При эксплуатации очистных сооружений мы часто сталкиваемся с ситуациями, когда гидравлическая нагрузка, указанная на конструктивных чертежах, четко соответствует нормам, а производительность насоса и объем бака полностью соответствуют техническим характеристикам. Однако в реальной эксплуатации ил переливается, как только скорость потока увеличивается, эффективность очистки резко падает, а проектная гидравлическая нагрузка постоянно не достигается. В резервуарах часто возникают короткие-замыкания, скопление ила и мертвые зоны, а устойчивость биологической системы к ударным нагрузкам крайне низкая.
Первой реакцией большинства людей на эти проблемы является замена насосов на более крупные, расширение резервуаров или добавление упаковочного материала, но они упускают из виду скрытый основной недостаток-необоснованную конструкцию системы распределения воды. Более 80% «провалов гидравлической нагрузки» вызваны не недостаточным расходом притока, а неравномерным распределением воды, что значительно уменьшает эффективную площадь поперечного сечения и реакционный объем резервуаров.
Система водораспределения напрямую определяет истинный верхний предел гидравлической нагрузки. Основное определение гидравлической нагрузки — это объем сточных вод, проходящих через единицу сечения-резервуара в единицу времени. Его эффективность зависит отравномерное распределение сточных вод по всему сечению-резервуара.
Система распределения воды является ключевым устройством для достижения этого предварительного условия. Квалифицированная система водораспределения должна обеспечивать равномерное распределение поступающей воды по всем углам резервуара, гарантируя полный контакт между сточными водами, осадком, фильтрующим материалом и микроорганизмами, а также максимизируя эффективный объем и поперечное-сечение всего резервуара.
И наоборот, если конструкция системы распределения воды выходит из строя, возникают серьезные отклонения потока, образование каналов и короткое-замыкание. В некоторых районах вода течет слишком быстро, создавая перегруженные каналы, в которых микроорганизмы не могут вовремя разлагать загрязняющие вещества, что приводит к вымыванию осадка и чрезмерной концентрации сточных вод. На других участках образуются застой воды и мертвые зоны, отложения шлама, а фильтрующий материал затвердевает, совершенно не участвуя в реакции. Фактический эффективный коэффициент использования резервуара может составлять менее 50%.
Четыре распространенные ошибки при проектировании систем водоснабжения
1. Неправильный выбор способа распределения воды.
Самая принципиальная ошибка проектирования – выбор способа распределения воды, несовместимого с типом резервуара. Различные процессы и типы резервуаров предъявляют совершенно разные требования к равномерности распределения воды. Если выбор неправильный, никакая последующая оптимизация не поможет.
Анаэробные реакторы (UASB/EGSB/IC):Во многих небольших-проектах, стремясь снизить затраты, для распределения воды напрямую используются простые перфорированные трубы, полностью игнорируя равномерное распределение воды и ее перемешивание, необходимые для анаэробных отстойников. Это приводит к одноточечной-струйной очистке и жесткому образованию каналов, при этом более 70 % слоя ила не контактирует со сточными водами, а фактическая эффективная гидравлическая нагрузка достигает лишь 30–50 % от расчетного значения.
Аэрированные биологические фильтры/глубокие фильтры:Вместо использования системы распределения воды с низким-сопротивлением с фильтрующими головками и пластинами ошибочно используются-перфорированные трубы с крупными порами, что приводит к неравномерному распределению воды во время нормальной работы, неравномерному потоку во время обратной промывки, слеживанию и утечке фильтрующего материала, постоянной закупорке канала для воды и постоянному снижению гидравлической нагрузки.
Отстойники с радиальным потоком:Принятие конструкции с одноточечным-впускным отверстием без исправления приводит к резкой неравномерности радиальной скорости потока с перегрузкой в центральной части и кольцевой-мертвой зоной по периметру. Эффективная площадь осаждения значительно уменьшается, а поверхностная гидравлическая нагрузка не может соответствовать проектным нормам.
2. Дефекты гидравлической конструкции отверстия/патрубка
Дефекты в конструкции отверстий и патрубков наиболее распространены на объекте и могут полностью нарушить однородность. То, что может показаться простым расположением перфорированных и патрубков, на самом деле предполагает строгие требования к гидравлическому проектированию; единственный неправильный параметр может привести к выходу из строя всей системы водораспределения.
Скорость потока через отверстие:Стандарты требуют, чтобы скорость истечения через распределительные отверстия во время нормальной работы была больше или равна 0,6 м/с (во избежание накопления ила и засорения). Во многих конструкциях, стремящихся уменьшить потери напора, размер отверстия увеличивается вслепую, в результате чего скорость потока становится ниже 0,3 м/с. Во время работы отверстия быстро забиваются илом и мусором, что уменьшает количество эффективных проходов. Оставшаяся скорость потока через отверстие резко возрастает, образуя струи, что делает короткое-замыкание совершенно неконтролируемым.
Расчет потери напора:Во многих конструкциях рассчитываются только потери напора в основной трубе, игнорируя трение и местные потери в патрубках. Это может привести к тому, что более 60 % потока будет направляться в патрубки ближнего-конца, в то время как давление в патрубках дальнего-конца будет недостаточным для подачи воды.
Расположение отверстий:Параллельная планировка с равным интервалом часто используется без учета влияния границ бассейна. Угловые области остаются незакрытыми, создавая постоянные мертвые зоны и напрямую уменьшая полезную площадь резервуара.
3. Отсутствие конструкции, предотвращающей-засорение/дноуглубительные работы.
Проектирование систем водоснабжения должно обеспечивать долгосрочную-стабильность работы, а не только первоначальную производительность. Многие проекты включают в себя только базовые водораспределительные сооружения, игнорируя компоненты защиты от засорения, дноуглубительных работ и промывки. Через 3-6 месяцев система постепенно засоряется и выходит из строя.
Нет противо-предварительной-фильтрации против засорения:Во входных отверстиях отсутствуют сверхтонкие-сетки, которые позволяют волокнам, волосам и мусору проникать в патрубки и отверстия, постоянно уменьшая площадь потока. Даже при полной работе насоса вода не может подавать эффективно.
Система без промывки/удаления шлама:В распределительных системах для анаэробных, уравнительных и отстойников часто отсутствуют интерфейсы для промывки под высоким-давлением и устройства для удаления донного осадка. В распределительных трубах скапливается шлам, постепенно покрывающий отверстия и засоряющие ответвления, что приводит к полной потере распределительной способности.
Нет подходящей конструкции обратной промывки для фильтров:Системы распределения воды и воздуха не соответствуют друг другу, что приводит к неравномерному распределению во время обратной промывки. Это предотвращает равномерную промывку, постепенно затвердевает и уплотняет фильтрующий материал, повышает водостойкость и ограничивает гидравлическую нагрузку.
4. Дефекты конструкции воздухозаборника-
Даже при идеальных патрубках и отверстиях из-за конструкции впуска может возникнуть неравномерность распределения.
Чрезмерные изгибы/изменения диаметра:Вызывают сильное завихрение и отклонение воды перед входом в распределительную магистраль, что приводит к неравномерному статическому давлению и неравномерному расходу воды.
Без выпрямления/рассеяния энергии:Вода на входе с высокой- скоростью непосредственно воздействует на основную трубу, создавая локализованные зоны высокого- и низкого-давления. Это приводит к серьезному дисбалансу между ближним- и дальним-конечными ветвями.
Основная труба постоянного-диаметра:Вызывает уменьшение скорости потока и увеличение статического давления вдоль потока, что приводит к обратному потоку, когда выход на дальнем-конце превышает выход на ближнем-конце.
Основные параметры гидравлического расчета
| Тип процесса/резервуара | Предпочтительный дизайн | Основные цели проектирования |
|---|---|---|
| Анаэробный реактор UASB / EGSB | Система распределения воды с одной-трубкой и одним-отверстием; импульсный распределитель воды | - Обеспечить равномерное распределение воды по всему сечению-секции- Добиться полного перемешивания слоя ила- Предотвратить короткое-замыкание |
| Аэрированный биологический фильтр/глубокий фильтр | Система распределения воды с фильтрующими пластинами низкого-сопротивления; фильтрующий блок, среднее сопротивление-система распределения воды с сопротивлением | - Равномерное распределение воды во время работы и обратной промывки.- Не допускайте засорения или промывания фильтрующего материала. |
| Отстойник с радиальным потоком | Центральная труба водораспределения + устройство рассеивания энергии + треугольный водослив по периферии | - Устраните разницу в скоростях радиального потока.- Достигните равномерного осаждения по всему поперечному сечению.-Сечение- Предотвратите короткое-замыкание |
| Аэрационный резервуар с пробковым потоком | Многоточечное-распределение воды на входе по длине резервуара | - Сбалансируйте нагрузку на головную и хвостовую части резервуара.- Избегайте перегрузки на передней части и недостаточной нагрузки на задней части. |
| Регулировочный бак/резервуар гидролизной кислоты | Кольцевая-перфорированная труба + система распределения воды с шахматными отверстиями | - Предотвращение скопления осадка на дне- Обеспечение однородного качества и количества воды по всему резервуару. |
Для обеспечения равномерного распределения воды необходимо строго соблюдать следующие параметры:
Скорость истечения через отверстие:Больше или равна 0,6 м/с при нормальной работе; Скорость больше или равна 1,5 м/с при обратной промывке, обеспечивающая баланс между защитой от-засорения и однородностью.
Контроль отклонения потери напора:Отклонение потери напора на входе в патрубок Менее или равно 5 %; Отклонение потери напора через отверстие Меньше или равно 10%.
Расположение отверстий:Равносторонний треугольник расположен в шахматном порядке, с более плотным покрытием в углах бассейна. Покрытие отверстия Не менее 90 % площади поперечного сечения-, исключая мертвые зоны.
Переменный диаметр основной трубы:Постепенно уменьшайте диаметр по ходу потока, поддерживая скорость потока 1,0-1,5 м/с и постоянное статическое давление.
Поддержка дизайна для долгосрочной-стабильности
Предварительная-обработка:Сверхтонкое сито толщиной 1-2 мм на входе предотвращает попадание волокон и мусора в распределительную систему.
Промывочное оборудование:Интерфейсы промывки-под высоким давлением на всех патрубках; устройства импульсной промывки анаэробных и гидролизных резервуаров для самоочистки-.
Удаление осадка:Непрерывный желоб для слива осадка внизу для предотвращения засорения отверстия.
Выпрямление и рассеяние энергии:Ректификационная решетка и цилиндр рассеивания энергии на входе для устранения завихрений и обеспечения равномерного статического давления.