A separação por sedimentação, como operação unitária, tem sido usada há muito tempo no controle de tratamento de água e é uma tecnologia de tratamento de água relativamente prática. Para melhorar o efeito de separação da sedimentação, placas inclinadas ou tubos inclinados são frequentemente instalados na zona de sedimentação durante o uso, para que o princípio da camada rasa possa ser aplicado, aproveitando a grande área e a alta eficiência de separação. Contudo, os problemas que surgem durante a aplicação raramente atraíram a atenção. Este artigo concentra-se na análise dos principais problemas que aparecem durante a aplicação e propõe soluções correspondentes para referência.
1. PROBLEMAS OCORRENTES DURANTE A APLICAÇÃO DE ASSENTADORES DE TUBOS INCLINADOS
Se a distribuição de água na entrada do decantador tubular inclinado não for uniforme, ocorrerá turbulência grave no movimento do líquido próximo à entrada. Isso provoca uma velocidade de fluxo local extremamente alta na entrada, fazendo com que o lodo previamente depositado nos tubos inclinados volte a subir.
A situação interna de um decantador tubular inclinado durante operação normal é mostrada na Figura 1.
Na Figura 1, pode-se observar que o fluxo de água e o fluxo de lodo possuem caminhos próprios. Se a operação normal continuar por um longo período, o movimento do fluxo de lodo estará basicamente próximo do equilíbrio dinâmico:
neste momento, a eficiência de remoção de SS das águas residuais é boa.
Contudo, se a distribuição do fluxo na entrada não for suficientemente uniforme, a velocidade do fluxo em algumas entradas do tubo torna-se demasiado elevada, causando turbulência severa e deterioração da qualidade do efluente.
2. ANÁLISE MECÂNICA DE FLUIDO DO PROBLEMA
Durante todo o processo desfavorável, o fluido apresentará a situação mostrada na Figura 2.
As razões do fenômeno acima são analisadas a partir dos seguintes aspectos.
2.1 Análise hidráulica da situação desfavorável
Na verdade, o fluxo ascendente e descendente de água e lama nos tubos inclinados pode ser considerado como um fenómeno aproximado de fluidização. Suponha que v seja a velocidade superficial da água através dos tubos, u₁ seja a velocidade real da água através das partículas de lodo e ε seja a fração de vazios (da camada de partículas de lodo). Então u₁=v/ε, conforme mostrado na Figura 3.
Se a fração de vazios dos sólidos suspensos for pequena, a velocidade real da água através da camada de partículas é relativamente alta. Se a velocidade de sedimentação das partículas for conhecida como um valor fixo vocêdefinir, de acordo com a teoria dos vários estágios de fluidização, quando a velocidade real da água através da camada de partículas você₁=vocêdefinir, o estado fluidizado está em um estágio de leito fixo com uma fração de vazios estável ε. Quando você₁ > vocêdefinir, a fração de vazios original ε é quebrada, causando um aumento na fração de vazios. Para um decantador tubular inclinado, isso significa que as partículas sobem, reduzindo a eficiência de separação.
2.2 Análise de diferentes velocidades de sedimentação de partículas de lodo ressuspensas em vários estados
As partículas de lodo ressuspensas existem na forma de ① partículas individuais e ② aglomerados de partículas de diferentes tamanhos (com fração de vazios ε'). De acordo com a fórmula da velocidade de sedimentação para partículas individuais na região da lei de Stokes:
Para a velocidade de sedimentação de aglomerados de partículas, segundo a relação empírica de Steinour:
onde:
vt, grupo- velocidade de sedimentação dos aglomerados de partículas, m/s;
t - tempo de acomodação, s;
g - aceleração gravitacional, m/s²;
ρs, ρL- densidade da partícula e do líquido, kg/m³;
Dp- diâmetro da partícula, m;
μ - coeficiente de viscosidade dinâmica, kg/(m·s);
ε - fração nula.
Como 0 < ε² < 1 e 0 < 10-1.82(1-ε)< 1, segue-se que ε²·10-1.82(1-ε)<1, portanto vt, grupo
De acordo com a teoria da sedimentação e a prova acima, após serem ressuspensos, os aglomerados de partículas têm menor probabilidade de sedimentar, ou seja, são mais facilmente transportados pelo fluxo de água, reduzindo a eficiência da sedimentação.
2.3 Características de fluxo no estado desfavorável
Quando ocorre a situação desfavorável mostrada na Figura 2, olhando para baixo, para a superfície da água do decantador, a distribuição do fluxo aparece como na Figura 4.
Conforme mostrado na Figura 4, três zonas aparecem na superfície da água: ① uma zona relativamente calma, ② uma zona de transição e ③ uma zona de turbulência severa. Na zona de turbulência severa, em casos graves, a superfície da água pode até formar pequenos arcos curvos. A concentração de SS aqui é extremamente alta, quase igual à do influente.
2.4 Resultados de testes no local após correção com base na análise acima
Num determinado projeto de tratamento de águas residuais, devido ao problema acima, o efluente era bastante turvo. Após análise hidráulica e correção de engenharia para uniformizar a distribuição da água, o fenômeno de subida de flocos não apareceu mais no efluente. Os resultados dos testes são mostrados na Tabela 1.
Tabela 1 Resultados do teste CODcr de águas residuais de uma determinada planta
| Lote de amostra de água | CODcr influente/(mg·L⁻¹) | DQOcr/(mg·L⁻¹) do efluente | Taxa de remoção/% |
| 1 | 1272 | 261 | 79.5 |
| 2 | 1153 | 245 | 78.7 |
Na Tabela 1, pode-se observar que após a correção e distribuição uniforme da água, a taxa de remoção de DQOcr atingiu um nível relativamente alto.
3. VÁRIOS PONTOS A OBSERVAR PARA ASSENTADORES DE TUBO INCLINADOS
3.1 Análise de diferentes partículas
Para diferentes partículas, como sedimentação de areia, sedimentação de flocos de águas residuais de impressão e tingimento e sedimentação de pasta de carvão, devido a diferenças na densidade, forma e fração de vazios das partículas, existem diferenças na sedimentação. As partículas de areia têm densidade relativamente alta e tamanho pequeno, por isso assentam rapidamente. Os flocos provenientes de águas residuais de impressão e tingimento têm densidade relativamente baixa, próximos da água, formato grande e alta fração de vazios, de modo que sedimentam lentamente. A pasta de carvão fica entre os dois. Portanto, para a sedimentação de areia, a influência das flutuações de fluxo é relativamente pequena, enquanto para águas residuais de impressão e tingimento, a influência das flutuações de fluxo é relativamente grande. Assim, partículas diferentes têm requisitos diferentes para distribuição de fluxo. Para águas residuais de impressão e tingimento, a distribuição do fluxo na entrada deve ser relativamente uniforme.
3.2 Os decantadores tubulares inclinados requerem uma distribuição de água mais uniforme
Como tubos inclinados (normalmente de 35 mm, 50 mm de diâmetro) são colocados no decantador, quando a distribuição hidráulica sob os tubos não é uniforme, devido a ν=Q/A, a velocidade do fluxo torna-se muito alta em alguns tubos, fazendo com que os flocos subam, resultando em uma qualidade de efluente ainda pior do que sem tubos. Portanto, a distribuição da água em decantadores tubulares inclinados deve ser mais uniforme do que em tanques de sedimentação comuns.
3.3 O sentido de instalação dos tubos inclinados deve ser oposto ao sentido de entrada
O processo de entrada de água no decantador a partir do tubo de entrada envolve um aumento repentino da seção transversal do fluxo. Portanto, o fluxo sofre uma breve alteração. Para evitar esta alteração, o sentido de instalação dos tubos inclinados deve ser oposto ao sentido de entrada. Isto pode mitigar o impacto da mudança repentina no fluxo na eficiência de sedimentação dos flocos.