זרימה אופקית לעומת מבהיר מחזור לעומת מתיישב צינור משופע: נתוני שקיעה אמיתיים מ-3 מכלים בקנה מידה מלא- - איזה מהם עובד בפועל?|ג'ונטאי

אם מיכל השקיעה שלך מסיר רק 11% מהעכירות הנכנסת, אתה לא מטפל במים - אתה רק מעביר אותם דרך קופסת בטון. זה בדיוק מה שנתוני השטח הראו עבור אחד משלושת סוגי המיכלים שנבדקו בתחנות אספקת המים של רכבת Hengyang על נהר שיאנג-ג'יאנג. אותם מים גולמיים, אותו חומר קרישה, אותו פרוטוקול דגימה - ו-הפרש של 7.7×ביעילות שיקוע בין הביצועים הטובים והגרועים ביותר. הנה מה המספרים מגלים, ומה המשמעות שלהם עבור כל מי שמציין, מפעיל או משדרג תהליך שקיעה.

שלוש הטכנולוגיות

מיכל שיקוע זרימה אופקי

העיצוב הוותיק ביותר בקבוצה. מים נכנסים בקצה אחד, זורמים אופקית במהירות של בערך 15 מ"מ לשנייה על פני אגן מלבני ארוך ויוצאים בקצה הרחוק. חלקיקים מתיישבים על ידי כוח המשיכה במהלך המסע. פשוט, חזק וצפוי - אבל גם שטח-רעב ואיטי. יחידת הנגיאנג כבשה222.4 m²לטפל רק75 m³/h.

מבהיר במחזור הידראולי

עיצוב זרימה- אנכית שבו מים גולמיים נכנסים לאזור תגובה מרכזי, מתקבצים בשמיכת בוצה מסתובבת, ומים נקיים עולים לשקתות איסוף היקפיות. קומפקטי יותר מזרימה אופקית - יחידת Hengyang טיפלה240 m³/hרק ב47.2 m². שמיכת הבוצה פועלת כמסנן מגע, ומשפרת את לכידת החלקיקים.

מתיישב צינור נוטה (מבהיר למלה)

הטכנולוגיה החדשה ביותר בהשוואה. מים זורמים כלפי מעלה דרך ערימות של צינורות משופעים (בדרך כלל ב-60 מעלות), שם חלקיקים מתיישבים על משטחי הצינור וגולשים מטה לתוך קופסת בוצה. הגיאומטריה המשופעת מגדילה באופן דרמטי את שטח השקיעה האפקטיבי ליחידת טביעת רגל. יחידת הנגשאן טיפלה160 m³/hמשתמש בלבד27.2 m²- פחות מאחת-טביעת הרגל של מיכל הזרימה האופקי תוך טיפול ביותר מכפול מהזרימה.

תפוחים לתפוחים: פרמטרי מתקן

כל שלושת המיכלים טיפלו באותם מים גולמיים של נהר שיאנג-ג'יאנג עם אותו חומר קרישה - אלומיניום סולפט מזוקק, במינון של 3.5 מ"ג/ליטר בעונה היבשה ו-32 מ"ג/ליטר בעונה הרטובה. אף אחד לא היה עמוס מדי. הטבלה שלהלן מציגה איך נראתה כל התקנה לפני שהגענו לביצועים.

כמה מספרים קופצים מהשולחן הזה מיד. מתנחל הצינורות הנוטה השיג אתהעומס ההידראולי הגבוה ביותר (9.2 מ"ר/מ"ר לשעה)תוך שהוא תופס את טביעת הרגל הקטנה ביותר. לעומת זאת, מיכל הזרימה האופקי נחוץ90 דקות של זמן שמירה- כמעט 4× מתיישב הצינור המשופע - ובכל זאת טיפל בפחות ממחצית הזרימה. המבהיר במחזור ישב באמצע ברוב המדדים אבל היה מוביל בנפח בקיבולת הטיפול המוחלטת של 240 מ"ק לשעה.

הפגנת ביצועים: יעילות שקיעה

שאלת הליבה: איזה מיכל בעצם מסיר הכי הרבה עכירות? הדגימה נערכה בו זמנית בכל שלושת המיכלים, פעם אחת בעונה היבשה ופעם אחת בעונה הרטובה, במשך שלושה ימים רצופים בכל פעם, עם דגימות מקבילות שנאספו פעמיים ביום. התוצאות היוחד משמעי סטטיסטית(χ²=21.17, P < 0.005).

שלושה ממצאים בולטים:

1. מתנחל הצינור הנוטה ניצח בצורה מכרעת.בעונה הרטובה - כאשר עומסי העכירות הם הגבוהים ביותר - זה השיג86% הסרה, לעומת 64.2% למבהיר במחזור ו-57.8% למיכל הזרימה האופקי. הפער היה גדול עוד יותר בעונה היבשה: 32.4% מול 24.6% מול 11.1%. מבחן הריבוע של chi- (χ²=21.17, P < 0.005) מאשר שלא מדובר בתנודות אקראיות - ההבדל הוא אמיתי וניתן לחזור עליו.

2. ביצועי העונה הרטובה- יורדים את העונה היבשה-בכל הלוח.כל מיכל התפקד טוב יותר כאשר המים היו חמים יותר והעכירות הייתה גבוהה יותר. מיכל הזרימה האופקי זינק מ-11.1% ל-57.8% - שיפור של פי 5 - פשוט משום שעכירות מים גולמית- גבוהה יותר מעניקה לקורקש יותר חלקיקים לעבוד איתם, ויוצרים קבוצות גדולות ומהירות יותר-שמשקעות.

3. הטמפרטורה, מהירות הרוח וה-pH לא היו חשובים.על פני הטווחים המנוטרים (טמפרטורת אוויר 9.5-34 מעלות, מהירות רוח 0.1-3.2 מטר לשנייה, pH 6.3-7.8), אף אחד מהמשתנים הסביבתיים הללו לא הראה השפעה בעלת משמעות סטטיסטית על יעילות השקיעה. מה שהניע את הביצועים היה גיאומטריית הטנק והידראוליקה - לא מזג האוויר.

מעבר לעכירות: צבע, חיידקים ופאזל "הערך ההפוך"

הסרת עכירות היא מדד הכותרת, אבל למפעלי טיפול במים אכפת משלושה דברים נוספים: צבע, חיידקים וקוליפורמים. כאן, הנתונים הפכו מעניינים.

הפחתת צבע עקבה מקרוב אחר עכירות.המתאם היה חזק וחיובי: r=0.9086. משוואת הרגרסיה - y=0.225x + 0.3495 - פירושה שלכל שיפור של 10 נקודות אחוז ביעילות השקיעה, אתה מרוויח בערך 2.6 נקודות אחוז של הסרת צבע. זה הגיוני פיזית: אותם חלקיקים מרחפים שמפזרים אור (עכירות) נושאים גם חומר אורגני מומס המעניק צבע. הסר את החלקיקים, והצבע הולך איתם.

חיידקים וקוליפורמים סיפרו סיפור אחר.שלא כמו עכירות וצבע, הירידה בספירת החיידקים הכוללת ובקבוצת הקוליפורמים הכוללת הראתהאין מערכת יחסים עקביתעם יעילות שקיעה. מפתיע יותר: היו מקרים שבהם ספירת חיידקים לאחר שקיעה הייתה למעשהגבוה יותרמאשר לפני - מה-המכונה תופעת "ערך הפוך". החוקרים סימנו זאת ללא הסבר מוחלט, אבל כל מי שהפעיל מיכלי שיקוע יזהה את האשמים הסבירים: בוצה שהצטברה באזורים מתים-המשיחה מחדש חיידקים לזרם המובהר, או ביופילם שנשפך מדפנות המיכל במהלך הפרעות הידראוליות. כך או כך, ההנחה המעשית ברורה:אתה לא יכול להסתמך על שיקוע בלבד עבור ביצועי מחסום מיקרוביאלי. סינון וחיטוי במורד הזרם אינם אופציונליים - הם שלבי הבקרה האמיתיים של החיידקים.

הכלכלה הסמויה: טביעת רגל, קיבולת ועלות

מספרי הביצועים חשובים, אבל גם המקרה העסקי. בואו נתרגם את שלושת הטנקים לכלכלה הנדסית.

מתנחל הצינור הנוטה מספק17× יעילות המקוםשל מיכל הזרימה האופקי, עם ביצועי משקעים טובים יותר ב-49% - אך בעלות הונית גבוהה במעט ליחידת קיבולת מאשר המבהיר במחזור. המבהיר במחזור הוא אלוף התמורה-ל-כסף בעלות מוקדמת, אם כי תקרת הביצועים שלו נמוכה יותר. עבור מפעלי שדה ירוקים שבהם הקרקע זולה והתקציבים מצומצמים, עדיין יש ויכוח לזרימה אופקית. עבור כל אתר שבו טביעת הרגל חשובה - שיפוץ מחדש, מפעלים עירוניים, הרחבה בגבולות קיימים - צינור משופע הוא הבחירה ההנדסית הברורה.

שורה תחתונה למהנדסים

זה לא היה מחקר מעבדה. זה היה שלושה מיכלים הפועלים בקנה מידה מלא, שטיפלו באותם מי נהר עם אותו חומר קרישה, שנדגמו בו-זמנית על פני עונות השנה. למסקנות יש משקל אמיתי:

1.אם יעילות השקיעה היא המדד העיקרי שלך, מתיישב הצינורות הנוטה הוא המנצח החד משמעי של - 86% הסרת עכירות רטובה-בעונה לעומת 64.2% ו-57.8% עבור האלטרנטיבות. ההבדל הוא מובהק סטטיסטית (P < 0.005).

2.אם אתה מתקן מחדש מפעל קיים עם שטח מוגבל, מתיישבי צינורות משופעים מעניקים לך 5.88 מ"ר לשעה של קיבולת טיפול למ"ר של טביעת רגל - בסדר גודל טוב יותר מזרימה אופקית (0.34 מ"ק לשעה/מ"ר). תיק התיקון נסגר למעשה.

3.אל תצפה שמשקעים יתמודדו עם העומס המיקרוביאלי שלך. הנתונים מראים שהפחתות חיידקים וקוליפורמיות אינן אמינות ולעיתים שליליות. סינון וחיטוי נותרים חסמים לא-ניתנים למשא ומתן במורד הזרם. זו אינה חולשה של סוג טנק מסוים - זו מגבלה בסיסית של שקיעת כוח המשיכה.

4.אם עלות ההון היא האילוץ המכריע ויש לך מקום פנוי, המבהיר ההידראולי מציע את יחס העלות-ל-קיבולת הטוב ביותר (0.038 לעומת 0.075 עבור צינור משופע), עם ביצועים מקובלים (64.2% בעונה רטובה). זוהי דרך האמצע הפרגמטית.

5.מיכלי שקיעה בזרימה אופקית עדיין קיימים מסיבה כלשהי - הם פשוטים, סלחניים ויעילים כשהם בגודל הנכון לעומס. אבל ביעילות העונה היבשה של 11.1%- במערך הנתונים הזה, יחידה קטנה בגודל או הפעלה גרועה בקושי עושה את העבודה שלה. אם אתה מפעיל אחד שמוגבל במקום-, אתה כבר יודע מה צריך לקרות.