التدفق الأفقي مقابل الموضح الدائري مقابل المستقر الأنبوبي المائل: بيانات الترسيب الحقيقية من 3 خزانات كاملة الحجم - أي منها يعمل بالفعل؟|جونتاي

إذا كان خزان الترسيب الخاص بك يزيل 11% فقط من التعكر الوارد، فأنت لا تعالج المياه - بل تقوم فقط بتمريرها عبر صندوق خرساني. هذا هو بالضبط ما أظهرته البيانات الميدانية لأحد أنواع الخزانات الثلاثة التي تم اختبارها في محطات إمدادات المياه لسكة حديد هنغيانغ على نهر شيانغجيانغ. نفس الماء الخام، نفس مادة التخثر، نفس بروتوكول أخذ العينات - و أ7.7 × الفرقفي كفاءة الترسيب بين الأفضل والأسوأ أداء. إليكم ما تكشفه الأرقام، وما تعنيه لأي شخص يحدد عملية الترسيب أو يقوم بتشغيلها أو تحديثها.

التقنيات الثلاثة

خزان الترسيب ذو التدفق الأفقي

أقدم تصميم في المجموعة. يدخل الماء من أحد طرفيه، ويتدفق أفقيًا بسرعة 15 مم/ثانية تقريبًا عبر حوض مستطيل طويل، ويخرج من الطرف البعيد. تستقر الجسيمات بالجاذبية أثناء الرحلة. بسيطة وقوية ويمكن التنبؤ بها - ولكنها أيضًا متعطشة للمساحة وبطيئة. احتلت وحدة هنغيانغ222.4 m²لعلاج فقط75 m³/h.

جهاز تنقية التدوير الهيدروليكي

تصميم ذو تدفق عمودي حيث تدخل المياه الخام إلى منطقة التفاعل المركزية، وتتبلور في بطانية الحمأة المتداولة، وترتفع المياه النقية إلى أحواض التجميع الطرفية. أكثر إحكاما من التدفق الأفقي - يتم التعامل مع وحدة Hengyang240 m³/hفي فقط47.2 m². تعمل بطانية الحمأة كمرشح اتصال، مما يحسن التقاط الجسيمات.

مستوطن الأنبوب المائل (موضح الصفيحة)

أحدث التقنيات في المقارنة. يتدفق الماء إلى أعلى من خلال أكوام من الأنابيب المائلة (عادة عند 60 درجة)، حيث تستقر الجزيئات على أسطح الأنابيب وتنزلق إلى أسفل في قادوس الحمأة. تعمل الهندسة المائلة على زيادة مساحة الاستقرار الفعالة بشكل كبير لكل وحدة بصمة. تم علاج وحدة هنغشان160 m³/hباستخدام فقط27.2 m²- أقل من ثُمن مساحة خزان التدفق الأفقي أثناء التعامل مع أكثر من ضعف التدفق.

التفاح إلى التفاح: معلمات المنشأة

عالجت جميع الخزانات الثلاثة نفس المياه الخام لنهر شيانغجيانغ بنفس مادة التخثر - كبريتات الألومنيوم المكررة، بجرعات تبلغ 3.5 ملغم / لتر في موسم الجفاف و 32 ملغم / لتر في موسم الأمطار. لم يتم تحميل أي منها بشكل زائد. يوضح الجدول أدناه الشكل الذي كان يبدو عليه كل تثبيت قبل أن نصل إلى الأداء.

تقفز بعض الأرقام من هذا الجدول على الفور. حقق مستوطن الأنبوب المائلأعلى حمل هيدروليكي (9.2 م³/م²·ساعة)بينما تحتل أصغر بصمة. وعلى النقيض من ذلك، هناك حاجة إلى خزان التدفق الأفقي90 دقيقة من وقت الاحتفاظ- ما يقرب من 4× تسوية الأنبوب المائل - ومع ذلك يعالج أقل من نصف التدفق. كان جهاز التنقية الدائري في المنتصف في معظم المقاييس ولكنه كان الرائد من حيث الحجم في قدرة المعالجة المطلقة عند 240 متر مكعب/ساعة.

عرض الأداء: كفاءة الترسيب

السؤال الأساسي: ما هو الخزان الذي يزيل بالفعل أكبر قدر من التعكر؟ تم أخذ العينات في وقت واحد عبر جميع الخزانات الثلاثة، مرة واحدة في موسم الجفاف ومرة ​​واحدة في موسم الأمطار، لمدة ثلاثة أيام متتالية في كل مرة، مع جمع عينات متوازية مرتين يوميًا. وكانت النتائجلا لبس فيه إحصائيا(χ²=21.17، P <0.005).

تبرز ثلاث نتائج:

1. فاز مستوطن الأنبوب المائل بشكل حاسم.وفي موسم الأمطار - عندما تكون أحمال التعكر في أعلى مستوياتها - يتم تحقيق ذلكإزالة 86%مقارنة بـ 64.2% للمصفاة الدائرية و57.8% لخزان التدفق الأفقي. وكانت الفجوة أوسع في موسم الجفاف: 32.4% مقابل 24.6% مقابل 11.1%. يؤكد اختبار مربع كاي (χ²=21.17، P <0.005) أن هذه ليست تقلبات عشوائية - فالفرق حقيقي وقابل للتكرار.

2. يتفوق أداء موسم الأمطار على موسم الجفاف في جميع المجالات.كان أداء كل خزان أفضل عندما كان الماء أكثر دفئًا وكانت نسبة التعكر أعلى. قفز خزان التدفق الأفقي من 11.1% إلى 57.8% - وهو تحسن بمقدار 5 مرات - وذلك ببساطة لأن ارتفاع تعكر المياه الخام يمنح التخثر المزيد من الجزيئات للعمل بها، مما يشكل كتلًا أكبر وأسرع في الترسيب.

3. لم تكن درجة الحرارة وسرعة الرياح ودرجة الحموضة مهما.عبر النطاقات المراقبة (درجة حرارة الهواء 9.5-34 درجة، سرعة الرياح 0.1-3.2 م/ث، الرقم الهيدروجيني 6.3-7.8)، لم يظهر أي من هذه المتغيرات البيئية تأثيرًا ذا معنى إحصائيًا على كفاءة الترسيب. ما دفع الأداء هو هندسة الخزان والمكونات الهيدروليكية - وليس الطقس.

ما وراء التعكر: اللون والبكتيريا ولغز "القيمة العكسية"

إن إزالة التعكر هي المقياس الرئيسي، لكن محطات معالجة المياه تهتم بثلاثة أشياء أخرى: اللون، والبكتيريا، والقولونيات. هنا، أصبحت البيانات مثيرة للاهتمام.

تتبع تخفيض اللون التعكر عن كثب.كان الارتباط قويًا وإيجابيًا: r=0.9086. معادلة الانحدار - y=0.225x + 0.3495 - تعني أنه مقابل كل 10 نقاط مئوية تحسن في كفاءة الترسيب، تحصل على 2.6 نقطة مئوية تقريبًا من إزالة اللون. وهذا منطقي من الناحية الفيزيائية: فنفس الجسيمات العالقة التي تبعثر الضوء (التعكر) تحمل أيضًا مادة عضوية مذابة تضفي اللون. قم بإزالة الجزيئات وسيذهب اللون معها.

أما البكتيريا والقولونيات فقد روت قصة مختلفة.على عكس التعكر واللون، ظهر انخفاض في العدد الكلي للبكتيريا ومجموعة القولونيات الكليةلا توجد علاقة متسقةمع كفاءة الترسيب. والأكثر إثارة للدهشة: كانت هناك حالات كانت فيها أعداد البكتيريا بعد الترسيب بالفعلأعلىمن ذي قبل - ما يسمى بظاهرة "القيمة العكسية". وقد أشار الباحثون إلى ذلك دون تفسير محدد، ولكن أي شخص قام بتشغيل خزانات الترسيب سوف يتعرف على الجناة المحتملين: الحمأة المتراكمة في المناطق الميتة التي تعيد تعليق البكتيريا في التيار المصفى، أو انسلاخ الأغشية الحيوية من جدران الخزانات أثناء الاضطرابات الهيدروليكية. وفي كلتا الحالتين، فإن الوجبات العملية واضحة:لا يمكنك الاعتماد على الترسيب وحده لأداء الحاجز الميكروبي. إن الترشيح والتطهير ليسا اختياريين، بل هما خطوات التحكم الميكروبي الحقيقية.

الاقتصاد المخفي: البصمة والقدرة والتكلفة

أرقام الأداء مهمة، ولكن الأمر كذلك بالنسبة لحالة العمل. دعونا نترجم الدبابات الثلاثة إلى اقتصاديات هندسية.

يسلم مستوطن الأنبوب المائل17× كفاءة المساحةخزان التدفق الأفقي، مع أداء ترسيب أفضل بنسبة 49% - ولكن بتكلفة رأسمالية أعلى قليلاً لكل وحدة سعة من جهاز التنقية الدائري. إن جهاز التوضيح المتداول هو بطل القيمة مقابل المال من حيث التكلفة الأولية، على الرغم من أن سقف أدائه أقل. بالنسبة للنباتات الخضراء حيث الأراضي رخيصة والميزانيات محدودة، لا تزال هناك حجة للتدفق الأفقي. بالنسبة لأي موقع تكون فيه البصمة مهمة - التعديلات التحديثية، والمحطات الحضرية، والتوسع داخل الحدود الحالية - يعد الأنبوب المائل هو الاختيار الهندسي الواضح.

الحد الأدنى للمهندسين

لم تكن هذه دراسة مختبرية. كانت عبارة عن ثلاثة خزانات كاملة التشغيل تعالج نفس مياه النهر بنفس مادة التخثر، ويتم أخذ عينات منها في وقت واحد عبر الفصول. الاستنتاجات لها وزن حقيقي:

1.إذا كانت كفاءة الترسيب هي مقياسك الأساسي، فإن جهاز تسوية الأنبوب المائل هو الفائز بشكل لا لبس فيه بنسبة - 86% إزالة التعكر في موسم الرطب مقابل 64.2% و57.8% للبدائل. الفرق ذو دلالة إحصائية (P <0.005).

2.إذا كنت تقوم بتعديل محطة موجودة ذات مساحة محدودة، فإن المستوطنين الأنبوبيين المائلين يمنحك قدرة معالجة قدرها 5.88 م3/ساعة لكل متر مربع من المساحة - وهو ترتيب من حيث الحجم أفضل من التدفق الأفقي (0.34 م3/ساعة/م2). تم إغلاق قضية التحديث بشكل أساسي.

3.لا تتوقع أن يتعامل الترسيب مع حملك الميكروبي. تظهر البيانات أن التخفيضات البكتيرية والقولونية لا يمكن الاعتماد عليها وأحياناً تكون سلبية. تظل عمليات الترشيح والتطهير بمثابة حواجز غير قابلة للتفاوض في اتجاه مجرى النهر. وهذا لا يمثل نقطة ضعف في أي نوع معين من الخزانات - بل هو قيد أساسي لتسوية الجاذبية.

4.إذا كانت تكلفة رأس المال هي القيد المهيمن وكان لديك مساحة إضافية، فإن جهاز تنقية التدوير الهيدروليكي يقدم أفضل نسبة تكلفة لكل قدرة (0.038 مقابل 0.075 للأنبوب المائل)، مع أداء مقبول (موسم ممطر بنسبة 64.2%). إنها الأرضية الوسطى العملية.

5.لا تزال خزانات ترسيب التدفق الأفقي موجودة لسبب ما - فهي بسيطة ومتسامحة وفعالة عندما يكون حجمها مناسبًا للحمل. ولكن مع كفاءة موسم الجفاف البالغة 11.1% في مجموعة البيانات هذه، فإن الوحدة الصغيرة الحجم أو سيئة التشغيل بالكاد تؤدي وظيفتها. إذا كنت تقوم بتشغيل برنامج محدود المساحة، فأنت تعرف بالفعل ما يجب أن يحدث.