昆山京河水力発電所 (600,000 m3/日): 側方流傾斜プレートセトラー改修により、追加エネルギーゼロで濁度が 1.0 NTU 以下にどのように削減されたか

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公開日: 2025-05-28 • カテゴリー:事例• タグ:チューブセトラー · 傾斜プレートセトラー · 沈降改修 · 飲料水 · 昆山市

セクション 1

旧式のプロセスと濁度の問題を抱える 600,000 m3/日のプラント-

昆山静河水工場は決して小さな施設ではありません。の設計能力で600,000 m³/d江蘇省の主要都市にサービスを提供している同社は、2006 年から 2007 年にかけて高度な処理のアップグレードを受け、従来の処理システムにオゾン-生物学的活性炭を追加しました。プラントは長年にわたり、凝集グリッド→水平流沈殿タンク→浮遊選鉱タンク→V-型ろ過プロセス-を運営していました。この構成は、原水源であるクイ湖が季節性の藻類の発生に悩まされ、浮遊選鉱が不可欠になったときに設計されました。

そして、2011 年 11 月にすべてが変わりました。長江の分水プロジェクトが開始され、昆山市に 2 番目の原水源が与えられました。新しい「川と湖」の二重水源システムにより、原水の品質が劇的に改善されました。藻類のレベルが急減しました。そして、浮選タンクは-かつては重要だった-高い-エネルギー-消費の責任。改修前はすでに運用を停止していた。

しかし、浮遊選鉱タンクの廃止により、一連の問題が発生しました。水平流沈殿槽の長さはわずか 76 メートル（末端回収ゾーン 22 メートルを含む）で、比較的短い油圧保持時間。浮遊選鉱の研磨効果が無く、沈殿した水の濁りが上に漂ってしまいました。1.0 ～ 2.0 NTUと、オペレーターはフィルターに向かって流れる細かいフロック粒子を視覚的に確認できました。下流の V- タイプのフィルタは、フィルタの稼働時間を短縮し、逆洗の頻度を高め、エネルギーと水の消費量を増やしました。-

プラントには改修が必要でした。しかし、沈殿池と浮遊池の直下に透明な水槽が建設されており、その構造物はすでに20年以上経過しているため、簡単に取り壊してやり直すわけにはいきませんでした。すべての変更は既存の構造を尊重し、重量の増加を避け、-絶対に-透明な水タンクの屋根を損傷する危険を絶対に起こさないようにする必要がありました。

セクション 2

設計概要: 築 20 年の建物の改修

エンジニアリング チームは、次の 3 つの明確な制約を設定しました。

1.既存のタンクへの構造的損傷を最小限に抑えます。{0}これらのタンクは 1990 年代から 2000 年代初頭に建設されました。

2.プラント全体の展開を検討する前に、フェーズ II (50,000 m3/日) -単一処理トレイン-の試験運用を行ってください。-

3.対象：沈殿池放流濁度安定的に 1.0 NTU 未満、投資コストが制御されています。

核となる戦略は非常にシンプルでした。既存の浮選タンクスペースを二次沈殿ゾーンとして再利用、横流タンクの長さ不足を補います。しかし、2 つの重要な設計上の決定が、改修が成功するか失敗するかを決定することになります。

セクション 3

決定を下すか{{1}するかの 2 つの決定: 収集トラフと入植者のタイプ

決定 1収集トラフを保持しますか、それとも削除しますか?

水平流沈殿タンクの端には 5 つの収集トラフがあり、それぞれ長さ 22 メートルの鉄筋コンクリート製で、ステンレス鋼の調整可能な堰板が付いていました。{0}}保存しておけば解体作業の手間が省けます。しかし、水が谷に入るときの上向きの流れパターンは、かろうじて沈殿していた細かいフロック粒子を持ち上げ、沈降プロセス全体を損なうことになります。

決定: トラフを削除します。有効堆積長さの 22 メートルの増加は、追加の解体費用をはるかに上回りました。水は、0.1 m/s 以下の制御された速度で隔壁の分配穴を通って流れ、二次沈降ゾーンにスムーズに移行します。

決定 2チューブセトラーまたはラテラルフロー傾斜プレート?

これは極めて重要な技術的な選択でした。チューブセトラーと傾斜プレートセトラーはどちらも浅い-深さの沈降原理-を使用し、複数の平行な沈降面を追加して、同じタンク容積内の有効沈降面積を劇的に増加させます。しかし、流れの方向がすべての違いを生みます。

このシナリオでは、上向き流管の入植者には 4 つの不利な点があります。{0}}

▷二次ゾーンに到達したフロックはすでに細かくて軽く、水平の流れの中でも沈降するのが困難でした。{0}上向きの流れ（向流沈降）では、落下する粒子に対抗して上昇する水が粒子を上方に運び、分離が予測不可能になります。

▷元の浮遊選鉱タンクの高さはわずか 3.3 m で、乾舷後の有効深さは 3.0 m 未満でした。チューブセトラーは、下部の適切な分布と上部の透明な水域のために少なくとも 4.5 m を必要とします。高さが不十分であると、分布が不十分になることを意味します-入植者のパフォーマンスを低下させる最大の要因です。

▷タンク面積が 400 平方メートルであるため、特に高さの制限がある場合、大きなチューブセトラーフィールド全体に均一な分配と収集が非常に困難でした。

▷不均一性があると、局所的な高水力負荷ゾーンが生じ、そこで細かいフロックが逃げ、二次沈降の目的が完全に無効になります。-

側方流傾斜プレートは、次の 4 つの問題をすべて解決しました。

✓水は水平に流れ、粒子は最小限の干渉で下方に沈降します-クロス-。細かいフロックの方がはるかに有利です。

✓タンクの長さ 18.6 m に沿った水平分布により、均一な流れのための十分なスペースが提供されます。-高さの犠牲はありません。

✓必要なタンク深さは 3 ～ 3.5 m だけです-既存の 3.3 m 浮選タンクに最適です。

決定：側方流傾斜板。これは危機一髪ではありませんでした。{0}既存のタンクの物理的制約により、チューブ セトラーは生存不可能になり、{1}}傾斜プレートは自然な解決策でした。

これは覚えておく価値のある教訓です。改修プロジェクトでは、机上での「最高の」テクノロジーは無関係です。重要なのは、既存の構造の制約内で何が機能するかだけです。

セクション 4

最終的なデザイン: 重要なすべての数字

スキームの比較後、50,000 m3/日のフェーズ II 処理トレインの改修設計がまとめられました。ここではエンジニアリングの詳細を示します。-同様のことを計画している場合に実際に使用できるものです。

4.1横流沈殿槽改造

4.2側方流傾斜板沈降帯

セクション 5

建設: 20-年前のきれいな水タンクの周りでの作業

建設は 2023 年 12 月に開始され、システムは 2024 年 1 月中旬までに試運転されました。-ライブ治療トレインへの改修にかかる期間はわずか 6 週間でした。次の 3 つの課題が際立っていました。

チャレンジ 1構造壁の穴あけ

沈殿槽の出口隔壁と浮遊選鉱槽の入口壁の両方に分配穴が必要でした。しかし、これらの壁は次のような役割も果たしました。屋根支柱の基礎。穴を開けすぎたり、穴を大きくしすぎたりすると、構造的な完全性が損なわれます。小さすぎると、均一な分布ではなくジェッティングが発生します。

構造エンジニアに相談した結果、解決策は次のとおりでした。各壁に直径 600 mm の円形穴 16 個-強度を保つのに十分な量が少なく、フロックせん断なしで目標の分布速度 0.1 m/s を達成するのに十分な量です。場合によっては、エンジニアリング上の最善の決定は、さらに最適化をすべきでない場合を知ることです。

チャレンジ 2屋根を壊さないでください (床もです)

浮遊選鉱タンクの底版はクリアウォータータンクの屋根。損傷があると、飲料水プラントの壊滅的な故障モードを下回る処理水貯蔵庫への漏洩が発生することになります。{1}すべての解体および建設活動は、この制約を考慮して計画する必要がありました。例外はありません。

チャレンジ 3重量の中立性

設計されていない屋根に荷重を加えることができません。改修は重量を中立にする必要がありました。つまり、設置された新しい機器のキログラムごとに、取り外されたキログラムを相殺する必要がありました。-エンジニアリング チームはこれを細心の注意を払って説明しました。

✓撤去: 浮選装置、スキマー、パイプライン、レンガ隔壁

✓追加した：ABS傾斜板ユニット(水に近い密度-水没時の中性浮力に近い-)

✓追加した：軽量コンクリートスラッジスロープ(水に合わせた密度、死荷重を回避)

重量バランスのアプローチは、タンクトップの改修を検討しているプラ​​ントにとって重要な教訓です。{{0}材料の選択は耐薬品性だけではなく、{0}別の構造物の上で作業する場合は密度も重要になります。

セクション 6

結果: 1 ワットも追加せずに濁度が 1.0 NTU 未満-

改修は 2024 年 1 月に委託されました。5 か月間の運用データ (2024 年 2 月から 6 月) により、設計が目標を達成していることが確認されました。

工場管理者にとって最も重要な部分は次のとおりです。この全体的な改善は、いかなる形のエネルギー消費も追加することなく達成されました。傾斜プレート沈降ゾーンは完全に重力によって動作します。これを、交換した浮選タンクと比較してください。-エアコンプレッサー、再循環ポンプ、スキマー ドライブが 24 時間年中無休で稼働しています。この改修は水質を改善しただけではありません。これにより、主要な OpEx 項目が削除されました。

運用上の問題が 1 つ明らかになりましたこれは、同様の改修を計画している人にとっては注目に値します。改修前は、沈殿タンクの端に時折化学泡や浮遊スカムが溜まって収集トラフに落ちてフィルターに流れていました。改修後、新しい分配穴は水面下に位置します。-表面のスカムは逃げることができず、タンクの端に蓄積します。排水の水質には影響しませんが、見た目が悪いです。工場では現在、手作業で除去しているが、後に表面スキミング装置を追加する可能性がある。細かいことですが、オペレーターの作業を容易にするか困難にするかのようなものです。

図 1 改修レイアウト: 水平流沈殿槽 + 横流傾斜板沈殿ゾーン (第 II 期、50,000 m3/d トレイン)

図 2 再利用浮選タンク内の傾斜プレート ユニット - 2 ユニット、ABS 材質、プレート間隔 80 mm

セクション 7

このプロジェクトが堆積修復について教えてくれること

このプロジェクトは 1 回限りのものではありません。-世界中のプラントが同じ状況に直面しています。かつては目的を果たした古いプロセスユニットが、今ではエネルギーを消費して限界価値を提供し、さらに多くのことを実行できるはずの貴重なタンク領域に放置されています。昆山の改修により、次の 5 つの教訓が得られます。

1. 横方向の流れが上方向の流れに勝ち、細かいフロックが得られます。粒子がすでに小さくて軽い場合は、重力と戦わずに、水が水平に移動し、粒子が垂直に沈む干渉を最小限に抑えるクロスフロー分離を使用します。{0}{1}

2. 分布の均一性がセトラーのパフォーマンスを左右します。チューブとプレートのどちらを選択しても、入口の分布が不均一な場合は、粒子が逃げる局所的な高速ゾーンが発生します。{0}昆山のチームは、この-慎重にサイズを決めた 16 個の穴、入口の安定化ゾーン、出口の安定化にこだわり、それが功を奏しました。

3. タンクトップの改造では材料の密度が重要です。--水密度に近い ABS プレートと軽量のコンクリートスラッジの斜面により、改修重量は中立に保たれました。-これは単なるエンジニアリングの脚注ではありません。-実現可能なプロジェクトと構造エンジニアが拒否するプロジェクトとの違いです。

4. エネルギー消費を削減することは、排水を改善することと同じくらい価値があります。浮遊選鉱タンクのコンプレッサーとポンプは常に OpEx を排出していました。傾斜プレートセトラーは重力によって動作します。残り 20 年のプラント寿命を考えると、エネルギー節約だけで改修コストを超える可能性があります。

5. 普遍的なテンプレートはありません。昆山市で-浮選タンクを傾斜板沈降装置に改造-したことがうまくいったことは、あなたのプラントには当てはまらないかもしれません。異なる原水、異なるタンク形状、異なる制約。方法論 (評価、比較、試験運用、検証) は普遍的です。具体的な解決策はそうではありません。

同様の改修を検討しているプラ​​ントにとって、傾斜プレート (ラメラ) アプローチは、魅力的な価値提案を提供します。設置面積を増やさずに効果的な沈下エリアを追加し、エネルギーを追加せずに排水の質を改善し、大規模な土木工事をせずに老朽化したタンクを再利用します。飲料水用途のプレート間隔は通常 50 ～ 80 mm で、材質は PP や PVC から ABS やステンレス鋼に至るまで、事実上あらゆる既存のタンク形状に対応する構成があります。