Disku difuzora izvēles rokasgrāmata: katram projektam piemērota produkta izvēle

Komunālo notekūdeņu attīrīšanas un rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanas iekārtās parasti tiek izmantotas aerācijas sistēmas50% līdz 70% no kopējā augu enerģijas patēriņa. Kā aerācijas sistēmas galvenā sastāvdaļa disku difuzors tieši nosaka skābekļa pārvades efektivitāti, ventilatora jaudas patēriņu un ilgtermiņa uzturēšanas izmaksas. Tomēr praksē daudzos projektos pēc noklusējuma tiek izmantotas vispārīgas specifikācijas, neveicot strukturētu atlases procesu -, kā rezultātā rodas pārāk lieli pūtēji, nevienmērīgi aerācijas modeļi un priekšlaicīga membrānas nomaiņa. Šajā rakstā ir sniegta sistemātiska diska difuzora izvēles sistēma, kas aptver sešus būtiskos konstrukcijas parametrus, kas būtu jāizvērtē katram inženierim, reproducējamu piecu{5} soļu atlases metodiku un detalizētu gadījuma izpēti no 100 000 m.³/dienā pašvaldības rūpnīcas modernizācija.

1. SEŠI GALVENIE DIZAINA PARAMETRI PIRMS ATLASES

1.1 Gaisa plūsmas ātrums

Gaisa plūsmas ātrums ir galvenais izvēles parametrs jebkuram diska difuzoram. Standarta smalkie{1}}burbuļdisku difuzori parasti darbojas noteiktā dizaina diapazonā1 līdz 8 Nm³/h par vienību, un lielākajai daļai komunālo lietojumu piemērotā vieta ir no 2 līdz 4 Nm³/h. Darbojas zem 1 Nm³/h rada nepietiekamu turbulenci, lai cietās vielas noturētu suspensijā, un var nespēt nodrošināt bioloģisko skābekļa pieprasījumu. Un otrādi, pārsniedzot 8 Nm³/h rada rupjus,{0}}ātri augošus burbuļus, kas samazina skābekļa pārneses efektivitāti par 15% līdz 25% un var izraisīt mehānisku spriegumu, kas izraisa membrānas plīsumus perforācijas vietās. Praktisks noteikums iratlasiet plūsmas ātrumu darbības loga apakšējā -līdz-vidējā diapazonā, rezervējot augšējo diapazonu maksimālās-slodzes robežai, nevis nepārtrauktai darbībai.

1.2. Burbuļa izmērs un standarta skābekļa pārvades efektivitāte (SOTE)

Smalki burbuļu disku difuzori rada burbuļus ar diametru1 līdz 3 mm, sasniedzot standarta skābekļa pārneses efektivitāti (SOTE).25% līdz 35% uz vienu iegremdēšanas metrutīrā ūdenī. Tas ir par aptuveni 40% līdz 60% augstāks nekā rupjās-burbuļu alternatīvās, kas tieši nozīmē mazāku pūtēja zirgspēku un samazinātus enerģijas rēķinus. Augstas -stiprības rūpnieciskajiem notekūdeņiem ar paaugstinātu ĶSP koncentrāciju vai zemas -temperatūras ekspluatācijas apstākļiem (zem 10 °C),EPDM membrānas disku difuzori ar smalkākiem poru izmēriem un lielāku īpatnējo virsmupriekšroka tiek dota, jo tie kompensē samazināto skābekļa masas pārneses koeficientu zemākā temperatūrā. Izpratne, ka SOTE nav fiksēts skaitlis -, tas mainās atkarībā no gaisa plūsmas ātruma, iegremdēšanas dziļuma un membrānas stāvokļa -, ir ļoti svarīgi, lai sistēmas izmēri būtu reāli.

1.3. Pārklājuma laukums un izkārtojuma blīvums

Katrs diska difuzors parasti aptver apkalpošanas zonu0,5 līdz 3 m², atkarībā no baseina ģeometrijas, ūdens dziļuma un mērķa skābekļa sadalījuma profila. Pārklājuma laukums nav vienkārši kopējā baseina grīdas platība, kas dalīta ar difuzora skaitu -, tai ir jāņem vērā pārklājošie skābekļa dispersijas konusi, kas veidojas ap katru difuzoru. Plūsmas baseinu -plūsmas gadījumā kritisks dizaina apsvērums ir tasdifuzora blīvumam vajadzētu samazināties gar plūsmas ceļu: blīvāks atstatums pie ieplūdes, kur organiskā slodze ir vislielākā, retāk pret izplūdi, kur BSP ir ievērojami samazināts. Šis graduētais izkārtojums novērš pārmērīgu-aerāciju gala galā, vienlaikus nodrošinot pietiekamu skābekļa padevi baseina augšdaļā, uzlabojot kopējo energoefektivitāti par 10% līdz 15%, salīdzinot ar vienotiem-režģa izkārtojumiem.

1.4 Ūdens dziļums un pretspiediens

Katrs ūdens dziļuma metrs palielina aptuveni9,8 kPa hidrostatiskais pretspiediensuz difuzora membrānas un pūtēja sistēmas. Lai gan dziļāki baseini uzlabo skābekļa pārnešanu, palielinot burbulīšu -ūdens saskares laiku, tie prasa arī lielāku izplūdes spiedienu no pūtējiem. Uzstādīšanai baseinosdziļums pārsniedz 6 metrus, ir ieteicamas pastiprinātas pamatnes plāksnes un biezākas EPDM membrānas (parasti 2,0 līdz 2,5 mm), lai novērstu deformāciju, šļūdei vai plīsumu ilgstoša spiediena ietekmē. Attiecība starp dziļumu, SOTE un enerģijas izmaksām ir nelineāra - pieaugošais SOTE pieaugums uz papildu metru dziļuma samazinās vairāk nekā par aptuveni 7 metriem, savukārt ventilatora enerģijas patēriņš turpina lineāri pieaugt. Izmaksu-ieguvumu analīzei, kurā ņemtas vērā gan kapitāla izmaksas, gan 10 gadu darbības izmaksas, vajadzētu būt padziļinātai izvēlei.

1.5. Darba temperatūra un materiāla īpašības

Membrānas materiāla izvēli nosaka aerācijas baseina ķīmiskā un termiskā vide.EPDM (etilēnpropilēna diēna monomērs)ir nozares standarts sadzīves notekūdeņiem, kas piedāvā plašu darba temperatūras diapazonu-40 ° C līdz 130 ° C, lieliska izturība pret novecošanos un UV iedarbību, kā arī konkurētspējīgas izmaksas. Tomēr rūpniecisko notekūdeņu plūsmām, kas satur eļļas, šķīdinātājus vai agresīvas ķīmiskas vielas, EPDM var uzbriest un noārdīties dažu mēnešu laikā. Šajās lietojumprogrammāssilikona membrānas vai īpaši izstrādāti eļļas{0}izturīgi EPDM savienojumibūtu jāprecizē. Membrānas ar PTFE-pārklājumu nodrošina papildu ķīmisko izturību ekstrēmās vidēs, lai gan ar augstāku vienības cenu. Tālāk esošajā tabulā ir apkopoti galvenie materiālu atlases kritēriji.

1.6. Uzstādīšanas un apkopes konfigurācija

Izvēle starpfiksēta{0}}apakšā un paceļama (atgūstama) instalācijair stratēģisks lēmums, kas ietekmē gan kapitālieguldījumus, gan{0}}ilgtermiņa darbības elastību. Fiksētas-apakšas instalācijas, kurās izmanto vītņotus savienojumus vai seglu skavas uz iegremdētām cauruļvadu galvenēm, nodrošina zemākas sākotnējās materiālu izmaksas un vienkāršāku konstrukciju. Tomēr jebkurai membrānas pārbaudei vai nomaiņai ir nepieciešama pilnīga baseina atūdeņošana -, kas ir dārgs un laikietilpīgs{5}}process, kas var veikt apstrādes vilcienu bezsaistē.3 līdz 7 dienas. Paceļamās sistēmas, kas montē difuzorus uz noņemamiem rāmjiem vai šarnīrveida svirām, nodrošina individuālu difuzoru apkopi bez atūdeņošanas. Lai gan sākotnējie ieguldījumi parasti ir15% līdz 25% augstāks, šī konfigurācija ievērojami samazina ilgtermiņa uzturēšanas izmaksas-, jo īpaši iekārtās ar ierobežotu dublēšanas vai nepārtrauktas izlādes atļauju prasībām. Iekārtām, kurās ir vairāk nekā 500 difuzoru vienību, paceļamā konfigurācija bieži vien nodrošina atmaksāšanās periodu, kas ir mazāks par 3 gadiem, samazinot apkopes dīkstāves laiku.

2. PIECU-SOĻU ATLASES METODE

Disciplinēts atlases process nodrošina, ka difuzora sistēma nav ne maza izmēra (kas izraisa notekūdeņu neatbilstību{0}}), ne pārāk liela (kapitāla un enerģijas izšķērdēšana). Tālāk norādītā piecu -pakāpju metode ir iegūta no aktīvo dūņu projektēšanas vadlīnijām un ir apstiprināta vairāk nekā 50 pašvaldību un rūpniecības projektos.

1. darbība. Aprēķiniet standarta skābekļa pārneses ātrumu (SOTR)

Sāciet ar ietekmējošo raksturojumu:COD, BOD₅, un amonjaka slāpekļa koncentrācijas, kopā ar nepieciešamajiem notekūdeņu standartiem. SOTR (kg O₂/h) standarta apstākļos aprēķina no faktiskās skābekļa nepieciešamības (AOR), kas dalīta ar korekcijas koeficientiem. AOR ir jāņem vērā gan oglekļa BSP noņemšana, gan nitrifikācijas skābekļa patēriņš - aptuveni4,6 kg O₂uz kg NH₃-N oksidēts. Maksimālās slodzes laikā (parasti mitrā{1}}laika plūsmas) skābekļa patēriņš var palielināties par 30% līdz 50%, un difuzora sistēmai jābūt konstruētai tā, lai tiktu galā ar šiem maksimumiem, nepārsniedzot augšējo plūsmas ierobežojumu vienam difuzoram.

2. darbība: nosakiet standarta skābekļa pārneses efektivitāti (SOTE)

Sāciet ar difuzora ražotāja tīrā ūdens SOTE līkni un piemērojiet korekcijas koeficientus reālajiem-pasaules apstākļiem. Jāpiemēro trīs kritiski labojumi:temperatūras korekcija(siltāks ūdens satur mazāk izšķīdušā skābekļa, samazinot pārneses dzinējspēku),sāļuma korekcija(izšķīdušie sāļi maina burbuļu saplūšanas uzvedību), unalfa faktors(procesa -ūdens un tīrā-ūdens skābekļa pārneses koeficientu attiecība, parasti no 0,4 līdz 0,8 atkarībā no MLSS koncentrācijas un virsmaktīvās vielas līmeņa). Labi -raksturots alfa faktors ir būtisks, - to pārvērtējot par 0,1, aerācijas sistēmas izmērs var samazināties par 15% līdz 20%.

3. darbība. Aprēķiniet kopējo gaisa pieprasījumu

Ja ir izveidots SOTR un koriģēts SOTE, kopējo gaisa pieprasījumu nosaka attiecība:Kopējais gaisa pieprasījums (Nm³/h)=SOTR / (0,28 x SOTE), kur 0,28 ir skābekļa empīriskā masas daļa gaisā (0,21 tilpuma daļa reizināta ar blīvuma attiecību standarta apstākļos). Šis aprēķins nodrošina ventilatora izmēra prasību. Ir saprātīgi pievienot a10% līdz 15% drošības koeficientsuz kopējo gaisa pieprasījumu, lai ņemtu vērā membrānas piesārņojumu, kas notiek pakāpeniski starp tīrīšanas cikliem, kas parasti samazina SOTE par 5% līdz 15% 12 līdz 18 mēnešu darbības periodā.

4. darbība: nosakiet difuzoru skaitu un izkārtojumu

Sadaliet kopējo gaisa pieprasījumu (ieskaitot drošības koeficientu) arprojektētais plūsmas ātrums uz difuzorulai iegūtu nepieciešamo vienību skaitu. Pēc tam izkārtojuma modeli - režģis, pakāpju vai josla - nosaka pēc baseina izmēriem, ieplūdes/izplūdes vietām un hidrauliskās modelēšanas rezultātiem. Taisnstūrveida baseiniem, kuru platums pārsniedz 10 metrus, adual{0}}roll modelisar difuzoriem, kas novietoti gar divām garenvirziena galvenēm, rada spirālveida plūsmas modeļus, kas uzlabo sajaukšanos un cieto vielu suspensiju. Difuzora atstatumam virzienā, kas ir perpendikulārs plūsmai, jābūt0,5 līdz 1,5 metri, ar tuvāku atstarpi pie baseina sienām, lai novērstu mirušās zonas. Lai gan CFD simulācija nav obligāta mazākiem projektiem, tā ir ļoti ieteicama baseiniem ar neparastu ģeometriju vai jauktu{1}}šķidruma recirkulācijas cilpām.

5. darbība. Verifikācija un optimizācija

Pēdējais solis ir sistēmas{0}}līmeņa verifikācija. Apstipriniet, kagaisa-un-ūdens attiecība ir robežās no 4:1 līdz 8:1- attiecība, kas ir mazāka par 4:1, var liecināt par nepietiekamu sajaukšanu, savukārt attiecība virs 8:1 liecina par iespējamu pārmērīgu-aerāciju un enerģijas izšķērdēšanu. Pārbaudiet, vai difuzora plūsmas ātrums (gaisa plūsma uz grīdas laukuma vienību) ir ieteicamajā diapazonā3 līdz 12 Nm³/h uz m²no baseina grīdas. Pielāgojiet plūsmas ātrumu vienam difuzoram, pievienojiet gaidstāves vienības vai pēc vajadzības mainiet izkārtojuma režģi. Šajā posmā ir arī laba prakse, lai izpildītu scenāriju, kas-ja būtu: ja viens pūtējs tiek izmantots bezsaistē, lai veiktu apkopi, vai pārējie difuzori var uzturēt vismaz 60% no paredzētās skābekļa pārneses? Ja nē, apsveriet iespēju uzstādīt gaidstāves pūtēju vai pievienot par 5% līdz 10% lielāku difuzora jaudu.

3. PIETEIKUMA GADĪJUMA IZPĒTE: PAŠVALDĪBAS NAI ATJAUNINĀŠANA

Projekta fons

A 100,000 m³/dienā sadzīves notekūdeņu attīrīšanas iekārtaĶīnas austrumos 8 gadus strādāja ar cauruļveida difuzoriem. Veiktspējas auditi atklāja pakāpenisku skābekļa pārvades efektivitātes samazināšanos - SOTE bija samazinājies no sākotnējiem 28% līdz aptuveni 18%, liekot pūtējiem darboties ar augstākiem apgriezieniem minūtē un ievērojami pārsniedzot projektēšanas kritērijus. Uzlabošanas mandāts bija divkāršs: uzlabot notekūdeņu kvalitāti no1.A klase līdz kvazi{1}}IV klases virszemes ūdens standartiem(TN mazāks par 10 mg/l, NH₃-N mazāks par 1,5 mg/l), vienlaikussamazinot aerācijas enerģijas patēriņupar vismaz 25%.

Dizaina risinājums

Izvēlēta inženieru komanda4800 vienību 325 mm diametra EPDM membrānas disku difuzoru, konfigurēts ar paredzēto plūsmas ātrumu 3 Nm³/h par vienību. Izkārtojuma blīvums tika noteikts 2,8 vienības uz m²baseina grīdas laukuma, kas sakārtoti graduētā veidā pa četriem paralēliem aizbāžņa{0}}plūsmas kanāliem. Difuzori tika uzstādīti uz apaceļama rāmja sistēma6,5 metru ūdens dziļumā, ļaujot atsevišķi nomainīt membrānu bez baseina atūdeņošanas. Pastiprinātas EPDM membrānas ar 2, 2 mm biezumu tika noteiktas, lai izturētu ilgstošu aptuveni 64 kPa pretspiedienu 6, 5 metru darbības dziļumā.

Darbības rezultāti

Pēc 12 mēnešu stabilas darbības rūpnīca ziņoja par ievērojamiem uzlabojumiem visos galvenajos darbības rādītājos:SOTE sasniedza 32%, par 78% uzlabojums salīdzinājumā ar degradēto cauruļveida sistēmu un par 4 procentu punktiem virs sākotnējās konstrukcijas cerības. Gaisa-un-ūdens attiecība bijasamazināts no 6,5:1 uz 4,2:1, nodrošinot to optimālajā efektivitātes diapazonā un novēršot pārmērīgu{0}}aerāciju, kas bija raksturīga iepriekšējai konfigurācijai. Vissvarīgākais,ventilatora enerģijas patēriņš samazinājies par 38%, radot gada elektroenerģijas ietaupījumu1,8 miljoni kWh-, kas atbilst aptuveni 1200 tonnām CO₂gadā novērstās emisijas. Paredzamais ieguldījumu atdeves periods bija18 mēneši, pēc kura ietaupījumi ieplūda tieši rūpnīcas darbības budžetā.

Key Takeaways

Šis gadījums to pierādadifuzora izvēle nav preču lēmums- tā ir inženiertehniskās optimizācijas problēma ar ievērojamām finansiālām un vides sekām. Graduētais izkārtojuma modelis vien nodrošināja aptuveni 8% no kopējā enerģijas ietaupījuma, novēršot pārmērīgu-aerāciju zemas-slodzes zonās. Paceļamā instalācija palielināja aptuveni 18% no sākotnējām aprīkojuma izmaksām, taču tiek prognozēts, ka 10{13}}gadu projektēšanas darbības laikā tas ietaupīs vairāk nekā 120 000 ASV dolāru no uzturēšanas-dīkstāves izmaksām. 18 mēnešu IA atbilst labi veiktiem difuzora jauninājumiem visā pasaulē, kur atmaksāšanās periods parasti ir no12 līdz 30 mēnešiatkarībā no vietējiem elektroenerģijas tarifiem un ražotnes mēroga.

SECINĀJUMS

Pareiza diska difuzora izvēle ir asistemātisks, daudz{0}}mainīgu inženierijas processkam ir jāņem vērā ūdens kvalitātes raksturlielumi, baseina ģeometrija, darbības režīms un 10{2}}līdz-20-gadu dzīves cikla izmaksas -, nevis tikai sākotnējā aprīkojuma cena. Projekti, kas saīsina atlases procesu, norādot vispārīgus difuzoru daudzumus un izkārtojumus, parasti cieš no nevienmērīgas aerācijas, paātrināta membrānas nodiluma un pārmērīga enerģijas patēriņa, kas ievērojami pārsniedz sākotnējos izmaksu ietaupījumus. Mēs iesakām sadarboties ar tehniskajiem piegādātājiem priekšizpētes vai sākotnējās projektēšanas fāzē, krietni pirms iepirkuma specifikāciju pabeigšanas, lai izmantotu ražotāja specifiskos veiktspējas datus un lietojumprogrammu pieredzi. Misijai kritiskiem vai liela mēroga projektiem,tīra ūdens skābekļa pārneses testiunCFD simulācijasnodrošināt kvantitatīvu pārbaudi, vai izvēlētā difuzora konfigurācija atbilst gan apstrādes, gan enerģijas mērķiem reālos darbības apstākļos. Lai iegūtu specifiskus projektu pieprasījumus un pielāgotus atlases priekšlikumus, lūdzu, sazinieties ar mūsu tehnisko inženieru komandu.