1. Принципы и характеристики трубчатых отстойников.
Согласно теории мелкого резервуара, при условии фиксированного эффективного объема отстойника, чем больше площадь поверхности резервуара, тем выше эффективность осаждения, независимо от времени осаждения. Чем мельче резервуар, тем короче время осаждения. В трубчатом отстойнике зона осаждения разделена на тонкие слои рядом параллельных наклонных пластин или трубок, что воплощает принцип мелкого резервуара. Характеристики трубчатых отстойников с наклонными пластинами или трубками следующие:
1.Использование принципа ламинарного потока: Вода течет между пластинами или внутри трубок, где гидравлический радиус мал, что приводит к низкому числу Рейнольдса. Обычно число Рейнольдса (Re) составляет около 200, что указывает на ламинарный поток, который очень благоприятен для седиментации. Число Фруда потока внутри трубок составляет примерно от 1×10⁻³ до 1×10⁻⁴, что указывает на стабильное состояние потока.
2.Увеличенная площадь поверхности: Площадь отстойника увеличивается, что повышает эффективность отстойника. Однако из-за специфического расположения наклонных пластин, условий входа/выхода воды и структуры внутреннего потока фактическая производительность очистки не может достичь теоретического кратного значения. Отношение фактической эффективности седиментации к теоретической эффективности седиментации известно как эффективный коэффициент.
3.Уменьшенное расстояние осаждения частиц: Расстояние осаждения частиц сокращается, что значительно сокращает время осаждения.
4.Рефлокуляция частиц: Частицы флокулянтов повторно флокулируют внутри наклонных пластин или трубок, способствуя росту частиц и дополнительно повышая эффективность седиментации.
2. Структура трубчатых отстойников
Конструкция наклонных трубчатых или пластинчатых отстойников аналогична конструкции обычных отстойников и включает в себя входное отверстие, зону осаждения, выходное отверстие и зону сбора осадка. Однако в зоне осаждения установлено множество наклонных трубок или тарелок. На рис. 1 показана типичная конструкция трубчатого отстойника.
В отстойниках с наклонными пластинами и трубками направление потока воды относительно наклонных пластин можно разделить на три типа:восходящий поток, нисходящий поток, игоризонтальный поток, как показано на рисунках 2 и 3.
1.Восходящий поток (противоток): Вода течет вверх по наклонным пластинам или трубкам, а осадок оседает вниз. Их направления потока противоположны, такая конфигурация называется восходящим потоком или противотоком.
2.Нисходящий поток (параллельный поток): Вода течет вниз через наклонные пластины или трубки в том же направлении, что и осадок, что называется нисходящим потоком или спутным потоком.
3.Горизонтальный поток (перекрестный поток): Вода течет через пластины горизонтально, что известно как горизонтальный поток или поперечный поток, применимый только к наклонным пластинам.
В настоящее время большинство водоочистных сооружений, например, на электростанциях, используют восходящий поток и обычно используют наклонные трубы в качестве компонентов трубчатых отстойников.
3. Входная зона
Вода поступает в отстойник горизонтально. Зона впуска часто имеет перфорированные стенки, стенки с прорезями или впускные отверстия из наклонных трубок с нисходящим потоком, чтобы обеспечить равномерное распределение воды по ширине резервуара. Конструкция и требования аналогичны конструкциям горизонтальных отстойников. Для достижения равномерного оттока из наклонных трубок в системах с восходящим потоком необходима достаточная высота зоны распределения воды под трубками, обеспечивающая поддержание скорости на входе в пределах от 0.02 до 0,05 м/. с.
4. Угол наклона пластин и трубок.
Угол между наклонными пластинами и горизонтальной плоскостью называетсяугол наклона ( ). Меньшее значение приводит к более низкой критической скорости осаждения (u₀), улучшая эффект седиментации. Однако для обеспечения автоматического скольжения и беспрепятственного удаления осадка его размер не должен быть слишком маленьким. Для систем с восходящим потоком обычно составляет не менее 55–60 градусов. В системах с нисходящим потоком, где удаление осадка проще, угол обычно составляет не менее 30–40 градусов.
5. Форма и материал пластин и трубок.
Чтобы максимально эффективно использовать имеющийся объем резервуара, наклонные пластины и трубы имеют компактную геометрическую форму, например квадратную, прямоугольную, шестиугольную и гофрированную. Для удобства монтажа несколько или даже сотни наклонных трубок группируются в единый блок, который устанавливается в зоне осаждения. Материалы, используемые для наклонных пластин и трубок, должны быть легкими, прочными, нетоксичными и недорогими. Обычные материалы включают сотовую бумагу и тонкие пластиковые листы. Сотовые трубки могут быть изготовлены из пропитанной бумаги и отверждены фенольной смолой, обычно образуя шестиугольники с диаметром внутреннего круга 25 мм. Пластиковые листы, такие как жесткий ПВХ толщиной 0,4 мм, часто формуются термически.
6. Длина и расстояние между пластинами и трубками.
Чем длиннее наклонные пластины или трубки, тем выше эффективность осаждения. Однако слишком длинные пластины или трубки сложны в изготовлении и установке, а дальнейшее увеличение длины приводит к снижению эффективности. Если пластины или трубки слишком короткие, доля входной переходной зоны (зоны перехода от турбулентного к ламинарному потоку) увеличивается, уменьшая эффективную зону седиментации. Переходная зона в наклонных трубках составляет около {{0}} мм. Опыт показывает, что пластины с восходящим потоком должны иметь длину 0.8-1.0 м, минимум 0,5 м, тогда как пластины с нисходящим потоком имеют длину около 2,5 м. При постоянной скорости потока в поперечном сечении меньшее расстояние между пластинами или диаметрами трубок увеличивает скорость потока и поверхностную нагрузку, тем самым уменьшая размер резервуара. Однако слишком маленькое расстояние или диаметры трубок могут привести к производственным трудностям и засорам. При очистке воды расстояние между отстойниками с восходящим потоком или диаметром трубок обычно составляет 50-150 мм, а расстояние между пластинами с нисходящим потоком составляет около 35 мм.
7. Зона выхода
Для обеспечения равномерного оттока из наклонных тарелок или трубок решающее значение имеет расположение водосборных устройств. Эти устройства состоят из водосборных патрубков и магистральных каналов. Ответвления сбора могут включать перфорированные желоба, треугольные водосливы, тонкие водосливы и перфорированные трубы. Высота от выхода наклонной трубы до коллекторного отверстия (т. е. высота зоны чистой воды) зависит от расстояния между коллекторными ветвями и должна соответствовать следующей формуле:
h Больше или равно √3/2L
Где:
h– высота зоны чистой воды (м),
L– расстояние между ветвями коллекции (м).
Обычно L составляет от 1,2 до 1,8 м, поэтому h составляет от 1,0 до 1,5 м.
8. Скорость осаждения (u₀) частиц.
Скорость потока воды между наклонными пластинами аналогична горизонтальной скорости в горизонтальных отстойниках и обычно составляет от 10 до 20 мм/с. При использовании коагуляционной обработки скорость осаждения (u₀) составляет около 0,3–0,6 мм/с.