Vodní elektrárna Kunshan Jinghe (600 000 m³/d): Jak modernizace usazováku s šikmým bočním tokem snížila zákal pod 1,0 NTU — s nulovou přidanou energií

DOMOV › PŘÍPADY › RETROFIT SEDLOVAČE SKLONNÝCH DESEK - VODNÍ ROSTLINA KUNSHAN

Publikováno: 28.05.2025 • Kategorie:Případy• Štítky:Usazovač trubek · Usazovač šikmých desek · Sedimentace Retrofit · Pitná voda · Kunšan

ODDÍL 1

Závod 600 000 m³/d se zastaralým procesem a problémem se zákalem

Vodní závod Kunshan Jinghe není malé zařízení. S konstrukční kapacitou600,000 m³/dobsluhující velké město v provincii Ťiang-su, prošla v letech 2006–2007 modernizací pokročilého čištění, kdy ke své konvenční úpravě přidala ozon-biologické aktivní uhlí. Po celá léta závod provozoval flokulační mřížku → horizontální průtoková sedimentační nádrž → flotační nádrž → filtrační proces typu V – konfigurace navržená, když zdroj surové vody, jezero Kui, trpěl sezónním výkvětem řas, kvůli kterému byla flotace nezbytná.

Pak, v listopadu 2011, se vše změnilo. Projekt přesměrování vody v řece Yangtze byl spuštěn online, čímž Kunshan získal druhý zdroj surové vody. Nový dvouzdrojový systém „řeka + jezero“ dramaticky zlepšil kvalitu surové vody. Hladiny řas klesly. A flotační nádrž - kdysi kritická - se stala aodpovědnost za vysokou spotřebu energie. Před dodatečnou montáží byl již vyřazen z provozu.

Ale vyřazení flotační nádrže z provozu vytvořilo kaskádu problémů. Horizontální průtoková sedimentační nádrž byla dlouhá pouhých 76 metrů (včetně 22metrové koncové sběrné zóny), což jí dalo relativněkrátká hydraulická retenční doba. Bez leštícího efektu flotace stoupl zákal usazené vody až na1,0–2,0 NTUa operátoři mohli vizuálně vidět jemné vločkové částice proudící směrem k filtrům. Následné filtry typu V zabíraly kratší běhy filtru, častější zpětné proplachování, vyšší spotřebu energie a vody.

Závod potřeboval rekonstrukci. Ale s nádrží na čistou vodu postavenou přímo pod sedimentační a flotační nádrží a konstrukcí starou již více než 20 let nemohli věci jen tak strhnout a začít znovu. Každá úprava musela respektovat stávající konstrukci, vyhnout se zvýšení hmotnosti a – kriticky – nikdy neriskovat poškození střechy nádrže na čistou vodu.

ODDÍL 2

Stručný návrh: Dovybavení v rámci 20 let staré struktury

Inženýrský tým stanovil tři jasná omezení:

1.Minimalizujte strukturální poškození stávajících tanků – tyto byly postaveny v 90. letech a na začátku 21. století.

2.Pilotní fáze II (50 000 m³/d) – jediný čistící vlak – před zvažováním zavedení celého závodu.

3.Cíl: zakalení odpadních vod sedimentační nádržestabilně pod 1,0 NTUs kontrolovanými investičními náklady.

Základní strategie byla elegantně jednoduchá:přeměnit stávající prostor flotační nádrže na sekundární sedimentační zónu, kompenzující nedostatečnou délku nádrže s horizontálním průtokem. O tom, zda byla modernizace úspěšná nebo neúspěšná, by však rozhodovala dvě zásadní rozhodnutí o návrhu.

ODDÍL 3

Dvě rozhodnutí typu Make-or-Break: sběrné žlaby a typ osadníku

Rozhodnutí 1Ponechat nebo odstranit sběrné žlaby?

Horizontální průtoková sedimentační nádrž měla na konci pět sběrných žlabů o délce 22 metrů, železobetonových s nerezovými přestavitelnými jezovými deskami. Jejich ponechání by ušetřilo demoliční práce. Ale vzor proudění směrem nahoru, jak voda vstoupila do žlabů, by zvedl jemné částice vloček, které se sotva usadily, a podkopal celý proces sedimentace.

Rozhodnutí: Odstraňte žlaby.Zisk 22 metrů v efektivní délce sedimentace daleko převážil dodatečné náklady na demolici. Voda by nyní protékala distribučními otvory v dělicí stěně řízenou rychlostí menší nebo rovnou 0,1 m/s a plynule přecházela do sekundární sedimentační zóny.

Rozhodnutí 2Usazováky trubek nebo šikmé desky s bočním tokem?

To byla klíčová technická volba. Jak trubkové usazováky, tak usazováky se šikmými deskami využívají principu sedimentace v mělké hloubce – přidáním více paralelních usazovacích ploch k dramatickému zvýšení efektivní usazovací plochy v rámci stejného objemu nádrže. Ale směr toku dělá velký rozdíl.

Usazováky trubek se vzestupným tokem mají v tomto scénáři čtyři zásadní nevýhody:

▷Vločka, která se dostala do sekundární zóny, byla již v pořádku a lehce se usazovala i při horizontálním proudění. Při vzestupném proudění (protiproudá sedimentace) by je voda stoupající proti padajícím částicím vynášela vzhůru, takže separace je nepředvídatelná.

▷Původní flotační nádrž byla pouze 3,3 m vysoká s efektivní hloubkou pod 3,0 m po volném boku. Usazováky trubek potřebují alespoň 4,5 m pro správnou spodní distribuci a horní zóny čisté vody. Nedostatečná výška znamená špatnou distribuci – zabiják č. 1 ve výkonu osadníků.

▷Plocha nádrže 400 m² velmi znesnadňovala rovnoměrnou distribuci a sběr přes velké pole usazováků trubek, zejména při omezení výšky.

▷Jakákoli nerovnoměrnost vytváří místní oblasti s vysokým hydraulickým zatížením, kde unikají jemné vločky, což zcela porušuje účel sekundární sedimentace.

Nakloněné desky s bočním prouděním vyřešily všechny čtyři problémy:

✓Voda proudí vodorovně, částice se usazují směrem dolů křížovým proudem s minimálním rušením. Daleko příznivější pro jemné vločky.

✓Horizontální rozvod podél nádrže o délce 18,6 m poskytuje dostatek prostoru pro rovnoměrný průtok bez výškových rozdílů.

✓Potřebná hloubka nádrže pouze 3–3,5 m – ideální pro stávající 3,3 m flotační nádrž.

Rozhodnutí: Šikmé desky s bočním prouděním.Nebylo to příliš těsné – kvůli fyzikálním omezením stávající nádrže byly usazováky trubek neživotaschopné a nakloněné desky byly přirozeným řešením.

Toto je poučení, které stojí za zapamatování:v projektech modernizace je „nejlepší“ technologie na papíře irelevantní. Jediné, na čem záleží, je to, co funguje v rámci omezení vaší stávající struktury.

ODDÍL 4

Konečný design: Každé číslo, na kterém záleželo

Po srovnání schématu se sešel návrh modernizace pro 50 000 m³/d fáze II na úpravu vody. Zde jsou technické detaily - druh, který můžete skutečně použít, pokud plánujete něco podobného.

4.1Úprava horizontální sedimentační nádrže

4.2Sedimentační zóna šikmé desky s laterálním tokem

ODDÍL 5

Konstrukce: Pracuje kolem 20 let staré nádrže na čistou vodu

Stavba byla zahájena v prosinci 2023 a systém byl uveden do provozu v polovině ledna 2024 – pouhých šest týdnů pro modernizaci na živém ošetřovacím vlaku. Vynikly tři výzvy:

Výzva 1Vrtání přes konstrukční stěny

Jak výstupní dělicí stěna sedimentační nádrže, tak i vstupní stěna flotační nádrže potřebovaly rozvodné otvory. Tyto stěny ale sloužily i jakozáklady pro nosné sloupy střechy. Vyvrtejte příliš mnoho děr nebo je udělejte příliš velké a ohrozíte strukturální integritu. Udělejte je příliš malé a místo rovnoměrného rozložení získáte tryskání.

Po konzultaci se statiky bylo řešení16 kruhových otvorů o průměru 600 mm v každé stěně- dost málo pro zachování pevnosti, dostatečně velké pro dosažení cílové distribuční rychlosti 0,1 m/s bez smyku vloček. Někdy je nejlepším technickým rozhodnutím vědět, kdy dále neoptimalizovat.

Výzva 2Nerozbij střechu (je to také podlaha)

Spodní deska flotační nádržejestřecha nádrže na čistou vodu. Jakékoli poškození by znamenalo únik do zásobníku vyčištěné vody pod katastrofální poruchový stav zařízení na pitnou vodu. Každá demolice a stavební činnost musela být naplánována kolem tohoto omezení. Žádné výjimky.

Výzva 3Váhová neutralita

Nemůžete přidat zátěž na střechu, která pro to nebyla navržena. Renovace musela být hmotnostně neutrální: každý kilogram nově instalovaného zařízení musel být kompenzován odstraněnými kilogramy. Inženýrský tým to pečlivě zohlednil:

✓Demontováno: flotační zařízení, skimmery, potrubí, zděné příčky

✓Přidáno:ABS šikmé desky(hustota blízká vodě - téměř neutrální vztlak při ponoření)

✓Přidáno:Lehké betonové kalové svahy(hustota odpovídá vodě, vyhýbá se mrtvému ​​zatížení)

Přístup k vyvážení hmotnosti je kritickou lekcí pro každou továrnu, která uvažuje o modernizaci tílka:výběr materiálu není jen o chemické odolnosti a hustotě nákladů, když pracujete na jiné struktuře.

ODDÍL 6

Výsledky: Zákal pod 1,0 NTU - bez přidání jediného wattu

Renovace byla uvedena do provozu v lednu 2024. Pět měsíců provozních údajů (únor–červen 2024) potvrdilo, že návrh splnil své cíle:

Zde je část, která je pro manažery závodu nejdůležitější:tohoto celého zlepšení bylo dosaženo bez přidání jakékoli formy spotřeby energie.Sedimentační zóna nakloněné desky funguje výhradně gravitací. V porovnání s flotační nádrží nahradila běžící vzduchové kompresory, recirkulační čerpadla a pohony skimmerů 24/7. Renovace nezlepšila pouze kvalitu vody; to odstranilo hlavní položku OpEx řádkové položky.

Objevil se jeden provozní problémto stojí za zmínku pro každého, kdo plánuje podobnou rekonstrukci. Před úpravou by občasná chemická pěna nebo plovoucí spodina na konci usazovací nádrže jednoduše spadla do sběrných žlabů a stékala k filtrům. Po renovaci jsou nové rozvodné otvory umístěny pod vodní hladinou - spodina z hladiny nemůže uniknout a hromadí se na konci nádrže. Nemá to vliv na kvalitu odpadních vod, ale je to nevzhledné. Závod to v současné době řeší ručním odstraňováním a později může přidat zařízení pro povrchové sklízení. Malý detail, ale takový, který usnadňuje nebo ztěžuje život operátorů.

Obrázek 1 Uspořádání přestavby: Sedimentační nádrž s horizontálním průtokem + Sedimentační zóna šikmé desky s bočním průtokem (fáze II, 50 000 m³/d vlak)

Obrázek 2 Jednotky nakloněné desky uvnitř přeměněné flotační nádrže - 2 Jednotky, materiál ABS, rozteč desek 80 mm

ODDÍL 7

Co nás tento projekt učí o úpravách sedimentace

Tento projekt není jednorázový. Závody po celém světě čelí stejné situaci: stará procesní jednotka, která kdysi sloužila svému účelu, nyní spotřebovává energii a dodává mezní hodnotu, stojí na cenných nádržích, které by mohly dělat víc. Kunshan retrofit nabízí pět přenosných lekcí:

1. Boční proudění bije nahoru proudění pro jemné vločkování.Když jsou vaše částice již malé a lehké, nebraňte se gravitaci – použijte separaci s příčným tokem, kde se voda pohybuje horizontálně a částice se usazují vertikálně s minimálním rušením.

2. Rovnoměrnost distribuce zvyšuje nebo narušuje výkon osadníků.Ať už si vyberete trubky nebo desky, pokud je vaše přívodní rozdělení nerovnoměrné, získáte lokalizované vysokorychlostní zóny, kde částice unikají. Kunshanský tým byl tímto posedlý – 16 pečlivě dimenzovaných otvorů, vstupní stabilizační zóny, výstupní stabilizace – a vyplatilo se.

3. U retrofitů tílka záleží na hustotě materiálu.ABS desky s hustotou blízkou vodě a sklony kalů z lehkého betonu udržely modernizaci neutrální. Toto není jen technická poznámka pod čarou – je to rozdíl mezi proveditelným projektem a projektem, který váš stavební inženýr zamítne.

4. Snížení spotřeby energie je stejně cenné jako zlepšení odpadních vod.Kompresory a čerpadla flotační nádrže byly konstantním odtokem OpEx. Nakloněný deskový usazovák běží na gravitaci. Po 20 letech zbývající životnosti elektrárny samotné úspory energie pravděpodobně převyšují náklady na modernizaci.

5. Univerzální šablona neexistuje.To, co fungovalo v Kunshanu – přeměna flotační nádrže na usazovací desku se sklonem – nemusí platit pro váš závod. Jiná surová voda, jiná geometrie nádrže, různá omezení. Metodika (hodnotit, porovnávat, pilotovat, ověřovat) je univerzální. Konkrétní řešení není.

Pro závody, které uvažují o podobné rekonstrukci, nabízí přístup nakloněné desky (lamely) přesvědčivou nabídku hodnoty:přidat efektivní usazovací plochu bez zvýšení stopy, zlepšit kvalitu odpadních vod bez přidání energie a znovu použít zastaralou nádrž bez velkých stavebních prací.S roztečí desek typicky 50–80 mm pro aplikace s pitnou vodou a materiály od PP a PVC po ABS a nerezovou ocel, existuje konfigurace pro prakticky jakoukoli existující geometrii nádrže.