لقد تم استخدام فصل الترسيب، كعملية وحدة، منذ فترة طويلة في التحكم في معالجة المياه وهي تقنية عملية نسبيًا لمعالجة المياه. لتحسين تأثير فصل الترسيب، غالبًا ما يتم تركيب الألواح المائلة أو الأنابيب المائلة في منطقة الترسيب أثناء الاستخدام، بحيث يمكن تطبيق مبدأ الطبقة الضحلة، مع الاستفادة من المساحة الكبيرة وكفاءة الفصل العالية. ومع ذلك، فإن المشاكل التي تنشأ أثناء التطبيق نادرا ما تجتذب الاهتمام. تركز هذه الورقة على تحليل المشكلات الرئيسية التي تظهر أثناء التطبيق وتقترح الحلول المناسبة للرجوع إليها.
1. المشاكل التي تحدث أثناء تطبيق مستوطني الأنبوب المائل
إذا كان توزيع الماء عند مدخل مستوطن الأنبوب المائل غير منتظم، فسوف يحدث اضطراب خطير في حركة السائل بالقرب من المدخل. يؤدي هذا إلى سرعة تدفق محلية عالية للغاية عند المدخل، مما يجعل الحمأة المودعة مسبقًا على الأنابيب المائلة ترتفع مرة أخرى.
يظهر الشكل 1 الوضع الداخلي لمستقر الأنبوب المائل أثناء التشغيل العادي.
من الشكل 1، يمكن ملاحظة أن تدفق المياه وتدفق الحمأة لكل منهما مساراتهما الخاصة. إذا استمر التشغيل العادي لفترة طويلة، فإن حركة تدفق الحمأة تكون قريبة بشكل أساسي من التوازن الديناميكي:
في هذا الوقت تكون كفاءة إزالة SS لمياه الصرف الصحي جيدة.
ومع ذلك، إذا كان توزيع التدفق عند المدخل غير منتظم بما فيه الكفاية، فإن سرعة التدفق عند بعض مداخل الأنابيب تصبح عالية جدًا، مما يسبب اضطرابًا شديدًا وتدهورًا في جودة النفايات السائلة.
2. تحليل ميكانيكا الموائع للمشكلة
خلال العملية غير المواتية برمتها، سيظهر السائل الوضع الموضح في الشكل 2.
يتم تحليل أسباب الظاهرة المذكورة أعلاه من الجوانب التالية.
2.1 التحليل الهيدروليكي للوضع غير المواتي
في الواقع، يمكن اعتبار التدفق العلوي والسفلي للمياه والحمأة في الأنابيب المائلة بمثابة ظاهرة تميع تقريبية. افترض أن v هي السرعة السطحية للمياه عبر الأنابيب، وu₁ هي السرعة الفعلية للمياه عبر جزيئات الحمأة، وε هي الجزء الفارغ (لطبقة جسيمات الحمأة). ثم u₁=v/ε، كما هو موضح في الشكل 3.
إذا كان جزء الفراغ من المواد الصلبة العالقة صغيرا، فإن السرعة الفعلية للمياه من خلال طبقة الجسيمات تكون عالية نسبيا. إذا كانت سرعة استقرار الجسيمات معروفة بقيمة ثابتة uتعيين، وفقًا لنظرية المراحل المختلفة للتمويع، عندما تكون السرعة الفعلية للماء عبر طبقة الجسيمات u₁=uتعيين، تكون الحالة المميعة في مرحلة طبقة ثابتة مع جزء ثابت من الفراغ ε. عندما u₁ > uتعيين، يتم كسر جزء الفراغ الأصلي ε، مما يتسبب في زيادة جزء الفراغ. بالنسبة لمستقر الأنبوب المائل، هذا يعني ارتفاع الجزيئات، مما يقلل من كفاءة الفصل.
2.2 تحليل سرعات الترسيب المختلفة لجزيئات الحمأة المعلقة في حالات مختلفة
توجد جزيئات الحمأة المعلقة في شكل①جزيئات فردية و②مجموعات جسيمات ذات أحجام مختلفة (مع جزء فارغ ε'). وفقًا لصيغة سرعة الترسيب للجزيئات الفردية في منطقة قانون ستوكس:
بالنسبة لسرعة استقرار التجمعات الجزيئية حسب علاقة ستاينور التجريبية:
أين:
vر، المجموعة- سرعة استقرار مجموعات الجسيمات، م/ث؛
ر - وقت التسوية، ق؛
ز - تسارع الجاذبية، م/ث²؛
ρs, ρL- كثافة الجسيمات والسائل، كجم/م3؛
Dp- قطر الجسيمات، م؛
μ - معامل اللزوجة الديناميكية، كجم/(م·ث)؛
ε - جزء فارغ.
منذ 0 < ε² < 1 و 0 < 10-1.82(1-ε)< 1، ويترتب على ذلك ε²·10-1.82(1-ε)< 1، وبالتالي vر، المجموعة< ضدt.
وفقا لنظرية الترسيب والدليل المذكور أعلاه، بعد إعادة تعليقها، تكون مجموعات الجسيمات أقل عرضة للاستقرار، أي أنه يتم حملها بسهولة أكبر عن طريق تدفق المياه، مما يقلل من كفاءة الترسيب.
2.3 خصائص التدفق في الحالة غير المواتية
عندما يحدث الوضع غير المواتي الموضح في الشكل 2، عند النظر إلى سطح الماء للمستوطن، يظهر توزيع التدفق كما في الشكل 4.
كما هو مبين في الشكل 4، تظهر ثلاث مناطق على سطح الماء: ① منطقة هادئة نسبيًا، ② منطقة انتقالية، و ③ منطقة شديدة الاضطراب. وفي منطقة الاضطراب الشديد، وفي الحالات الخطيرة، قد ينتفخ سطح الماء إلى أقواس منحنية صغيرة. تركيز SS هنا مرتفع للغاية، تقريبًا نفس تركيز المؤثر.
2.4 نتائج الاختبار في الموقع بعد التصحيح بناءً على التحليل أعلاه
في بعض مشاريع معالجة مياه الصرف الصحي، بسبب المشكلة المذكورة أعلاه، كانت النفايات السائلة عكرة إلى حد ما. وبعد التحليل الهيدروليكي والتصحيح الهندسي لجعل توزيع المياه موحداً، لم تعد تظهر ظاهرة الكتل المتصاعدة في التدفق. وتظهر نتائج الاختبار في الجدول 1.
الجدول 1: نتائج اختبار CODcr لمياه الصرف الصحي من محطة معينة
| دفعة عينة المياه | CODcr المؤثر/(mg·L⁻¹) | النفايات السائلة CODcr/(mg·L⁻¹) | معدل الإزالة/% |
| 1 | 1272 | 261 | 79.5 |
| 2 | 1153 | 245 | 78.7 |
من الجدول 1، يمكن ملاحظة أنه بعد التصحيح والتوزيع الموحد للمياه، وصل معدل إزالة CODcr إلى مستوى مرتفع نسبيًا.
3. عدة نقاط يجب ملاحظتها بالنسبة لمثبتات الأنابيب المائلة
3.1 تحليل الجزيئات المختلفة
بالنسبة للجزيئات المختلفة، مثل ترسيب الرمال، وترسيب الكتلة لمياه الصرف الصحي للطباعة والصباغة، وترسيب ملاط الفحم، بسبب الاختلافات في كثافة الجسيمات والشكل وكسر الفراغ، هناك اختلافات في الترسيب. تتميز جزيئات الرمل بكثافة عالية نسبيًا وحجم صغير، لذا فهي تستقر بسرعة. تتميز كتل مياه الصرف الصحي الناتجة عن الطباعة والصباغة بكثافة منخفضة نسبيًا وقريبة من الماء وشكل كبير ونسبة فراغ عالية، لذا فهي تستقر ببطء. يقع ملاط الفحم بين الاثنين. لذلك، بالنسبة لترسيب الرمال، يكون تأثير تقلبات التدفق صغيرًا نسبيًا، بينما بالنسبة لمياه الصرف الصحي والطباعة والصباغة، يكون تأثير تقلبات التدفق كبيرًا نسبيًا. وبالتالي، فإن الجسيمات المختلفة لها متطلبات مختلفة لتوزيع التدفق. بالنسبة لطباعة وصباغة مياه الصرف الصحي، يجب أن يكون توزيع التدفق عند المدخل موحدًا نسبيًا.
3.2 تتطلب مستوطنات الأنابيب المائلة توزيعًا أكثر اتساقًا للمياه
نظرًا لأنه يتم وضع الأنابيب المائلة (قطرها عادةً 35 مم، 50 مم) في المستقر، عندما لا يكون التوزيع الهيدروليكي تحت الأنابيب منتظمًا، بسبب ν=Q/A، تصبح سرعة التدفق عالية جدًا في بعض الأنابيب، مما يتسبب في ارتفاع الكتل، مما يؤدي إلى جودة النفايات السائلة أسوأ من تلك بدون الأنابيب. لذلك، يجب أن يكون توزيع المياه في مستوطنات الأنابيب المائلة أكثر تجانساً من خزانات الترسيب العادية.
3.3 يجب أن يكون اتجاه تركيب الأنابيب المائلة معاكسًا لاتجاه التدفق
تتضمن عملية دخول الماء إلى المستوطن من أنبوب المدخل توسعًا مفاجئًا في المقطع العرضي للتدفق. لذلك، يخضع التدفق لتغيير قصير. لتجنب هذا التغيير، يجب أن يكون اتجاه تركيب الأنابيب المائلة معاكسًا لاتجاه التدفق الداخلي. وهذا يمكن أن يخفف من تأثير التغير المفاجئ في التدفق على كفاءة ترسيب الكتل.