Capitolul 4 - 1 Sedimentarea [PDF]

Zitiervorschau

prof.dr.ing. Lăcrămioara Diana Robescu

Capitolul 4

Separarea gravitațională

Separarea gravitaţională

Caracteristica fundamentală a fluidelor polifazate constă în faptul că în repaus fazele se separă gravitaţional datorită diferenţelor de greutate specifică. Separarea gravitaţională poate să apară pe cele două sensuri ale verticalei: • pe verticală în sens descendent se separă din amestecuri fazele mai grele decât apa – proces care poartă denumirea de decantare sau sedimentare.

• în sens ascendent se ridică la suprafaţa apei flotanţii, fazele mai uşoare decât apa – proces denumit flotaţie.

Sedimentarea

a)

sedimentarea particulelor granulate;

b)

sedimentarea particulelor floconoase;

c)

sedimentarea în masă;

d)

compactarea sau tasarea

Diagrama nămolurilor din procesul de sedimentare a particulelor (Fitch)

Sedimentarea particulelor granulate

v = Q/BH vs = w=

4 gd  s −  f 3 CR   f

Ecuaţia de bilanţ hidraulic: Qi = Qe + Qn Ecuaţia de bilanţ masic: QiCi = QeCe + QnCn Eficienţa unui decantor: E = (Ci – Ce)/Ci = 1 – Ce/Ci = 35...60%

v2 + w2

h/w = L/v

ws = Q/BL f = wr/ws = wr/(Q/A)

Sedimentarea particulelor floconoase

d = K G-n K - factor de rezistenţă al floconului G – gradientul mediu de viteză n = 2…0,5

Decantorul este obiectul din staţia de epurare sau tratare destinat să reţină marea majoritate a suspensiilor din apele uzate respectiv brute prin sedimentare – depunere gravitaţională.

Decantoarele sunt construcţii din beton, cu diferite forme geometrice, în care trebuie să se asigure condiţii hidrodinamice favorabile procesului.

➢ După modul cum se realizează procesul de sedimentare (decantare): a) decantoare cu sedimentare liberă, naturală; b) decantoare cu sedimentare activată cu reactivi chimici de coagulare-floculare şi cu separare gravitaţională sau suspensională;

➢ După direcţia de curgere a apei prin decantor: a) decantor longitudinal – curgerea apei se realizează în lungul laturii mari a bazinului de formă paralelipipedică; a) decantor vertical – curgerea apei se realizează pe verticală în sens ascendent, în contracurent cu particulele care se depun gravitaţional, într-un bazin de formă cilindro-conică; a) decantor radial – mişcarea apei se realizează pe direcţia razei vectoare de la centru către periferia bazinului de formă cilindro-conică sau numai cilindrică;

Decantorul este dotat cu următoarele instalaţii şi echipamente: ➢ Sistemul hidraulic de alimentare cu influent • Apa uzată vine în decantor pe o conductă, de regulă metalică, canal deschis sau închis executat din beton armat. • dimensionat astfel încât să nu apară depozite de sedimente pe fundul conductei sau canalului în special în zonele de după coturi • Viteza de curgere a apei uzate prin conductele de admisie trebuie adoptată în funcţie de compoziţie, concentraţie şi dimensiunile particulelor cu tendinţă de sedimentare în gama de valori 0,6…1,2 m/s.

• Instalaţia de alimentare trebuie să fie astfel concepută şi dimensionată încât să asigure o admisie şi o repartiţie uniformă a apei în zona de intrare în decantor. a) admisia apei în bazinul de decantare se face prin mai multe puncte simultan cu echilibrarea debitelor pe tronsoanele de deversare; b) în zona de intrare în decantorul longitudinal se recomandă montarea unei grinzi transversale semiscufundate peste care apa să deverseze lent astfel încât să se asigure o repartiţie uniformă; c) dacă apa se aduce pe canale se va asigura un raport optim între lăţimea canalului şi cea a decantorului astfel încât să nu apară vârtejuri care antrenează particulele în zona nucleului perturbând sedimentarea; d) în cazul alimentării pe conductă se va studia, din punct de vedere hidrodinamic, dispunerea tronsoanelor de capăt pe adâncime şi lăţime; e) în zona de alimentare se montează un sistem de şicane care uniformizează mişcarea – se recomandă mai ales în cazul lărgirii bruşte de secţiune

În zona de admisie a apei în decantor se amplasează un perete semiscufundat, până la h/3 de radier, cu următoarele scopuri:

a) liniştitor al curgerii – el separă domeniul curgerii turbulente din zona de alimentare de cel al mişcării laminare din domeniul de sedimentare; b) favorizează depunerea particulelor mari şi grele în zona başei; acestea datorită inerţiei nu pot urmări schimbarea bruscă de direcţie la mişcarea curbilinie de ocolire pe sub peretele semiscufundat; c) reduce înălţimea de la care pleacă particula în procesul de decantare majorând astfel procentul de reţinere în decantor al granulelor (sedimentarea de tipul I) cu menţinerea unei adâncimi convenabile pentru desfăşurarea procesului de decantare al particulelor cu tendinţă de aglomerare (sedimentarea de tipul II).

➢ Instalaţia de colectare şi evacuare a apei purificate (efluent) • La capătul aval al decantorului longitudinal sau la periferia celui radial există un canal de colectare a apei decantate. • Pentru a evita curgerile preferenţiale, care pot perturba procesul de sedimentare din bazin, trecerea apei din decantor în canalul colector se va face prin deversare uniformă. • Deversorul de capăt se execută din plăci din tablă au dinţi decupaţi sub formă de V, cu unghiul de deschidere de 900, astfel încât să se realizeze o curgere peste deversor sub formă de jeturi mai puţin influenţată de perturbaţiile atmosferice în raport cu lama continuă; în plăci există practicate orificii dreptunghiulare pe verticală care permit deplasarea acestora şi compensarea neregularităţilor de execuţie a peretelui din beton

Sursa:: http://americanbottoms.com/about-us/american-bottoms-plant/americanbottoms-process/primary-treatment.aspx

•

Viteza apei decantate în rigola de colectare şi prin conducta de evacuare este de 0,4…1,0 m/s – mai mică prin rigolă şi mai mare pe conductă.

Rolul instalaţiei de colectare a efluentului este de: a) colectarea uniformă a debitului pe întreaga structură de evacuare; b) de a reduce posibilitatea liftării particulelor solide în mediul apos şi scăparea lor în efluent;

c) de a elimina posibilitatea antrenării materiilor flotante în efluent.

➢ Echipamentul de raclare şi îndepărtare a nămolului. • După modul de îndepărtare a nămolului depus: a) decantoare cu curăţire manuală; b) decantoare cu echipamente mecanice de colectare şi evacuare a nămolului; c) decantoare cu echipamente hidromecanice sau pneumatice pentru îndepărtarea nămolului;

Decantoarele din staţiile de tratare şi epurare se dotează cu echipamente de raclare, colectare şi îndepărtare a nămolului de tipul unui pod mobil prevăzut cu: •lamele submerse ce împing nămolul către un spaţiu mai adânc denumit başă (unde este stocat pentru un timp de retenţie care permite o uşoară îngroşare) •împingătoare de spumă parţial imersate ce conduc materiile plutitoare către un dispozitiv culegător de flotanţi •

Viteza de deplasare a podului raclor este astfel adaptată încât lamelele de raclare şi de îndepărtare a nămolului să nu perturbe procesul de decantare şi să nu răscolească depozitele de materiale formate prin depunere: • 0,6...1,2 m/min la decantoare longitudinale • viteza periferică 1...3 cm/s pentru decantoarele radiale ce tratează apa de consum • viteza periferică 2...4 cm/s pentru decantoarele radiale pentru epurarea apei uzate

Echipament cu lanț și raclete

http://www.miscowater.com/default.aspx?page=72

Raclor de radier

http://www.nordicwater.com/product/zickert-z2000/)

Pod raclor pentru decantor longitudinal cu evacuarea nămolului prin sucțiune

Pod raclor pentru decantor radial cu lame racloare articulate

http://uved-ensil.unilim.fr/co/Clarification_1.html

Pod raclor pentru decantor radial cu evacuarea nămolului prin sucțiune

http://www.directindustry.com/prod/europelec/product-131647-1565190.html

http://www.directindustry.com/prod/europelec/product-131647-1565190.html

Instalaţia de evacuare a nămolului din bazin a) conductă submersă amplasată cu gura de captare în başa de nămol; curgerea nămolului prin această conductă se realizează datorită presiunii hidrostatice a apei din decantor; b) evacuarea nămolului prin sifonare în exterior; c) evacuare cu hidroelevator amplasat în zona başei de nămol – soluţie care se recomandă numai în cazuri speciale deoarece conduce la majorarea diluţiei fluidului bifazic; d) evacuarea depunerilor cu instalaţie de tip gaz-lift amplasată direct pe podul raclor – soluţie care permite majorarea concentraţiei în particule solide – fiind utilizată la deznisipatoare; e) evacuare cu instalaţie mecanică formată din lanţ şi raclete – soluţie utilizată la deznisipatoare şi la decantorul staţiilor de tratare. • Viteza de curgere a nămolului prin conducta de evacuare se adoptă de minimum 1 m/s pentru a se evita formarea depozitelor stabile de nămol cu apariţia pericolului de colmatare parţială sau totală a conductei, dar nu mai mult de 1,8 m/s pentru a nu genera pierderi de sarcină prea mari.

Decantorul longitudinal

1 – canal de aducţiune a apei brute; 2 – sistem de liniştire; 3 – antecameră; 4 – conductă pentru evacuarea grăsimilor; 5 – podul raclor; 6 – lamă împingătoare pentru spumă;

7 – başa de nămol; 8 – zonă liniştită pentru sedimentare; 9 – lamă racloare; 10 - cochilă pentru colectarea flotanţilor; 11 – canal cu deversor pentru colectarea şi evacuarea apei tratate

Sursa: http://www.mena-water.com/4-2chainscraper.htm

Sursa: http://www.zickert.de/Spektrum/spektrum.html

1 – motor 2 – bară de ghidare 3 – lame de raclare prevăzute cu roţi 4 – fire

5 – senzor 6 – başa de nămol 7 - scripete

Sursa: http://www.conpura.se/conpura_sediment_en.pdf

Decantorul radial • Diametrul este între 2…160 m • decantoarele cu diametrul până la 50 m au poduri racloare radiale, iar cele cu diametrul peste 50 m sunt dotate cu poduri racloare diametrale 1 – decantor; 2 – conductă admisie apă brută; 3 – zonă de sedimentare;

4 – suportul pivotului central şi al jupei; 5 – canalul de colectare apă tratată; 6 – conul central; 7 – evacuare nămol; 8 – lame racloare; 9 – başă; 10 – cale de rulare; 11 – mecanismul de antrenare

Sursa: http://botjheng.com:88/Brochures/Botjheng%20Water %20Circular%20Settling%20Tank%20Scrapers.pdf

Decantorul lamelar • Funcţionarea decantorului lamelar se bazează pe divizarea debitului în n etaje, suprapuse, de adâncime elementară h/n, unde h este adâncimea decantorului longitudinal convenţional • Pentru a uşura evacuarea nămolului este necesară înclinarea lamelelor cu un unghi  faţă de orizontală

Sursa: www.hydro-int.com

Deznisipator Deznisipatorul este un decantor specializat în reţinerea particulelor solide minerale, granulate, cu mărime mai mare de 0,2 mm. Deznisipatorul se poate construi sub mai multe forme geometrice: Deznisipator longitudinal cu secţiune transversală parabolică - cea mai favorabilă formă geometrică – urmat de un canal de tip Venturi în aval destinat menţinerii constante a vitezei orizontale de curgere la diferite valori ale debitului de apă uzată. În acest caz pierderea de sarcină la curgerea apei uzate prin deznisipator este de până la 150 mm col. apă. Deznisipator longitudinal cu secţiune transversală rectangulară cu deversor de capăt proporţional, cu caracteristică liniară, care va genera o pierdere de sarcină de maximum 600 mm H20.

Deznisipatoarele pot opera cu sau fără aerare. • Datorită sistemului de barbotare a aerului comprimat, la deznisipatoarele aerate se obţine o separare mai eficientă a particulelor minerale de suspensiile organice – nisipul se depune pe radierul bazinului, iar particulele organice sunt transportate mai departe de apele uzate. • Un alt avantaj este posibila separare a spumei şi grăsimilor motiv pentru care se preferă combinarea deznisipării cu separarea grăsimilor într-o singură construcţie. • Soluţiile tehnice moderne au în vedere rezolvarea a două operaţii într-o singură construcţie – deznisiparea şi separarea grăsimilor • Din cauza variațiilor de debit pot apărea următoarele situații: - la debite mici de apă uzată se pot depune și alte particle, nu doar cele minerale - la debite mai mari de apă uzată decât debitul mediu particlele deja depuse pot fi răscolite

La capătul aval este prevăzut un canal Venturi, Parshall sau un deversor proporțional

Deznisipator cuplat cu separator de grăsimi

Instalații pentru spălarea nisipului

Nisipul extras din deznisipator conţine şi substanţe organice sau anorganice care la vitezele de curgere din zona de sedimentare s-au depus în spaţiul de colectare.

Aceste materii trebuie separate din nisip pentru ca acestuia să i se poată da o utilizare în construcţii sau infrastructură. Totodată se reduc mult cheltuielile de transport şi depozitare a nisipului.

Instalaţiile şi echipamentele destinate curăţirii nisipului depus sunt alcătuite astfel încât să realizeze spălarea şi sortarea nisipului cu reîntoarcerea apei şi a materiilor organice înapoi la epurare.

Instalație cu efect Coandă pentru spălarea nisipului

Instalații compacte pentru pretratare mecanică