Jak snížit turbiditu usazováku šikmých trubek: 4 upgrady hardwaru + 6 Provozní metody z závodu o kapacitě 40 000 m³/d

Když vstoupil v platnost nový čínský standard pitné vody GB5749-2006, limit zákalu u spotřebitele klesl z3 NTU až 1 NTU. Pro vodárny postavené v 80. letech 20. století se šikmými trubkovými usazovači to znamenalo, že usazená voda – která napájí filtry – musela být podstatně čistší. Protože zákal usazené vody pohání zákal filtrované vody a zákal přefiltrované vody je v podstatě hotový zákal vody. Závod o kapacitě 40 000 m³/den v Huizhou se této výzvy chopil. Tento článek popisuje přesně to, co se změnilo – upgrady hardwaru a šest provozních metod, které společně přinesly zákal usazené vody až tam, kde to nový standard vyžaduje.

PROČ JE KONTROLNÍM BODEM ZÁKAL Usazené VODY

V konvenční úpravně vody dochází ke snížení zákalu ve třech po sobě jdoucích fázích: sedimentační nádrž odstraňuje80–90%suspendovaných pevných látek a koloidů; filtry vyleští to, co zůstane; a hotová voda se dostává do rozvodu. Vztah mezi fázemi není nezávislý - je kaskádový:

Zákal usazené vody ↑ → Zákal filtrované vody ↑ → Zákal hotové vody ↑

Pokud je zákal usazené vody vysoký, musí filtry pracovat více. Pokud dojde k nárůstu, filtry vyžadují nucené zpětné proplachování, aby zůstaly v souladu. A s limitem 1 NTU podle nové normy na kohoutku – plus skutečnost, že koroze potrubí a sekundární kontaminace přívodu zvyšují zákal v distribučním systému –Konečná voda opouštějící zařízení musí být výrazně pod 1 NTU. To klade zátěž přímo na fázi sedimentace. Nemůžete si odfiltrovat cestu ze špatného usazení.

Nejde jen o problém dodržování předpisů. Snížení zákalu také redukuje mikroorganismy, snižuje koncentraci těkavých a polotěkavých organických sloučenin (a jejich mutagenní aktivitu) a je primárním mechanismem odstraňováníCryptosporidium a Giardia- prvokové patogeny, které samotná dezinfekce chlórem nemůže spolehlivě inaktivovat.

I. ROSTLINA - A PROČ POTŘEBUJÍ POMOC ŠIKMÉ TRUBKY

Vodárna Qiaodong of Huizhou General Water Supply Company byla navržena v polovině 80. let s kapacitou40 000 m³/d na fázi. Proces je konvenční, ale pevný: koagulace → usazovací nádoba se sklonem → rychlý gravitační filtr → dezinfekce. Průměrná kvalita surové vody za sledované období (leden 2005–duben 2007):

I když jsou šikmé trubkové usazovače účinné při násobení plochy a stabilizaci laminárního proudění, mají své vlastní strukturální omezení:krátká doba zdržení a kratší usazovací vzdálenost je činí méně stabilními než konvenční nádrže, když se mění kvalita surové vody nebo průtok. Výška distribuční zóny je 1,8 m, zóna čisté vody 1,1 m, celková doba zdržení 33 minut a doba zdržení trubice pouhých 7 minut. Když dojde k nárůstu průtoku nebo ke špičkám zákalu surové vody, je zde velmi malý hydraulický nárazník. Závod potřeboval modernizaci hardwaru a provozní disciplínu, aby splnil nový standard zákalu.

II. ČTYŘI HARDWAROVÉ AKTUALIZACE

1. Předchlorace surové vody

Do surové vody byl před koagulací přidán chlór. To plní dvě funkce: oxidaci organických polutantů (rozrušení struktur, které by jinak odolávaly koagulaci) adestabilizace koloidů- chlór odstraňuje organický povlak z povrchu koloidních částic, snižuje negativní náboj a elektrické odpuzování dvou vrstev, které udržují částice rozptýlené. Výsledkem je, že částice se srážejí a aglomerují snadněji, když se přidá koagulant. Předchlorace působí jako zabudovaný koagulační prostředek.

2. In-line mixér pro rychlý a rovnoměrný chemický kontakt

Míchání je základem flokulace – pokud koagulant a surová voda nejsou rovnoměrně smíchány během několika sekund, žádná doba flokulace to nevykompenzuje. Závod nainstaloval anin-line mixér: redukční trubka uvnitř potrubí surové vody, která vytváří prudkou změnu rychlosti a místní podtlak. Ztráta hlavy je přibližně 0,3 m. Při projektovaném toku je doba míchání10–20 sekunda turbulence generované uvnitř mísiče zajišťuje, že koagulant je v kontaktu s každým objemovým prvkem surové vody. Míchačka nahradila méně spolehlivé mechanické míchání pasivním hydraulickým zařízením, které nemá žádné pohyblivé části.

3. Mřížková flokulační nádrž - 27 vrstvy řízeného rozptylu energie

Stávající perforovaná vířivá flokulační nádrž byla přestavěna na amřížková flokulační nádržinstalací 27 vrstev mřížek. Jak voda protéká každou vrstvou mřížky, postupně se smršťuje a rozpíná – vytváří řízené gradienty rychlosti, které přivádějí částice do kontaktu, kolize a aglomerace. Výsledkem jsou vločky, které jsouvelké, husté a odolné proti střihuv době, kdy dosáhnou vstupu usazováku trubek. Dole bylo doplněno děrované kalové potrubí DN100 (3,6 m dlouhé, otvory 30 mm v křížovém vzoru) s napojením vysokotlaké vody pro zpětný proplach při ucpání otvorů. Nárazníková zóna využívá pevný sifon pro odvod kalu, ovládaný elektromagnetickým ventilem z centrálního dispečinku.

4. Prstové sběrné žlaby pro rovnoměrný odběr odpadních vod

Nerovnoměrné shromažďování ze zóny čisté vody vytváří zkrat – část vody tráví v trubkách méně času, než předpokládá konstrukce, a nese neusazené vločky do odpadní vody. Rostlina nahradila původní čtvercové sběrné otvory zadeset nerezových prstových žlabůrovnoměrně rozprostřeny v zóně čisté vody. Středová elevace všech sběrných otvorů byla nastavena na stejnou horizontální rovinu. Tato jediná změna snížila jak rozdíl zákalu mezi přední a zadní částí sběrné zóny, tak mezeru mezi zákalem objemné čisté vody a zákalem uvnitř jednotlivých žlabů.

III. ŠEST PROVOZNÍCH METOD, KTERÉ ZAJIŠŤUJÍ NÍZKÝ ZÁKAL

Po upgradech hardwaru se stále objevovaly občasné problémy: jemné částice vloček v odpadní vodě, nestabilní zákal usazené vody a vločky stoupající na vzdáleném konci nádrže. Ty způsobily vysoké zatížení filtru a nucené zpětné proplachování. K jejich odstranění bylo systematizováno šest operačních metod.

Metoda 1 - Provozujte řadový mixér při návrhovém zatížení

In-line mixer využívá rychlost proudění – nikoli mechanickou energii – k vytváření míchací turbulence. Ztráta hlavy se liší podlečtverec průtoku. Při návrhovém toku je míchání intenzivní a úplné. Při nízkém průtoku prudce klesá tlaková ztráta a účinnost míchání klesá. Když závod musí snížit výkon, namísto škrcení jednoho mixéru pracujícího při částečném zatížení, strategií je provozovat méně čistících vlaků při plném zatížení. Mixér by měl zůstat ve svém konstrukčním rozsahu, kdykoli je to možné.

Metoda 2 - Dávkování koagulantu řízené SCD

Závod původně řídil dávku koagulantu ručně - operátoři přidávali chemikálie na základě zkušeností a upravovali po zhlédnutí výsledků. Ale úpravna vody je nepřetržitá a dynamická; v době, kdy obsluha vidí účinek změny dávky, voda, která obdržela nesprávnou dávku, již prošla sedimentační nádrží a dostala se k filtrům.

Rostlina adoptovalaSCD (detektor streamovaného proudu)řízení. SCD je online nástroj, který přímo měří účinek přidání koagulantu – nikoli průtok nebo zákal, ale skutečný proud proudu, který odráží neutralizaci koloidního náboje. Zjištěnou hodnotu porovnává s požadovanou hodnotou a pomocí matematického modelu automaticky upraví dávkovací čerpadlo. Smyčka je uzavřena: změřte → porovnejte → upravte → změřte.Dávka koagulantu sleduje změny surové vody v reálném čase, ne za 30–60 minut, které si lidský operátor všimne a zareaguje.

Metoda 3 - Nízká vstupní rychlost do sedimentační nádrže

Po vyvločkování se voda dostává do nárazníkové zóny v0.096 m/s, pak prochází pomaleji perforovanou stěnou do distribuční zóny. Účelem tohoto postupného snižování rychlosti je zachovat integritu vloček. Vločky, které přežily flokulační nádrž, mohou být stále odříznuty prudkým gradientem rychlosti na vstupu usazováku. Udržování nízké vstupní rychlosti - a zajištění děrované stěny rozděluje tok rovnoměrně po šířce nádrže - zabraňuje praskání vloček v poslední možné chvíli před usazením.

Metoda 4 - Včasné vypouštění kalu, včetně mrtvých zón

Sešikmené trubkové usazovače mají vlastní mrtvé zóny vypouštění kalu - kal se hromadí více na vzdálené straně od vypouštěcího stoupacího potrubí než na straně blízké. Monitoring to potvrdilzákal čisté vody je nižší na straně poblíž stoupacího potrubí. Když se v akumulační zóně hromadí kal, vzestupný tok může vydrhnout spodní kal a zvednout vločky zpět do suspenze. Když se kal hromadí uvnitř trubek, zmenšený průřez proudění zvyšuje místní rychlost a rychlejší proudění zvedá vločky, které se usadily nebo již usadily. Oba mechanismy zvyšují zákal na odpadních vodách.

Řešení je dvojí:pravidelné vypouštění kalu z akumulační zóny a periodické čištění povrchů trubek. Kal ve flokulační nádrži a nárazníkové zóně musí být také odstraněn - tyto usazeniny přivádějí do usazováku nepřetržitý přísun letitých, rozbitých fragmentů vloček.

Metoda 5 - Prodlužte prodlevu sběrače kalu sifonu na koncích nádrže

Zařízení využívá automaticky řízený mechanický sběrač kalu sifonového typu. Během provozu je kolektorzáměrně zpomalené na obou koncíchjeho dráhy a doba setrvání na koncích se prodlouží, aby bylo zajištěno důkladné odstranění kalu z oblastí, kde je akumulace nejhorší. Když je přítokový zákal vysoký, otevře se odkalovací ventil nádrže současně s mechanickým sběrem kalu, aby se vypustila spodní kalová voda. Ponorná čerpadla jsou plánována pro instalaci v klíčových zónách pro pomocné vypouštění kalu.

Metoda 6 - Posílení provozní disciplíny a koordinace na úrovni systému

Toto zařízení funguje jako regulátor průtoku a tlaku pro celý městský vodovodní systém, přičemž sdílí čerpadla a potrubí pro přívod surové vody s jinými závody. Když stanice sacího čerpadla přepne mezi velkými a malými čerpadly nebo jiná zařízení otevřou nebo zavřou sací ventily, průtok a tlak dosahující tohoto zařízení se náhle změní. Hydraulické poměry v surové vodě se mění. Dávka koagulantu – i při kontrole SCD – má zpoždění odezvy. S pouze 33 minutami celkové doby zdržení v usazovací nádrži může náhlá změna průtoku vytlačit neusazenou vodu do filtrů, než se dávkovací systém přizpůsobí.

Protiopatření jekoordinace na úrovni systému. Centrální dispečeři, kteří si uvědomují zvláštní citlivost tohoto závodu, koordinují výměny čerpadel a operace ventilů ve více závodech a na vstupní stanici, abyminimalizovat velikost a frekvenci kolísání průtoku a tlaku. Strukturovaný hlídkový systém na výrobní ploše zajišťuje, že operátoři pravidelně sledují tvorbu vloček před a za perforovanou stěnou a hromadění kalu v usazovací zóně. Školení – mentoring, rozvoj dovedností na pracovišti – buduje schopnost posuzovat podmínky v reálném čase a zasahovat dříve, než se z malé odchylky stane zákal.

ŘÍZITELNÉ PROMĚNNÉ - SHRNUTÍ

ZÁKLADNÍ POHLED

Krátký retenční čas usazováku nakloněných trubek - 33 minut celkem, 7 minut v trubkách – je jak jeho výhodou (kompaktní, nízkonákladový), tak jeho zranitelností (úzký hydraulický nárazník). Když je vše proti proudu optimalizováno – když je míchání intenzivní a rychlé, když dávka koagulantu sleduje kvalitu vody v reálném čase, když jsou vločky vstupující do trubek velké a odolné proti smyku, když je kal vypouštěn dříve, než se nahromadí, a když jsou změny průtoku tlumeny koordinací na úrovni systému – usazovač dodává zákal usazené vody dostatečně nízký, aby filtry mohly dělat svou práci bez stresu. Vynechejte kterýkoli z nich a číslo zákalu na vstupu filtru vypráví příběh.

Zkušenosti továrny v Huizhou ukazují, že je dosažitelné zasažení vody s povrchovou úpravou nižší než 1 NTU ze starého usazováku s nakloněnými trubkami z 80. let – vyžaduje to však zacházet s usazovákem nikoli jako s izolovaným zařízením, ale jako s koncovým koncem řetězce, který začíná chlorací surové vody a končí u sběrného žlabu. Každý článek v tomto řetězci je kontrolním bodem.