Sedimentācijas atdalīšana kā vienības darbība jau sen tiek izmantota ūdens attīrīšanas kontrolē un ir samērā praktiska ūdens attīrīšanas tehnoloģija. Lai uzlabotu sedimentācijas atdalīšanas efektu, lietošanas laikā nosēšanās zonā bieži tiek uzstādītas slīpas plāksnes vai slīpas caurules, lai varētu piemērot seklā slāņa principu, izmantojot lielas platības un augstu atdalīšanas efektivitāti. Tomēr problēmas, kas rodas pieteikuma laikā, reti ir piesaistījušas uzmanību. Šis raksts koncentrējas uz galveno problēmu analīzi, kas parādās pieteikuma laikā, un piedāvā atbilstošus risinājumus atsaucei.
1. PROBLĒMAS, KAS RODAS IZMANTOJOT SLĪPĀS CAURUĻU NOSTĀDĪTĀJUS
Ja ūdens sadalījums slīpās caurules nostādinātāja ieejā nav vienmērīgs, šķidruma kustībā pie ieplūdes atveres radīsies nopietna turbulence. Tas izraisa ārkārtīgi lielu lokālo plūsmas ātrumu pie ieplūdes atveres, liekot iepriekš uz slīpajām caurulēm nogulsnētajām dūņām atkal pacelties.
Slīpu cauruļu nostādinātāja iekšējā situācija normālas darbības laikā ir parādīta 1. attēlā.
No 1. attēla redzams, ka ūdens plūsmai un dūņu plūsmai katram ir savi ceļi. Ja normāla darbība turpinās ilgu laiku, dūņu plūsmas kustība būtībā ir tuvu dinamiskajam līdzsvaram:
šajā laikā notekūdeņu SS noņemšanas efektivitāte ir laba.
Tomēr, ja plūsmas sadalījums pie ieplūdes atveres nav pietiekami vienmērīgs, plūsmas ātrums dažās cauruļu ieplūdēs kļūst pārāk liels, izraisot nopietnu turbulenci un notekūdeņu kvalitātes pasliktināšanos.
2. PROBLĒMAS ŠĶIDRUMU MEHĀNIKAS ANALĪZE
Visā nelabvēlīgā procesa laikā šķidrums parādīs situāciju, kas parādīta 2. attēlā.
Iepriekš minētās parādības cēloņi tiek analizēti no šādiem aspektiem.
2.1. Nelabvēlīgas situācijas hidrauliskā analīze
Faktiski ūdens un dūņu plūsma uz augšu un uz leju slīpajās caurulēs var tikt uzskatīta par aptuvenu fluidizācijas parādību. Pieņemsim, ka v ir virspusējais ūdens ātrums caur caurulēm, u₁ ir faktiskais ūdens ātrums caur dūņu daļiņām un ε ir (dubļu daļiņu slāņa) tukšā daļa. Tad u₁=v/ε, kā parādīts 3. attēlā.
Ja suspendēto daļiņu tukšā daļa ir maza, faktiskais ūdens ātrums caur daļiņu slāni ir salīdzinoši liels. Ja daļiņu nosēšanās ātrums ir zināms kā fiksēta vērtība ukomplekts, saskaņā ar dažādu fluidizācijas stadiju teoriju, kad faktiskais ūdens ātrums caur daļiņu slāni u₁=ukomplekts, verdošais stāvoklis ir fiksētas slāņa stadijā ar stabilu tukšumu frakciju ε. Kad u₁ > ukomplekts, sākotnējā tukšuma daļa ε ir salauzta, izraisot tukšās daļas pieaugumu. Slīpam cauruļu nostādinātājam tas nozīmē, ka daļiņas paceļas, samazinot atdalīšanas efektivitāti.
2.2. Dažādu atkārtoti suspendētu dūņu daļiņu nosēšanās ātrumu analīze dažādos stāvokļos
Atkārtoti suspendētās dūņu daļiņas pastāv ① atsevišķu daļiņu un ② dažāda izmēra daļiņu kopu veidā (ar tukšo frakciju ε'). Saskaņā ar nostādināšanas ātruma formulu atsevišķām daļiņām Stoksa likuma reģionā:
Daļiņu klasteru nosēšanās ātrumam saskaņā ar Steinora empīriskajām attiecībām:
kur:
vt, grupa- daļiņu kopu nosēšanās ātrums, m/s;
t - nosēšanās laiks, s;
g - gravitācijas paātrinājums, m/s²;
ρs, ρL- daļiņu un šķidruma blīvums, kg/m³;
Dp- daļiņu diametrs, m;
μ - dinamiskās viskozitātes koeficients, kg/(m·s);
ε - tukšā daļa.
Tā kā 0 < ε² < 1 un 0 < 10-1.82(1-ε)< 1, no tā izriet, ka ε²·10-1.82(1-ε)< 1, tātad vt, grupa< vt.
Saskaņā ar sedimentācijas teoriju un iepriekšminēto pierādījumu, pēc atkārtotas suspendēšanas daļiņu kopas ir mazāk nosēdušās, ti, tās vieglāk aiznes ūdens plūsma, samazinot sedimentācijas efektivitāti.
2.3. Plūsmas raksturlielumi nelabvēlīgā stāvoklī
Kad iestājas 2. attēlā redzamā nelabvēlīgā situācija, skatoties lejup uz nosēdinātāja ūdens virsmu, plūsmas sadalījums parādās kā 4. attēlā.
Kā parādīts 4. attēlā, uz ūdens virsmas parādās trīs zonas: ① relatīvi mierīga zona, ② pārejas zona un ③ spēcīga turbulences zona. Smagas turbulences zonā nopietnos gadījumos ūdens virsma var pat izspiesties mazos izliektos lokos. SS koncentrācija šeit ir ārkārtīgi augsta, gandrīz tāda pati kā ieplūstošajam.
2.4. uz vietas-pārbaudes rezultāti pēc korekcijas, pamatojoties uz iepriekš minēto analīzi
Noteiktā notekūdeņu attīrīšanas projektā iepriekš minētās problēmas dēļ notekūdeņi bija diezgan duļķaini. Pēc hidrauliskās analīzes un inženiertehniskās korekcijas, lai ūdens sadale būtu vienmērīga, floku parādība notekūdeņos vairs neparādījās. Testa rezultāti ir parādīti 1. tabulā.
1. tabula noteiktas iekārtas notekūdeņu CODcr testa rezultāti
| Ūdens paraugu partija | Ieplūstošais CODcr/(mg·L⁻¹) | Notekūdeņu CODcr/(mg·L⁻¹) | Izņemšanas līmenis/% |
| 1 | 1272 | 261 | 79.5 |
| 2 | 1153 | 245 | 78.7 |
No 1. tabulas redzams, ka pēc korekcijas un vienmērīgas ūdens sadales CODcr noņemšanas ātrums sasniedza salīdzinoši augstu līmeni.
3. VAIRĀKI PUNKTI, KAS ŅEMIET VĒRĀ Slīpu cauruļu nostādītājiem
3.1. Dažādu daļiņu analīze
Dažādām daļiņām, piemēram, smilšu sedimentācijai, drukāšanas un krāsošanas notekūdeņu floku sedimentācijai un ogļu vircas sedimentācijai daļiņu blīvuma, formas un tukšuma frakcijas atšķirību dēļ, ir atšķirības sedimentācijā. Smilšu daļiņām ir salīdzinoši augsts blīvums un mazs izmērs, tāpēc tās ātri nosēžas. Drukāšanas un krāsošanas notekūdeņu flokām ir relatīvi zems blīvums, tuvu ūdenim, liela forma un liela tukšumu daļa, tāpēc tie nosēžas lēni. Ogļu virca iekrīt starp abiem. Tāpēc smilšu sedimentācijai plūsmas svārstību ietekme ir salīdzinoši neliela, savukārt notekūdeņu apdrukai un krāsošanai plūsmas svārstību ietekme ir salīdzinoši liela. Tādējādi dažādām daļiņām ir atšķirīgas prasības plūsmas sadalījumam. Notekūdeņu drukāšanai un krāsošanai plūsmas sadalījumam pie ieplūdes ir jābūt samērā vienmērīgam.
3.2. Slīpām caurulēm ir nepieciešams vienmērīgāks ūdens sadalījums
Tā kā nostādinātājā tiek ievietotas slīpas caurules (parasti 35 mm, 50 mm diametrā), tad, kad hidrauliskais sadalījums zem caurulēm nav vienmērīgs, ν=Q/A dēļ plūsmas ātrums dažās caurulēs kļūst pārāk liels, izraisot floku paaugstināšanos, kā rezultātā notekūdeņu kvalitāte ir vēl sliktāka nekā bez caurulēm. Tāpēc ūdens sadalījumam slīpās cauruļu nostādinātājos jābūt vienmērīgākam nekā parastajās sedimentācijas tvertnēs.
3.3. Slīpu cauruļu uzstādīšanas virzienam jābūt pretējam ieplūdes virzienam
Ūdens, kas no ieplūdes caurules iekļūst nostādnē, ir saistīts ar pēkšņu plūsmas šķērsgriezuma{0}}paplašināšanos. Tāpēc plūsma īslaicīgi mainās. Lai izvairītos no šīm izmaiņām, slīpo cauruļu uzstādīšanas virzienam jābūt pretējam ieplūdes virzienam. Tas var mazināt pēkšņu plūsmas izmaiņu ietekmi uz floku sedimentācijas efektivitāti.