Redução da descarga do decantador de tubo: como um tubo gravitacional DN200 cortou os resíduos de limpeza em 406 M³ e eliminou o transbordamento do tanque

A cada dois meses, a estação de tratamento de água Fase III da CNOOC Fudao desliga um decantador tubular para limpeza. A operação leva 4 horas. Ele descarrega1,500 m³da mistura lodo-água para o tanque de coleta de lodo. O tanque nunca foi projetado para esse tipo de onda. Quando o ciclo de limpeza termina, o nível do tanque está perigosamente alto, o decantador online não consegue descarregar o lodo normalmente e o sistema de tratamento de lodo está queimando produtos químicos e eletricidade apenas para acompanhar. A solução não era um tanque maior ou uma bomba maior – era um cano, uma diferença de elevação de 4,3 metros e a gravidade.

1. O PROBLEMA: UMA CRUNCH DE CAPACIDADE A CADA DOIS MESES

A estação de tratamento de água da Fase III opera duas estações de tratamento independentes, cada uma usando um decantador tubular em contracorrente para sedimentação. Um sistema de tratamento de lodo compartilhado cuida da descarga de lodo de todas as três fases da planta. O sistema é construído em torno de dois tanques de coleta de lodo, cada um com volume efetivo de1,500 m³, para um total combinado de3,000 m³.

O projeto original presumia uma vazão diária gerenciável: 1.200 m³/d de descarga normal de lodo de três decantadores tubulares, mais 300 m³/d de filtrado do filtro-prensa. Mas durante um evento de limpeza, a realidade parece muito diferente. Como mostra a Tabela 1, o fluxo total para o tanque de coleta de lodo aumenta para3,329.3 m³/d- exceder a capacidade efetiva de projeto de3.029,3 m³/d por 300 m³/d.

As consequências se espalham rapidamente: o nível do líquido do tanque de coleta sobe até quase transbordar, o decantador tubular on-line perde sua capacidade normal de descarga de lodo porque não há capacidade do tanque vazio para recebê-lo, e o sistema de tratamento de lodo - projetado para operação em estado estacionário - deve funcionar por horas prolongadas. Mais produtos químicos. Mais eletricidade. Mais mão de obra. Tudo porque a água limpa que não precisava de tratamento era enviada para o sistema de lodo.

2. ENTENDENDO AS ZONAS DO COLOCADOR DO TUBO - E ONDE ESTÁ A ÁGUA LIMPA

O decantador de tubos é construído com base no princípio do tanque raso: ao empilhar módulos de tubos inclinados na zona de sedimentação, ele multiplica a área de sedimentação efetiva, reduz o raio hidráulico e promove o fluxo laminar - tudo isso melhora drasticamente a separação de sólidos em um espaço compacto.

Funcionalmente, o tanque está dividido em quatro zonas verticais. Para cada trem de tratamento da Fase III (dimensões internas: 8,8 m de largura x 22,0 m de comprimento x 7,9 m de profundidade efetiva), as alturas e volumes das zonas são:

Aqui está a observação crítica: a zona de águas claras mantém406,56 m³ - mais de 26% do volume total do tanque- e essa água já está tratada. Sua turbidez está abaixo de 10 mg/L. A turbidez projetada da água bruta da planta é de 30 mg/L. Já durante o procedimento de esvaziamento e limpeza, todo esse volume de água limpa era misturado ao lodo e enviado ao tanque coletor para retratamento. Era água limpa pagando o preço da água suja.

3. O PROCEDIMENTO DE LIMPEZA PADRÃO - E POR QUE SOBRECARGA O SISTEMA

Os decantadores tubulares acumulam lama dentro e no topo dos módulos tubulares durante a operação. Se não for controlada, esta acumulação obstrui o fluxo através dos tubos, degrada a qualidade da água sedimentada e pode até causar pressão excessiva, levando ao colapso do módulo do tubo. O esvaziamento e a limpeza periódicos não são negociáveis.

O procedimento padrão segue quatro etapas: abrir as válvulas de drenagem inferiores, baixar o nível da água abaixo da zona do tubo e, em seguida, usar água pressurizada de combate a incêndio para lavar os módulos do tubo a partir do topo até que o lodo acumulado seja desalojado. Interrompa a lavagem, mantenha as válvulas de drenagem totalmente abertas para escoar a água e o lodo das zonas de distribuição e acumulação e feche as válvulas.

O problema é quecada zona drena para o tanque de coleta de lodo. A zona de águas claras - 406 m³ de água tratada - mistura-se com a água carregada de lodo do tubo e das zonas de acumulação. Tudo isso vai para o tanque coletor. A maior parte acaba sendo separada e devolvida ao tanque de água bruta de qualquer maneira - mas somente depois de passar pelo espessador, pelo filtro-prensa e por dois conjuntos de bombas elevatórias. A água limpa faz um desvio longo e caro pelo sistema de tratamento de lodo sem motivo algum.

4. A VERIFICAÇÃO DE VIABILIDADE: TRÊS RAZÕES PARA O DESVIO DE GRAVIDADE FUNCIONA

O conceito de retrofit é simples: em vez de enviar os 406 m³ da zona de água limpa para o sistema de lodo, desviá-los diretamente de volta para o tanque de água bruta. Três condições devem ser satisfeitas para que isso funcione:

Condição 1 - Compatibilidade com a qualidade da água.A turbidez da zona de água clara é inferior a 10 mg/L. A turbidez projetada da água bruta da planta é inferior a 30 mg/L. A água clara éna verdade mais limpo do que a água do rio que entra na planta. Reciclá-la como água bruta é perfeitamente aceitável.

Condição 2 - Cabeça gravitacional.A elevação inferior da zona de águas claras é+5.8 m. O nível máximo de água projetado para o tanque de água bruta é+1.5 m. Isso é umDiferença de altura de 4,3 metros. Não é necessária bomba. A gravidade faz o trabalho.

Condição 3 - Evitação de custos.No arranjo existente, a água limpa é bombeada duas vezes (bomba do tanque coletor + bomba do tanque de retorno), dosada com PAM e depositada em um tanque de fluxo radial - tudo antes de retornar ao tanque de água bruta. Um tubo gravitacional ignora cada uma dessas etapas. A eletricidade, os produtos químicos e o tempo de operação dos equipamentos diminuem.

5. ESQUEMA DE TUBULAÇÃO: DN200, DUAS BACIAS, UM TUBO CADA

O decantador tubular consiste em uma bacia leste e uma bacia oeste compartilhando uma parede divisória comum. Uma linha de desvio de gravidade separada foi projetada para cada um.

Depois de calcular a resistência ao fluxo por gravidade com base no comprimento da tubulação, acessórios, material, diferença de elevação e vazão necessária,Tubo de aço carbono DN200 mmfoi selecionado para ambas as bacias. O diâmetro do tubo é crítico: muito pequeno e o fluxo de desvio é muito lento para ser prático; muito grande e a abertura da parede do tanque cria riscos estruturais desnecessários.

A posição de admissão é igualmente importante. Muito perto da zona do tubo, a velocidade de entrada pode retirar lama dos tubos. O design coloca a entradaverticalmente 0,2 m acima do fundo da zona de águas claras(0,2 m acima do topo da zona de assentamento do tubo) - perto o suficiente para drenar eficazmente, longe o suficiente para evitar perturbar os tubos.

Cada tubulação vai do seu ponto de entrada através da parede do decantador até o canal da barra de entrada de água bruta da planta da Fase III. Os suportes de tubulação protegem o roteamento e umválvula de controle de fluxo mais uma válvula gavetasão instalados perto do canal da tela de barra. A válvula gaveta fornece fechamento positivo durante a operação normal, evitando refluxo não intencional. A válvula de controle de fluxo regula a taxa de desvio para evitar a retirada de lodo dos tubos ou sobrecarregar o tanque de água bruta.

6. RESULTADOS MEDIDOS

Após a modernização, os números contaram uma história clara. Durante os eventos de limpeza, a descarga de água de lodo do decantador tubular caiu1.529,3 m³/d a 1.122,8 m³/d. A vazão total para o tanque de coleta de lodo diminuiu de3.329,3 m³/d a 2.922,8 m³/d- agora confortavelmente abaixo do limite de projeto de 3.029,3 m³/d.

O risco de overflow foi eliminado. O decantador tubular online recuperou a capacidade normal de descarga de lodo. E o sistema de tratamento de lodo não precisava mais processar 406 m³ de água já limpa a cada ciclo de limpeza.

A economia, embora modesta, é digna de nota. O decantador tubular é limpo seis vezes por ano, com cada ciclo devolvendo 406,5 m³ de água limpa diretamente ao tanque de água bruta - um total anual de2,439 m³de carga de águas residuais evitada. Com base no consumo de pó de PAM do sistema de tratamento de lodo (~10 g/m³ a 25 RMB/kg) e na eletricidade consumida pela bomba elevatória do tanque de coleta (15 kW, 50 m³/h) e pela bomba do tanque de retorno (22 kW, 150 m³/h) a uma taxa industrial de 0,9 RMB/kWh:

As poupanças diretas de 1.591 RMB/ano são secundárias em relação ao benefício operacional: um tanque de recolha de lamas que já não corre o risco de transbordar, um sistema de tratamento de lamas que funciona dentro do seu envelope de projeto e um procedimento de limpeza que não perturba mais o resto da estação.

PRINCIPAIS CONCLUSÃO

1.Se a zona de água limpa do seu decantador tubular contiver água tratada, ela não deverá ser encaminhada através do sistema de tratamento de lodo. Um retorno direto ao tanque de água bruta elimina o manuseio duplo.

2.Uma diferença de elevação de 4,3 m é mais que suficiente para o fluxo gravitacional. Antes de adicionar bombas, verifique se as elevações do tanque já fornecem o que você precisa.

3.A posição de admissão é importante. Colocar a entrada 0,2 m acima do topo da zona do tubo evita que o fluxo de desvio retire o lodo dos tubos - perto o suficiente para drenar, longe o suficiente para evitar perturbações.

4.O dimensionamento do tubo requer um cálculo da resistência ao fluxo por gravidade - não uma regra prática. O DN200 era adequado para esta planta; o diâmetro do tubo da sua planta depende da diferença de elevação específica, do comprimento do tubo e da vazão necessária.

5.Uma válvula gaveta para fechamento positivo mais uma válvula de controle de fluxo para regulação de taxa é a configuração mínima da válvula. Sem ambos, você corre o risco de refluxo durante a operação normal ou de efeitos de sucção durante o desvio.