沈殿分離は単位操作として古くから水処理管理に利用されており、比較的実用的な水処理技術です。沈降分離効果を向上させるために、使用中に沈降ゾーンに傾斜板または傾斜管が設置されることが多く、これにより大面積と高い分離効率を利用して浅層原理を適用できます。しかし、適用中に発生する問題が注目されることはほとんどありません。このホワイトペーパーでは、アプリケーション中に発生する主要な問題の分析に焦点を当て、参考として対応する解決策を提案します。
1. 傾斜チューブセトラーの適用中に発生する問題
傾斜管セトラーの入口における水の分布が均一でない場合、入口付近の液体の動きに重大な乱流が発生します。これにより、入口で局所的な流速が非常に速くなり、傾斜管に堆積したスラッジが再び上昇します。
通常運転時の傾斜管セトラーの内部状況を図1に示します。
図1より、水の流れと汚泥の流れにはそれぞれ独自の経路があることがわかります。通常の運転が長期間継続すると、汚泥の流れの動きは基本的に動的平衡に近づきます。
この時点で廃水のSS除去効率は良好です。
しかし、入口での流れの分布が十分に均一でない場合、一部のチューブ入口での流速が高くなりすぎて、激しい乱流が発生し、流出水の品質が低下します。
2. 問題の流体力学解析
好ましくないプロセス全体を通じて、流体は図 2 に示す状況を示します。
上記現象の原因を以下の観点から分析します。
2.1 不利な状況の水理解析
実際、傾斜管内での水や汚泥の上下の流れは、近似的な流動現象とみなすことができます。 v は管を通る水の空塔速度、u1 は汚泥粒子を通る水の実際の速度、ε は (汚泥粒子層の) 空隙率であると仮定します。次に、図 3 に示すように、u₁=v/ε になります。
懸濁物質の空隙率が小さい場合、粒子層を通過する水の実際の速度は比較的速くなります。粒子の沈降速度が固定値 u として知られている場合セット、流動化のさまざまな段階の理論によれば、粒子層を通過する水の実際の速度 u₁=uセット、流動状態は安定した空隙率 ε を持つ固定床段階にあります。 u₁ > u の場合セット、元々の空隙率εが壊れ、空隙率が増加します。傾斜したチューブセトラーの場合、これは粒子が上昇することを意味し、分離効率が低下します。
2.2 さまざまな状態における再懸濁汚泥粒子の異なる沈降速度の解析
再懸濁した汚泥粒子は、①個々の粒子と、②大きさの異なる粒子群（空隙率ε'）の形で存在します。ストークスの法則領域における個々の粒子の沈降速度の式によると、次のようになります。
粒子クラスターの沈降速度については、シュタイノールの経験的関係に従って次のようになります。
どこ：
vt、グループ- 粒子クラスターの沈降速度、m/s;
t - 整定時間、s;
g - 重力加速度、m/s²;
ρs, ρL- 粒子と液体の密度、kg/m3;
Dp- 粒子直径、m;
μ - 動粘性係数、kg/(m・s);
ε - 空隙率。
0 < ε² < 1 および 0 < 10 であるため-1.82(1-ε)< 1 の場合、ε²・10 となります。-1.82(1-ε)< 1、したがって vt、グループ
沈降理論と上記の証明によれば、再懸濁後、粒子クラスターは沈降する可能性が低くなります。つまり、粒子クラスターは水流によって簡単に運び去られ、沈降効率が低下します。
2.3 不良状態における流量特性
図 2 のような不利な状況が発生した場合、セトラーの水面から見下ろした流量分布は図 4 のようになります。
図4に示すように、水面には①比較的穏やかなゾーン、②遷移ゾーン、③激しい乱流ゾーンの3つのゾーンが現れます。激しい乱流ゾーンでは、深刻な場合には、水面が小さな湾曲した弧を描くように膨らむこともあります。ここの SS 濃度は非常に高く、流入水とほぼ同じです。
2.4 上記の分析に基づいて修正された後のオンサイトテスト結果-
ある排水処理プロジェクトでは、上記の問題により排水がかなり濁っていました。水理解析と水分布を均一にするための工学的修正を行った結果、排水中にフロックが上昇する現象は見られなくなりました。試験結果を表 1 に示します。
表1 某工場排水のCODcr試験結果
| 水サンプルバッチ | 流入水 CODcr/(mg・L⁻¹) | 排水CODcr/(mg・L⁻¹) | 除去率/% |
| 1 | 1272 | 261 | 79.5 |
| 2 | 1153 | 245 | 78.7 |
表１から、補正および均一な水分布の後、ＣＯＤｃｒ除去率が比較的高いレベルに達したことが分かる。
3. 傾斜管セトラーの注意点
3.1 さまざまな粒子の分析
砂の沈降、印刷・染色廃水のフロックの沈降、石炭スラリーの沈降など、粒子の密度、形状、空隙率の違いにより、沈降に違いが生じます。砂粒子は比較的密度が高く、サイズが小さいため、すぐに沈降します。印刷および染色廃水からのフロックは比較的密度が低く、水に近く、形状が大きく、空隙率が高いため、ゆっくりと沈降します。石炭スラリーは 2 つの間にあります。したがって、砂の堆積では流量変動の影響が比較的小さく、印刷排水や染色排水では流量変動の影響が比較的大きくなります。したがって、粒子が異なれば、流れの分布に対する要件も異なります。印刷および染色廃水の場合、入口での流れ分布は比較的均一でなければなりません。
3.2 傾斜チューブセトラーにはより均一な水の分配が必要
セトラー内には傾斜したチューブ（通常は直径 35 mm、50 mm）が配置されているため、ν= Q/A によりチューブの下の水力分布が均一でない場合、一部のチューブで流速が高くなりすぎてフロックが上昇し、チューブがない場合よりも排水の水質がさらに悪化します。したがって、傾斜管沈降装置内の水の分布は、通常の沈殿槽よりも均一になるはずです。
3.3 傾斜管の設置方向は流入方向と逆にしてください。
水が入口パイプからセトラーに入るプロセスでは、流れの断面積が突然拡大します。-そのため、流れが少し変わります。この変化を避けるためには、傾斜チューブの設置方向を流入方向と逆にする必要があります。これにより、流れの急激な変化によるフロックの沈降効率への影響を軽減できます。