В технике водоподготовки такие агрегатные процессы, как резервуары для коагуляции, резервуары для флокуляции и реакционные резервуары для умягчения, требуют чрезвычайно высокой однородности смешивания воды. Традиционно перемешивание достигается установкой механических мешалок. Однако с ростом затрат на электроэнергию и внедрением политики «двойного-углерода» все больше и больше проектов начинают пытаться заменить механическое перемешивание сжатым воздухом для достижения целей энергосбережения и сокращения выбросов. В этой статье рассказывается о принципах, методах расчета и практической ценности технологии пневматического смешивания для специалистов по очистке воды.
I. Болевые точки традиционной механической агитации
В традиционных процессах очистки воды лопастные или рамные мешалки обычно устанавливаются в смесительных баках, флокуляционных баках и реакционных баках умягчения. Двигатель приводит лопасти во вращение, создавая вихри и сдвиги в воде, тем самым способствуя тщательному смешиванию химикатов и сырой воды. Однако механическое перемешивание имеет следующие проблемы:
1. Высокое энергопотребление
На крупных-станциях по очистке сточных вод мощность механических мешалок обычно составляет от 2 до 15 кВт, они характеризуются длительным временем работы и высоким годовым энергопотреблением.
2. Высокие затраты на техническое обслуживание.
Мешалки состоят из множества легко повреждаемых компонентов, таких как двигатели, редукторы, муфты и рабочие колеса. Ежедневное обслуживание и замена деталей требуют-трудозатратных и-трудозатрат.
3. Неравномерное поле потока в резервуаре.
В некоторых резервуарах неправильной формы или реакционных резервуарах-большого объема механическое перемешивание легко создает «мертвые зоны», что приводит к неудовлетворительному эффекту смешивания.
Поэтому поиск более эффективных и энергосберегающих-технологий перемешивания стал тенденцией.
II. Принцип перемешивания сжатым воздухом
Перемешивание сжатым воздухом — это технология, которая генерирует пузырьки путем подачи сжатого воздуха на дно или стенки резервуара. Когда пузырьки воздуха поднимаются в воде, они создают восходящий поток воздуха, одновременно заставляя окружающую воду формировать циркулирующий поток. По сравнению с механическим перемешиванием пневматическое перемешивание имеет ряд существенных преимуществ: (1) экономия энергии и снижение потребления; нет необходимости устанавливать мощную мешалку-, для централизованной подачи воздуха нужен только один воздушный компрессор; (2) Отсутствие механического износа; практически не требует обслуживания; (3) Более однородное поле потока; разумное распределение пузырьков позволяет избежать «мертвых зон»; (4) Также имеется функция аэрации; в некоторых процессах это может помочь увеличить растворенный кислород. III. Расчет объема воздуха Многие проекты включают в себя этот тип модификации, но часто без какой-либо научной основы, произвольное подключение трубы подачи воздуха к бассейну, что приводит к неудовлетворительной производительности.
III. Расчет объема воздуха
Многие проекты включают в себя такого рода модификации, но часто без какой-либо научной основы, произвольно подключая трубу источника воздуха к резервуару, что приводит к неудовлетворительной производительности.
Объем воздуха, необходимый для аэрации и смешивания, можно рассчитать по следующей формуле.
В формуле: Qa – расход воздуха, необходимый для аэрации и перемешивания в стандартных условиях, м³/мин; Pt — мощность на валу исходной мешалки, кВт, которую можно принять равной 0,75-0,90 мощности двигателя; h – глубина воды на входе воздухораспределителя, м.
Давление воздуха (манометрическое давление), необходимое для аэрации и смешивания, можно рассчитать по следующей формуле.
В формуле: рс — давление воздуха (манометрическое давление), необходимое для аэрации и перемешивания, кПа; Δph – статическое давление на глубине воды, кПа, Δph=9.81 × h; Δpf – потеря давления по трубопроводу и в местных точках, кПа, которую можно рассчитать, обратившись к соответствующему содержанию статьи «Методы определения мощности и давления аэрационных воздуходувок» на этом паблик-аккаунте по ссылке в конце статьи; Δpd — это потеря давления в воздухораспределительной головке, кПа, которую можно уточнить у производителя и обычно составляет 3–15 кПа.
IV. Особенности проектирования пневматического смешивания
1. Диаметр пузырька и скорость роста.
Согласно литературе, диаметр пузырьков обычно составляет около 5 мм, а объем воздуха обычно составляет 10% скорости потока жидкости. Чем меньше диаметр пузырьков, тем медленнее скорость роста и тем лучше эффект перемешивания жидкости, но потребление энергии сжатого воздуха немного выше; если диаметр пузырьков слишком велик, эффективность смешивания снизится.
2. Трубопровод и воздухораспределительное устройство.
Воздухораспределительные головки должны быть распределены равномерно, обычно используются пористые трубы или микропористые аэрационные головки. Конструкция должна обеспечивать равномерное распределение пузырьков в резервуаре во избежание локальных «коротких замыканий».
3. Гидравлические характеристики бассейна
В глубоких бассейнах пузырьки воздуха терпят большие потери во время всплытия, поэтому требуется сжатый воздух-с более высоким давлением.
Краткое содержание
В контексте «двойного углерода» (диоксид углерода, улавливание углерода и выбросы углерода) технология перемешивания сжатым воздухом предлагает водоочистным станциям высокоэффективный, энергосберегающий и не требующий-метод смешивания. Рационально рассчитывая расход воздуха и давление, оптимизируя конструкцию распределения воздуха и контролируя размер пузырьков, можно добиться более равномерного перемешивания, чем при механическом перемешивании, при этом значительно снижая эксплуатационные расходы. Ожидается, что в будущем, с развитием интеллектуальных систем управления, пневматическое смешивание будет связано с онлайн-мониторингом качества воды, обеспечивая подачу воздуха по-по требованию и динамическую экономию энергии, демонстрируя большой потенциал применения в муниципальной очистке воды, промышленной оборотной воде и химических реакциях.