La separación de sedimentos, como operación unitaria, se ha utilizado durante mucho tiempo en el control del tratamiento de agua y es una tecnología de tratamiento de agua relativamente práctica. Para mejorar el efecto de separación de la sedimentación, a menudo se instalan placas inclinadas o tubos inclinados en la zona de sedimentación durante el uso, de modo que se pueda aplicar el principio de capa poco profunda, aprovechando una gran área y una alta eficiencia de separación. Sin embargo, los problemas que surgen durante la aplicación rara vez han llamado la atención. Este artículo se centra en el análisis de los problemas clave que aparecen durante la aplicación y propone las soluciones correspondientes como referencia.
1. PROBLEMAS QUE OCURREN DURANTE LA APLICACIÓN DE LOS COLONOS DE TUBO INCLINADO
Si la distribución del agua en la entrada del sedimentador de tubo inclinado no es uniforme, se producirán graves turbulencias en el movimiento del líquido cerca de la entrada. Esto provoca una velocidad de flujo local extremadamente alta en la entrada, haciendo que los lodos previamente depositados en los tubos inclinados vuelvan a subir.
La situación interna de un sedimentador de tubo inclinado durante el funcionamiento normal se muestra en la Figura 1.
En la Figura 1, se puede ver que el flujo de agua y el flujo de lodo tienen cada uno sus propios caminos. Si el funcionamiento normal continúa durante un largo tiempo, el movimiento del flujo de lodos se acerca básicamente al equilibrio dinámico:
en este momento la eficiencia de eliminación de SS de las aguas residuales es buena.
Sin embargo, si la distribución del flujo en la entrada no es lo suficientemente uniforme, la velocidad del flujo en algunas entradas de los tubos se vuelve demasiado alta, provocando turbulencias severas y deterioro de la calidad del efluente.
2. ANÁLISIS MECÁNICO DE FLUIDOS DEL PROBLEMA
Durante todo el proceso desfavorable, el fluido presentará la situación que se muestra en la Figura 2.
Las razones del fenómeno anterior se analizan desde los siguientes aspectos.
2.1 Análisis hidráulico de la situación desfavorable
De hecho, el flujo ascendente y descendente de agua y lodo en los tubos inclinados puede considerarse como un fenómeno aproximado de fluidización. Suponga que v es la velocidad superficial del agua a través de los tubos, u₁ es la velocidad real del agua a través de las partículas de lodo y ε es la fracción vacía (de la capa de partículas de lodo). Entonces u₁=v/ε, como se muestra en la Figura 3.
Si la fracción vacía de los sólidos suspendidos es pequeña, la velocidad real del agua a través de la capa de partículas es relativamente alta. Si la velocidad de sedimentación de las partículas se conoce como un valor fijo ucolocar, según la teoría de varias etapas de fluidización, cuando la velocidad real del agua a través de la capa de partículas u₁=ucolocar, el estado fluidizado es una etapa de lecho fijo con una fracción vacía estable ε. Cuando u₁ > ucolocar, la fracción vacía original ε se rompe, provocando un aumento en la fracción vacía. Para un sedimentador de tubo inclinado, esto significa que las partículas se elevan, lo que reduce la eficiencia de la separación.
2.2 Análisis de diferentes velocidades de sedimentación de partículas de lodos resuspendidos en varios estados
Las partículas de lodo resuspendidas existen en forma de ① partículas individuales y ② grupos de partículas de diferentes tamaños (con fracción vacía ε'). Según la fórmula de la velocidad de sedimentación para partículas individuales en la región de la ley de Stokes:
Para la velocidad de sedimentación de cúmulos de partículas, según la relación empírica de Steinour:
dónde:
vt,grupo- velocidad de sedimentación de los grupos de partículas, m/s;
t - tiempo de asentamiento, s;
g - aceleración gravitacional, m/s²;
ρs, ρL- densidad de partículas y líquido, kg/m³;
Dp- diámetro de partícula, m;
μ - coeficiente de viscosidad dinámica, kg/(m·s);
ε - fracción vacía.
Dado que 0 < ε² < 1 y 0 < 10-1.82(1-ε)< 1, se deduce que ε²·10-1.82(1-ε)< 1, por lo tanto vt,grupo
Según la teoría de la sedimentación y la prueba anterior, después de ser resuspendidos, es menos probable que los grupos de partículas se sedimenten, es decir, son arrastrados más fácilmente por el flujo de agua, lo que reduce la eficiencia de la sedimentación.
2.3 Características del flujo en estado desfavorable
Cuando ocurre la situación desfavorable que se muestra en la Figura 2, mirando hacia abajo a la superficie del agua del sedimentador, la distribución del flujo aparece como en la Figura 4.
Como se muestra en la Figura 4, aparecen tres zonas en la superficie del agua: ① una zona relativamente tranquila, ② una zona de transición y ③ una zona de turbulencia severa. En la zona de turbulencia severa, en casos graves, la superficie del agua puede incluso hincharse formando pequeños arcos curvos. La concentración de SS aquí es extremadamente alta, casi la misma que la del afluente.
2.4 Resultados de las pruebas-in situ después de la corrección según el análisis anterior
En cierto proyecto de tratamiento de aguas residuales, debido al problema anterior, el efluente era bastante turbio. Después del análisis hidráulico y la corrección de ingeniería para uniformar la distribución del agua, el fenómeno de elevación de flóculos ya no apareció en el efluente. Los resultados de la prueba se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1 Resultados de la prueba CODcr de aguas residuales de una determinada planta
| Lote de muestra de agua | Influente DQOcr/(mg·L⁻¹) | Efluente DQOcr/(mg·L⁻¹) | Tasa de eliminación/% |
| 1 | 1272 | 261 | 79.5 |
| 2 | 1153 | 245 | 78.7 |
En la Tabla 1, se puede ver que después de la corrección y la distribución uniforme del agua, la tasa de eliminación de CODcr alcanzó un nivel relativamente alto.
3. VARIOS PUNTOS A TENER EN CUENTA PARA LOS COLONOS DE TUBO INCLINADO
3.1 Análisis de diferentes partículas.
Para diferentes partículas, como la sedimentación de arena, la sedimentación de flóculos de aguas residuales de impresión y teñido y la sedimentación de lechada de carbón, debido a las diferencias en la densidad, forma y fracción de huecos de las partículas, existen diferencias en la sedimentación. Las partículas de arena tienen una densidad relativamente alta y un tamaño pequeño, por lo que se asientan rápidamente. Los flóculos de aguas residuales de impresión y teñido tienen una densidad relativamente baja, cercana al agua, una forma grande y una alta fracción de huecos, por lo que se sedimentan lentamente. La lechada de carbón cae entre los dos. Por lo tanto, para la sedimentación de arena, la influencia de las fluctuaciones del flujo es relativamente pequeña, mientras que para las aguas residuales de impresión y teñido, la influencia de las fluctuaciones del flujo es relativamente grande. Por tanto, diferentes partículas tienen diferentes requisitos para la distribución del flujo. Para aguas residuales de impresión y teñido, la distribución del flujo en la entrada debe ser relativamente uniforme.
3.2 Los sedimentadores de tubo inclinado requieren una distribución de agua más uniforme
Debido a que en el sedimentador se colocan tubos inclinados (típicamente de 35 mm y 50 mm de diámetro), cuando la distribución hidráulica debajo de los tubos no es uniforme, debido a ν=Q/A, la velocidad del flujo se vuelve demasiado alta en algunos tubos, lo que provoca que los flóculos se eleven, lo que resulta en una calidad del efluente incluso peor que sin tubos. Por lo tanto, la distribución del agua en los sedimentadores de tubos inclinados debería ser más uniforme que en los tanques de sedimentación ordinarios.
3.3 La dirección de instalación de los tubos inclinados debe ser opuesta a la dirección de entrada.
El proceso de entrada de agua al sedimentador desde la tubería de entrada implica un aumento repentino de la sección transversal del flujo. Por tanto, el flujo sufre un breve cambio. Para evitar este cambio, la dirección de instalación de los tubos inclinados debe ser opuesta a la dirección de entrada. Esto puede mitigar el impacto del cambio repentino de flujo en la eficiencia de sedimentación de los flóculos.