche drei Zonen: ① eine relativ ruhige Zone, ② eine Übergangszone und ③ eine Zone mit starken Turbulenzen. In der starken Turbulenzzone kann es in schwerwiegenden Fällen sogar zu einer Aufwölbung der Wasseroberfläche in kleinen gekrümmten Bögen kommen. Die SS-Konzentration ist hier extrem hoch und entspricht fast der des Zuflusses.
2.4 Testergebnisse vor Ort nach Korrektur basierend auf der obigen Analyse
Bei einem bestimmten Abwasseraufbereitungsprojekt war das Abwasser aufgrund des oben genannten Problems eher trüb. Nach einer hydraulischen Analyse und technischen Korrekturen zur Vereinheitlichung der Wasserverteilung trat das Phänomen des Flockenaufstiegs im Abwasser nicht mehr auf. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1 CODcr-Testergebnisse von Abwasser aus einer bestimmten Anlage
| Wasserprobencharge | Zufluss CODcr/(mg·L⁻¹) | Abwasser CODcr/(mg·L⁻¹) | Entfernungsrate/% |
| 1 | 1272 | 261 | 79.5 |
| 2 | 1153 | 245 | 78.7 |
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass nach Korrektur und gleichmäßiger Wasserverteilung die CODcr-Entfernungsrate ein relativ hohes Niveau erreichte.
3. MEHRERE PUNKTE, DIE BEI SCHRÄGROHR-ABSETZERN ZU BEACHTEN SIND
3.1 Analyse verschiedener Partikel
Bei verschiedenen Partikeln wie der Sandsedimentation, der Flockensedimentation von Druck- und Färbeabwässern und der Sedimentation von Kohleschlamm gibt es aufgrund von Unterschieden in der Partikeldichte, -form und dem Hohlraumanteil Unterschiede in der Sedimentation. Sandpartikel haben eine relativ hohe Dichte und geringe Größe, sodass sie sich schnell absetzen. Flocken aus Druck- und Färbereiabwässern haben eine relativ geringe Dichte, ähneln Wasser, haben eine große Form und einen hohen Hohlraumanteil, sodass sie sich langsam absetzen. Dazwischen fällt Kohleschlamm. Daher ist der Einfluss von Durchflussschwankungen bei der Sandsedimentation relativ gering, während bei Druck- und Färbereiabwässern der Einfluss von Durchflussschwankungen relativ groß ist. Daher stellen unterschiedliche Partikel unterschiedliche Anforderungen an die Strömungsverteilung. Bei Druck- und Färbeabwässern muss die Strömungsverteilung am Zulauf relativ gleichmäßig sein.
3.2 Schrägrohrabscheider erfordern eine gleichmäßigere Wasserverteilung
Da geneigte Rohre (normalerweise 35 mm, 50 mm im Durchmesser) im Absetzbecken angebracht sind, wird die Strömungsgeschwindigkeit aufgrund von ν=Q/A in einigen Rohren zu hoch, wenn die hydraulische Verteilung unter den Rohren nicht gleichmäßig ist, was zum Aufsteigen von Flocken führt, was zu einer noch schlechteren Abwasserqualität führt als ohne Rohre. Deshalb sollte die Wasserverteilung in Schrägrohrklärbecken gleichmäßiger sein als in gewöhnlichen Absetzbecken.
3.3 Die Einbaurichtung von Schrägrohren sollte entgegen der Einströmrichtung erfolgen
Beim Eintritt von Wasser in den Absetzer durch das Zulaufrohr kommt es zu einer schlagartigen Vergrößerung des Strömungsquerschnitts. Daher erfährt der Fluss eine kurze Änderung. Um diese Änderung zu vermeiden, sollte die Einbaurichtung der Schrägrohre entgegen der Einströmrichtung erfolgen. Dadurch kann der Einfluss der plötzlichen Strömungsänderung auf die Sedimentationseffizienz der Flocken abgemildert werden.