أنبوب تسوية مائل على شكل قرص العسل لتنقية مياه النهر: دراسة حالة مدتها 10 سنوات في شركة ووهان للبتروكيماويات

أنبوب تسوية مائل على شكل قرص العسل لتنقية مياه النهر: دراسة حالة مدتها 10 سنوات في شركة ووهان للبتروكيماويات

عندما استغل مصنع ووهان للبتروكيماويات نهر اليانغتسي لأول مرة كمصدر للمياه الخام، واجه تقلبات موسمية شديدة في التعكر والتحدي الرهيب المتمثل في تلبية معايير مياه الشرب دون مرحلة ترشيح مخصصة. وبعد عقد من الزمن، فإن نظام الترسيب والتلبد المتكامل الخاص بهم باستخدام مستعمرات الأنابيب المائلة على شكل قرص العسل من البولي إيثيلين يوفر باستمرار تعكرًا للنفايات السائلة أقل من 5 NTU. إليك بالضبط كيفية قيامهم بذلك - وما تعنيه بياناتهم التشغيلية لمشروعك القادم لمعالجة المياه.

تحدي المياه الخام

يسحب مصنع ووهان للبتروكيماويات المياه الخام مباشرة من نهر اليانغتسي، حيث تتأرجح التعكر بشكل كبير بين الفصول. تحمل مياه الفيضانات الصيفية أحمالًا عالية جدًا من المواد الصلبة العالقة، بينما تنخفض التدفقات الشتوية إلى تعكر منخفض نسبيًا. تم تصميم نظام العلاج الأصلي ليكونعملية متكاملة لإزالة الحصى والتلبد والترسيب، تستهدف تعكر التدفق بمقدار 20 وحدة NTU للاستخدام الصناعي. تم إنشاء وحدتين معالجة متوازيتين أبعاد كل منهما 30.0م في 9.8م وبطاقة تصميمية 2000م3 في الساعة. تم تجهيز إحدى الوحدات في البداية بألواح خشبية مائلة، والأخرى بأنابيب قرص العسل الورقية. والأهم من ذلك، النظاملم تتضمن أي خطوة ترشيح في اتجاه مجرى النهر- كان جهاز تسوية الأنبوب المائل وحده هو المسؤول عن تقديم جودة التدفق النهائي.

معلمات تصميم النظام

يكشف فهم الهندسة وراء هذا الخزان المتكامل عن سبب أدائه الموثوق. تتبع العملية مسارًا متسلسلًا بعناية:Raw Water --> Coagulant Dosing --> Grit Chamber --> Flocculation --> Sedimentation --> Clear Water Tank --> Pressurization -->شبكة التوزيع. تم تحديد أبعاد كل مرحلة لتحسين آلية معالجة محددة، وتم اختيار قيم التصميم بناءً على اختبارات تجريبية مكثفة مع مياه نهر اليانغتسي.

تصميم غرفة الحصى

يبلغ طول حجرة الحصى 12.0 مترًا وعرضها 3.0 مترًا، وعمقها الفعلي 1.5 مترًا. عند التدفق التصميمي 2000 م³/h، وهذا ينتج سرعة تدفق0.15 m/sووقت الاحتفاظ تقريبا2 دقيقة. تسمح هذه السرعة الأفقية اللطيفة للرمال الخشنة وجزيئات الحبيبات الثقيلة بالاستقرار أثناء حمل المواد الصلبة العالقة الخفيفة إلى مرحلة التلبد. أظهرت الملاحظات التشغيلية المبكرة أن الكتل بدأت بالفعل في التشكل هنا، وهو ما أثبت أهميته لاحقًا عندما تم تقييم الخلاطات الميكانيكية لإزالتها.

نظام التلبد على مرحلتين

تستخدم عملية التلبد آليتين متميزتين في السلسلة. أولا، أمندف مجداف(عمق 11.5 م × 4.0 م × 3.0 م) مع أربع مراحل خلط ميكانيكية توفر خلطًا أوليًا سريعًا مع وقت الاحتفاظ لمدة 4 دقائق. كان الهدف من ذلك في الأصل إنشاء كتل دقيقة من خلال الخلط عالي الطاقة. ثم يمر الماء إلىقناة تلبد حيرة- مسار متعرج بطول 82 مترًا وعرض مدخل 0.6 مترًا ويتوسع تدريجيًا إلى عرض مخرج يبلغ 0.8 مترًا. على عمق 3.0 متر من الماء، تنخفض سرعة الدخول البالغة 0.5 م/ث تدريجيًا إلى 0.3 م/ث عند المخرج، مما يسمح للكتلة بالنمو من خلال القص الهيدروليكي اللطيف على مدى حوالي13 دقيقةمن وقت الاتصال.

مواصفات خزان الترسيب والأنابيب المائلة

يعمل حوض الترسيب بطريقة التدفق العلوي بمساحة سطحية تبلغ 196 مترًا مربعًا²(20.0 م × 9.8 م). يبلغ طول الألواح الخشبية المائلة الأصلية 1200 ملم وارتفاعها الرأسي 850 ملم، ومثبتة بميل 60 درجة مع تباعد بين الألواح يبلغ 40 ملم. تتميز أنابيب قرص العسل الورقية بـمقطع عرضي سداسي بقطر دائرة منقوشة 50 مم، طول الأنبوب 800 مم، سمك الجدار 0.4 مم، ونفس زاوية الميل 60 درجة، مما يؤدي إلى ارتفاع رأسي 700 مم. تم تشريب ورق الكرافت براتنج الفينول من أجل السلامة الهيكلية.

في ظل ظروف التصميم هذه، تكون سرعة التدفق التصاعدي عبر المستوطن2.5 ملم/ثانية، مع وقت الاحتفاظ الإجمالي للخزان30 دقيقةومدة الإقامة ضمن حزمة الأنبوبة فقط7 دقائق. إن عمق الترسيب الضحل للغاية هذا - فقط 40-50 ملم بين الأسطح المائلة - هو المفتاح لكفاءة المستوطن. وفقًا لمبدأ الترسيب في العمق الضحل، يتم تقليل مسافة الترسيب من عمق الخزان الكامل إلى التباعد بين الألواح، مما يؤدي إلى تقصير وقت التقاط الجسيمات بشكل كبير مع الحفاظ على نفس معدل الفائض.

ترقية الوسائط: من قرص العسل الورقي إلى البلاستيك PE

قدمت كل من الألواح الخشبية المائلة وأنابيب قرص العسل الورقية أداءً علاجيًا مُرضيًا خلال فترة التشغيل الأولية (ما بعد عام 1980)، حيث أظهرت أنابيب قرص العسل الورقية حافة طفيفة. ومع ذلك، كشفت الخبرة الميدانية عن قيود مادية حرجة دفعت إلى اتخاذ قرار الترقية:

لوحات خشبيةكان من الصعب تصنيعها وفقًا لتفاوتات متسقة وكان لها عمر خدمة قصير بسبب استمرار التدوير الرطب والجاف الذي يسبب التزييف والتدهور البيولوجي.أنابيب قرص العسل الورقيةعانت من متانة محدودة، والأهم من ذلك، أن تشريب الراتنج الفينولي هو الذي صنعهاغير مناسبة لتطبيقات مياه الشرببسبب احتمال تسرب المركبات العضوية إلى المياه المعالجة. كانت هذه مسألة غير قابلة للتفاوض بمجرد التزام المصنع بتلبية معايير مياه الشرب.

وفي عام 1984، تم استبدال جميع وسائط التسوية بـأنابيب بلاستيكية من البولي إيثيلين (PE).. تشترك الوحدات الجديدة في نفس الهندسة السداسية والميل بمقدار 60 درجة ولكنها تتميز بقطر دائرة منقوشة أكبر يبلغ 60 مم، وطول الأنبوب 800 مم، وسمك الجدار 0.5 مم. توفر أنابيب قرص العسل PE العديد من المزايا الحاسمة:

أولا، المادة هيمعتمدة وغير سامة ومعتمدة لملامسة مياه الشرب، والقضاء على القلق من التلوث الذي ابتليت به أنابيب الراتنج الفينولية. ثانيًا، يقاوم البولي إيثيلين التحلل البيولوجي والهجوم الكيميائيلا توجد دورة بديلةوانخفاض تكاليف دورة الحياة بشكل كبير. ثالثًا، يظهر سطح PE الأملس الكاره للماءالتصاق الحمأة منخفضةلذلك تنزلق المواد الصلبة المتراكمة تحت ثقلها بدلاً من بناء قنوات التدفق وتضييقها. يحافظ سلوك التنظيف الذاتي هذا على قدرة هيدروليكية ثابتة بين فترات الصيانة. رابعا، توفر هندسة الأنبوب السداسي أمحيط مبلل أكبرمن الصفائح المسطحة ذات المسافات المتساوية، مما ينتج نصف قطر هيدروليكي أقل وبالتالي أرقام رينولدز أقل - مما يعني ظروف تدفق صفحي أكثر استقرارًا تعمل على تحسين كفاءة الترسيب. إحدى المشكلات التشغيلية التي نشأت كانتطفو وحدات أنبوب PEعند الغمر؛ تم حل هذه المشكلة عن طريق تركيب تركيبات التثبيت لمنع الطفو.

تحسين نظام تفريغ الحمأة

نظام تصريف الحمأة الأصلي المعتمد عليهصمامات الفراشة اليدوية، والتي ثبت أنها واحدة من أكثر المشاكل التشغيلية المستمرة في المصنع. تطلبت هذه الصمامات كثافة عمالة عالية للمشغل، وعانت من ضعف الختم الذي أدى إلى تسرب المياه تقريبًا10 m³/ساعة لكل صمام، شهدت كسرًا متكررًا لقضيب التوصيل، وتمت إزالة الحمأة بشكل سيئ. في عملية معالجة المياه المستمرة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، يترجم تصريف الحمأة غير الموثوق به مباشرة إلى تدهور جودة النفايات السائلة حيث تبدأ الحمأة المتراكمة في التحلل، وإطلاق الغازات، وإعادة تعليقها في عمود الماء.

في يونيو 1988، تم استبدال الصمامات اليدوية بـصمامات البوابة الهوائيةعبر جميع نقاط التفريغ. أدى النظام الهوائي إلى القضاء على تسرب المياه تمامًا من خلال توفير قوة إغلاق إيجابية، وتبسيط التشغيل لإجراء تحكم واحد، وتحسين فعالية تصريف الحمأة بشكل كبير من خلال تمكين الإخلاء السريع والكبير الحجم قبل أن يتم ضغط الحمأة. وشملت تعديلات إضافيةزيادة ارتفاع قادوس الحمأة من 800 ملم إلى 1200 ململتوفير حجم تخزين أكبر وتركيب صمامي تفريغ إضافيين على أنبوب تجميع الحمأة المثقبة من أجل إخلاء القادوس بشكل أكثر انتظامًا. أدت هذه التغييرات إلى تمديد الدورة التشغيلية بين عمليات تنظيف الخزانات الكاملة من أسابيع إلى ما يقرب من ذلكثلاثة أشهر.

تحسين الجرعات الكيميائية

خضع نظام جرعات التخثر لأربعة تحسينات مترابطة أدت بشكل جماعي إلى تحويل اقتصاديات العلاج وموثوقيته. أولا،تم توحيد تركيز محلول التخثر إلى حوالي 5٪(انخفاضًا عن نطاق 5-10٪ السابق). يضمن هذا التركيز المنخفض والمتسق بقاء أنابيب الجرعات مغمورة بالكامل بجميع معدلات التدفق، مما يمنع قفل الهواء الذي كان يقطع تغذية التخثر بشكل متقطع. ثانيا، بعد اختبارات مقارنة واسعة النطاق، المصنعالتحول من كبريتات الألومنيوم الخام إلى كلوريد الألومنيوم الأساسي (PAC). تطلبت كبريتات الألومنيوم الأصلية جرعات عالية، وأعطت نتائج غير متناسقة في ظل ظروف المياه الخام المتفاوتة، وخلال فترات التعكر العالية في الصيف، لجأ المشغلون إلى كلوريد الحديديك - والذي، على الرغم من فعاليته، كان مسببًا للتآكل لدرجة أنه أدى إلى إتلاف الأنابيب والمعدات. أثبتت PAC تفوقها في جميع الفصول: متطلبات جرعة أقل، وتكلفة استهلاك منخفضة، وجودة مياه الصرف الصحي المستقرة، وألوان المياه المعالجة بشكل أفضل.

ثالثا، كانت جميع خطوط أنابيب الجرعاتتم استبدالها بأنابيب بلاستيكية، والقضاء على مشاكل تآكل المواد المختلطة التي ابتليت بها التركيب الأصلي للأنابيب البلاستيكية والحديد الزهر والفولاذ. الرابع، وربما الأكثر بصيرة، هوتمت إزالة الخلاطات الميكانيكية ذات الأربع مراحل من خزان التلبد بالكامل. لاحظ المشغلون أن الكتل التي تكونت بالفعل في حجرة الحصى تم تفكيكها بواسطة أدوات التحريك الميكانيكية عالية القص، مما أدى إلى إلغاء عملية التخثر ذاتها التي كان من المفترض أن تعززها. بعد إزالة الخلاطات، نمت الكتل بشكل تدريجي وثابت في قناة التلبد المحيرة من خلال القص الهيدروليكي اللطيف وحده، مما أدى إلى تحسين كفاءة التخثر بشكل كبير مع تقليل استهلاك الطاقة في نفس الوقت.

نتائج العلاج: بيانات الأداء

وبعد تنفيذ مجموعة التحسينات الكاملة، حقق نظام المعالجة نتائج تجاوزت مواصفات التصميم الصناعي الأصلي. عند التدفق التصميمي 2000 م³/h، ظلت تعكر النفايات السائلةباستمرار أقل من 5 NTU منذ عام 1984، تلبية معايير مياه الشرب الوطنية في الصين (GB 5749-85). عند الدفع إلى ظروف التحميل الزائد بمقدار 3000 متر³/h (50% أعلى من التصميم)، لا يزال النظام يحافظ على تعكر النفايات السائلة أقل من 15 NTU. يتقلب تعكر المياه الخام موسميا، ولكن تعكر المياه المعالجة يبقى ضمن نطاق مياه الشرب بغض النظر.

ويؤكد تحليل نوعية المياه قدرة النظام على إنتاج المياه الصالحة للشرب من المياه السطحية:

إن الفوائد الاقتصادية لتحول التخثر ملفتة للنظر بنفس القدر. وفي مقارنة جنبًا إلى جنب خلال يونيو 1988، مع إنتاج مياه يبلغ حوالي 170 ألف طن شهريًا، كانت جرعة PAC فقط11.4 ملغم/لترمقارنة ب25.6 ملغم/لترلكبريتات الألومنيوم - أتخفيض بنسبة 55.5% في استهلاك المواد الكيميائية. انخفض استهلاك التخثر الشهري من 4.5 طن إلى 2.1 طن:

ملحوظة: بلغ إنتاج المياه الشهري حوالي 170 ألف طن. كما انخفض استهلاك الطاقة بشكل ملحوظ بعد إزالة الخلاطات الميكانيكية، على الرغم من عدم تحديد الأرقام الدقيقة في دراسة الحالة المنشورة.

التحديات المتبقية والترقيات المخطط لها

حدد فريق مصنع ووهان ثلاثة مجالات لمزيد من التحسين والتي لها نفس القدر من الأهمية لأي شخص يقوم بتشغيل مستوطنة الأنابيب المائلة اليوم. أولاً،مراقبة التعكر اليدويةخلق تأخرًا في الاستجابة بين اكتشاف التغيرات في جودة المياه وضبط جرعات التخثر. كان الحل قيد النظر هو نظام التحكم التلقائي في الجرعات باستخدام أجهزة قياس التعكر عبر الإنترنت لتوفير تعليقات في الوقت الفعلي لتعديل معدل تغذية التخثر. يمثل هذا الخطوة المنطقية التالية لأي مصنع قام بالفعل بتحسين أنظمته الفرعية الميكانيكية والكيميائية.

ثانية،نمو الطحالب على أسطح أنابيب قرص العسل المكشوفةتم تقليل مساحة المقطع العرضي الفعال لقنوات التدفق تدريجيًا. أدى اختراق ضوء الشمس إلى حوض المستوطنة إلى تعزيز استعمار الأغشية الحيوية والطحالب، الأمر الذي لم يقتصر على تقييد التدفق فحسب، بل أدى في النهاية إلى انسداد الأنابيب بالكامل. كان الحل المقترح هو المعالجة المسبقة بالكلور للمياه الخام عند منبع المستوطن للتحكم في النمو البيولوجي قبل أن يتمكن من الاستقرار على أسطح الأنابيب. ثالثًا، على الرغم من التحسينات في تصريف الحمأة،لا تزال النطاطات تتراكم الحمأة المضغوطةوالتي لا يمكن إزالتها أثناء دورات التفريغ العادية، مما يستلزم إغلاق الخزان بالكامل وتنظيفه يدويًا كل ثلاثة أشهر. وكانت الاستجابة الهندسية هي تركيب فوهات رش داخلية تستخدم الماء المضغوط للتنظيف أثناء دورة تصريف الحمأة، مما يلغي الحاجة إلى عمليات الإغلاق الدورية.

الدروس الأساسية لتصميم الأنابيب المائلة

ينقسم عقد بيانات التشغيل من ووهان إلى أربعة مبادئ ينبغي أن توجه أي مشروع للمستوطنين الأنبوبيين المائلين:

1. أعمال التصميم المتكامل.يمكن لمفهوم الخزان المتكامل للتلبد والترسيب، عند تحديد أبعاده بشكل صحيح، أن ينتج جودة مياه الشرب بشكل موثوق من المياه السطحية دون خطوة ترشيح في اتجاه مجرى النهر. المفتاح هو الحصول على المعلمات الهيدروليكية لكل مرحلة بشكل صحيح: سرعة التدفق في غرفة الحصى (0.15 م/ث)، ووقت الاحتفاظ في التلبد (إجمالي 17 دقيقة)، وسرعة التدفق التصاعدي في المستوطن (2.5 مم/ث). إن الانحراف عن هذه القيم يعرض سلسلة العلاج بأكملها للخطر.

2. اختيار المواد له عواقب متتالية.توفر أنابيب قرص العسل البلاستيكية PE أفضل مزيج من أداء المعالجة، والمتانة، وسلامة مياه الشرب، وبساطة الصيانة مقارنة بالألواح الخشبية أو الأنابيب الورقية المشربة بالراتنج. إن المحيط المبلل الأكبر وسطح التنظيف الذاتي وعمر الخدمة غير المحدد يبرر الاستثمار الأولي عدة مرات من خلال تقليل الصيانة وأداء المعالجة المتسق.

3. تحدد موثوقية تصريف الحمأة اتساق النفايات السائلة.إن نظام تفريغ الحمأة الموثوق به وسهل التشغيل ليس اختياريًا - فهو النظام الفرعي الميكانيكي الأكثر أهمية للحفاظ على أداء الترسيب المتسق. تؤدي الصمامات اليدوية إلى إرهاق المشغل وإزالة الحمأة بشكل غير متناسق، وهو ما يترجم مباشرة إلى جودة مياه متدفقة متغيرة. ينبغي اعتبار التفريغ الهوائي أو الآلي أمرًا قياسيًا، وليس اختياريًا، لأي مستوطن يعمل بشكل مستمر.

4. يوفر تحسين مادة التخثر أسرع عملية استرداد.أدى التحول من كبريتات الألومنيوم إلى PAC إلى انخفاض بنسبة 55% في تكلفة المواد الكيميائية باعتبارها مجرد فائدة فورية. إن التأثيرات النهائية - إنتاج أقل للحمأة، ولون مائي أفضل، وأداء أكثر اتساقًا عبر التغيرات الموسمية في التعكر - تضاعف العائد الاقتصادي. ويضمن إقران PAC مع البنية التحتية للجرعات المصممة بشكل صحيح (الأنابيب البلاستيكية، والتركيز المتسق، وأنابيب التدفق الكامل) تحقيق هذه الفوائد بشكل مستمر.

حلولنا الخاصة بتركيب الأنابيب المائلة على شكل قرص العسل

بالاعتماد على عقود من الخبرة في مجال هندسة معالجة المياه، فإننا نقدم مجموعة كاملة من منتجات وخدمات ترسيب الأنابيب المائلة على شكل قرص العسل المصممة خصيصًا لتناسب جودة المياه الخام وأهداف المعالجة:

ملكناوسائط أنبوب العسل سداسية PE و PVCمتوفرة بأقطار خلايا تبلغ 25 مم، و35 مم، و50 مم، و60 مم، و80 مم، مما يسمح لك بتحديد مساحة سطح الترسيب المثالية والتحميل الهيدروليكي لنطاق تعكر المياه الخام المحدد لديك. بالنسبة لتطبيقات معالجة المياه السطحية التي تستهدف جودة مياه الشرب، يوفر نطاق القطر 50-60 مم (المطابق لمواصفات ووهان) أفضل توازن بين كفاءة الترسيب ومقاومة الانسداد.

نحن توريدتصميم وتصنيع المستوطنين المتكاملينلمعالجة المياه السطحية، وتنقية مياه الصرف الصناعي، وتكييف المياه العملية. ملكناأنظمة جمع وتصريف الحمأة كاملةتشمل صمامات بوابة هوائية ووحدات تحكم تفريغ أوتوماتيكية موقوتة تعمل على التخلص من مشاكل الصمامات اليدوية الموثقة في ووهان. بالنسبة للنباتات الموجودة، نحن نقدمخدمات التحديث والترقيةيغطي استبدال الوسائط، وتحديث نظام الحمأة، ودعم اختيار مواد التخثر، وتحسين نظام الجرعات، واستكشاف الأخطاء وإصلاحها التشغيلية.

المرجع: جهاز تسوية الأنبوب المائل على شكل قرص العسل Tang TQ لتنقية مياه النهر [J]. تكرير البترول، 1989(4): 1-6.