傾斜チューブセトラー: 原理、設計パラメータ、およびアプリケーションに関する完全な技術リファレンス

通常の沈殿槽は浮遊物質の 40 ～ 70% を除去し、その設置面積は数百平方メートルになります。同じ設置面積を持つ傾斜チューブセトラーは、90% 以上の - を除去し、2 倍の流れを処理します。違いは、より優れた化学薬品やより細かい制御ではありません。それは幾何学です。沈降ゾーンに傾斜した平行なチューブを設置することにより、タンクは有効沈降面積を 10 倍以上に拡大し、同時に流れを層流状態に安定させ、粒子を懸濁したままにするのではなく沈降させます。この記事は完全な技術リファレンスです。つまり、傾斜管セトラーがどのように機能するか、構造がどのように構成されているか、その性能を左右する設計パラメータは何か、そしてそれらがどこに適用されるかなどです。

I. 動作原理 - なぜ浅い方が速いのか

傾斜チューブセトラーは、沈降工学における最も古く、最も洗練された原理の 1 つに基づいて構築されています。タンクが浅ければ浅いほど沈降時間は短くなります。理想的な沈降式は次のようになります。

u₀=Q / A および t=H / u₀

ここで、u₀ はオーバーフロー量 (表面負荷)、Q は流量、A は沈降面積、t は沈降時間、H は水深です。これら 2 つの関係から、2 つの設計レバーが現れます。

レバー 1 - 面積を増やし、オーバーフロー率を減らします。与えられた流量 Q の場合、A を大きくすると u₀ が減少します。オーバーフロー速度が低いということは、水がタンクから出る前に、所定の沈降速度を持つ粒子がスラッジゾーンに到達する可能性が高いことを意味します。より多くの領域を=除去するとより効果的です。

レバー 2 - 深さを減らし、時間を短縮します。与えられた u₀ に対して、H を小さくすると t が比例して減少します。深さ H のタンクを深さ H/n の n 個の水平層に分割すると、各層は同じ除去効率 - で同じ量の水を処理できますが、時間は 1/n、したがってタンク容積の 1/n になります。

これが浅い深さの原則です。-通常の沈殿槽は深さ1層です。傾斜したチューブセトラーは、その単一の深い層を次の層に置き換えます。数十の浅い平行層、それぞれが独立した定着ゾーンとして動作します。タンクの設置面積を増やすことなく、有効沈降面積が増加します。

傾斜したチューブはタンクを細分化するだけではありません。各チューブはその断面積に比べて濡れた周囲が大きいため、-水力半径が急激に減少する。同じ水平流速 V では、レイノルズ数 Re は層流のしきい値 - をはるかに下回り、通常は約 50 以下の - に落ち着きますが、フルード数 Fr は増加します。チューブ内の流れは安定して層流になります。粒子を浮遊状態に保つ乱流が抑制されます。粒子は各チューブの下面に沈降し、薄いスラッジ層として蓄積し、60 度の傾斜で重力によってスラッジホッパー内に滑り落ちます。浄化された水は上昇し、収集トラフを通って排出されます。

II.構造 - 3 つのフロー構成、主要な選択肢 1 つ

傾斜管セトラーは機能ゾーンに分割されています。入口分配ゾーン、配水ゾーンチューブの下には、チューブ沈降ゾーン、透明な水域チューブの上に、緩衝地帯、そして汚泥ゾーン一番下にあります。チューブ自体は通常、傾斜角 - で取り付けられます60度- は、投影された沈降面積を最大化しながら、スラッジが重力によって滑り落ちるのに十分な傾斜を提供します。

水の流れとスラッジの動きの相対的な方向に応じて、傾斜チューブセトラーは 3 つの構成に分類されます。

逆流が主流の構成です-水および廃水処理に。反対の流れの方向 - 水が上昇し、汚泥が下降する - という自然な分離が生じ、粒子と沈降面の接触が最大化され、同時に浄化された流出経路が短く直接的に保たれます。

Ⅲ．設計パラメータ - パフォーマンスを決定する数値

以下のパラメータは、傾斜管セトラーの中核となる設計仕様を形成します。これらの範囲外の値は通常、過剰な設計 (設置面積と資本の無駄) または- 設計不足 (濁った排水やチューブの詰まりのリスク) を示します。

2 つの重要な公式サイズ計算を管理します。

表面積:

A = Q_最大 / (0.91 · n · q) (m²)

ここで Q_最大は最大設計流量、n はタンクの数、q は設計表面負荷率です。係数 0.91 は、チューブの壁の厚さと構造要素による有効面積の減少を説明します。

保持時間:

t=(h₂ + h₃) × 60 / q (分)

ここで、h2 は傾斜管ゾーンの上の水深、h3 は傾斜管ゾーン内の水深 (管の垂直高さ)、q は表面荷重です。汚泥ホッパーの計算は、従来の沈殿槽と同じ方法論に従います。

操作上の注意:短絡を防ぐため、傾斜したチューブは入口端に向かって傾ける必要があります。{0}スラッジの排出は重力によって行われ、通常は 1 日に 1 回または 2 回、チューブ表面を定期的に洗い流すための洗浄設備が備えられています。

IV.従来の沈殿槽と比べて5つのメリット

1. 層流により、より高い負荷が可能になります。チューブ内のレイノルズ数が低い (Re < 500、通常は約 50) ため、乱流が抑制されます。粒子は渦によって邪魔されることなく沈降します。これは、入植者が従来のタンクのおよそ 2 倍の表面荷重を処理できる能力の水力基盤です。

2. 整定距離が短くなり、時間が短縮されます。従来のタンクでは、粒子は通常 3 ～ 5 メートルの水深 - を通って落下する必要があります。傾斜したチューブの場合、最大沈下距離はチューブ直径 - 50 ～ 80 mm です。粒子は、桁違いに速く沈降表面に到達します。

3. セトリングエリアを増やすことで容量が増加します。物理的設置面積が 100 平方メートルのタンクは、チューブの形状、傾斜、長さに応じて、有効沈降面積が 1,000 平方メートル以上になる場合があります。この面積の増加が、傾斜チューブ沈降装置が同じサイズの開放タンクよりも優れたパフォーマンスを発揮する主な理由です。

4. 短い保持時間で高い除去率。層流、短い沈降距離、大きな有効面積の組み合わせにより、沈降装置は 30 分以下の滞留時間で 90% 以上の懸濁物質除去を達成します -。これに対し、従来の水平流タンクでは 1.5 ～ 2.5 時間でした-。

5. 設置面積が小さい。上記の利点はすべて、戦車が占有する土地が大幅に少なくなるという 1 つの実際的な結果に集約されます。敷地境界に制約されたプラント - 都市下水処理施設、限られた敷地の産業施設 - の場合、これが多くの場合、決定的な要因となります。

V. 飲料水をはるかに超えた用途 -

傾斜管セトラーは、都市工学および産業工学において最も広く導入されている水処理装置の 1 つです。その適用範囲には次のものが含まれます。

傾斜チューブセトラーは両方の用途に適しています。新規設置および既存の従来型沈殿槽の改修。既存の長方形または円形のタンクにチューブ モジュールを追加することは、最もコスト効率の高い容量アップグレードの 1 つです。-タンク構造は残りますが、有効沈降面積が増大し、多くの場合、設置面積を拡大することなく油圧処理量が 2 倍になります。

VI.楽しみにしている

傾斜管セトラーは成熟した技術 - ですが、静的なものではありません。数値流体力学の進歩により、特定の原水の特性に合わせて、より正確なチューブ形状の最適化が可能になりました。新しい素材 - PVC、PP、ステンレス鋼 - は、最初の紙とアルミニウムのハニカムが設置されたときには得られなかった、コスト、耐薬品性、構造強度、耐用年数の間のトレードオフを提供します。-また、傾斜管モジュールと MBBR、高効率沈降、バラスト凝集などの高度なプロセスとの統合により、管沈降装置が決定的な性能上の利点を提供する用途の範囲が拡大し続けています。-

中核となる原則 - 浅い深さ、層流、面積の増加 - は、最初に明確化されて以来変わっていません。変化したのは、それらを適用できる精度と、満たすことが求められる廃水の課題の範囲です。