V technice úpravy vody vyžadují jednotkové procesy, jako jsou koagulační nádrže, flokulační nádrže a změkčovací reakční nádrže, extrémně vysokou rovnoměrnost míchání vody. Tradičně se míchání dosahuje instalací mechanických míchadel. S rostoucími náklady na energii a zaváděním zásad „dvou-uhlíku“ se však stále více projektů začíná pokoušet nahradit mechanické míchání stlačeným vzduchem, aby bylo dosaženo cílů úspory energie a snížení emisí. Tento článek sdílí principy, metody výpočtu a aplikační hodnotu technologie pneumatického míchání pro odborníky na úpravu vody.
I. Bolestivé body tradiční mechanické agitace
V konvenčních procesech úpravy vody jsou lopatková nebo rámová míchadla typicky instalována v mísicích nádržích, flokulačních nádržích a změkčovacích reakčních nádržích. Motor pohání lopatky, aby se otáčely, čímž se ve vodě vytvářejí víry a střihy, čímž se podporuje důkladné promíchání chemikálií a surové vody. Mechanické míchání má však následující problémy:
1. Vysoká spotřeba energie
Ve velkých-čističkách odpadních vod je výkon mechanických míchadel obecně mezi 2 a 15 kW, s dlouhou dobou provozu a vysokou roční spotřebou energie.
2. Vysoké náklady na údržbu
Míchadla zahrnují mnoho snadno poškozených součástí, jako jsou motory, redukce, spojky a oběžná kola. Každodenní údržba a výměna dílů je časově-náročná a pracná-.
3. Pole nerovnoměrného průtoku v nádrži
V některých nádržích nepravidelného tvaru nebo velkých{0}}objemových reakčních nádržích mechanické míchání snadno vytváří „mrtvé zóny“, což má za následek neuspokojivé efekty míchání.
Hledání účinnějších a energeticky-úspornějších technologií míchání se proto stalo trendem.
II. Princip míchání stlačeného vzduchu
Míchání stlačeného vzduchu je technologie, která vytváří bubliny zaváděním stlačeného vzduchu do dna nebo stěn nádrže. Jak vzduchové bubliny stoupají ve vodě, generují proud vzduchu směrem nahoru a současně pohání okolní vodu, aby vytvořily cirkulační proud. Ve srovnání s mechanickým mícháním má pneumatické míchání několik významných výhod: (1) Úspora energie a snížená spotřeba; není třeba instalovat vysokovýkonné míchadlo, pro centralizované zásobování vzduchem je potřeba pouze jeden vzduchový kompresor; (2) Žádné mechanické opotřebení; prakticky nevyžaduje údržbu; (3) rovnoměrnější proudové pole; rozumná distribuce bublin zabraňuje "mrtvým zónám"; (4) Má také funkci provzdušňování; v některých procesech může pomoci zvýšit rozpuštěný kyslík. III. Výpočet objemu vzduchu Mnoho projektů zahrnuje tento typ úprav, ale často bez jakéhokoli vědeckého základu, svévolné připojení přívodního potrubí vzduchu do bazénu, což má za následek neuspokojivý výkon.
III. Výpočet objemu vzduchu
Mnoho projektů zahrnuje tento typ modifikace, ale často bez jakéhokoli vědeckého základu, svévolné připojení potrubí zdroje vzduchu do nádrže, což má za následek neuspokojivý výkon.
Objem vzduchu potřebný pro provzdušňování a míchání lze vypočítat pomocí následujícího vzorce.
Ve vzorci: Qa je průtok vzduchu potřebný pro provzdušňování a míchání za standardních podmínek, m³/min; Pt je výkon hřídele původního míchadla, kW, který lze považovat za 0,75~0,90 výkonu motoru; h je hloubka vody na vstupu do rozvodu vzduchu, m.
Tlak vzduchu (přetlak) potřebný pro provzdušňování a míchání lze vypočítat pomocí následujícího vzorce.
Ve vzorci: pc je tlak vzduchu (přetlak) potřebný pro provzdušňování a míchání, kPa; Δph je statický tlak v hloubce vody, kPa, Δph=9.81 × h; Δpf je tlaková ztráta podél potrubí a v místních bodech, kPa, kterou lze vypočítat odkazem na příslušný obsah v článku „Metody pro stanovení výkonu a tlaku provzdušňovacích dmychadel“ na tomto veřejném účtu prostřednictvím odkazu na konci tohoto článku; Δpd je tlaková ztráta vzduchové distribuční hlavy, kPa, kterou lze konzultovat s výrobcem a je obecně 3~15 kPa.
IV. Úvahy o designu pro pneumatické míchání
1. Průměr bubliny a stoupající rychlost
Podle literatury je průměr bubliny obvykle kolem 5 mm a objem vzduchu obecně tvoří 10 % rychlosti proudění kapaliny. Čím menší je průměr bubliny, tím pomalejší je rychlost stoupání a tím lepší je účinek míchání kapaliny, ale spotřeba energie stlačeného vzduchu je mírně vyšší; pokud je průměr bubliny příliš velký, účinnost míchání se sníží.
2. Potrubí a zařízení pro rozvod vzduchu
Distribuční hlavice vzduchu by měly být rozmístěny rovnoměrně, běžně se používají porézní trubky nebo mikroporézní provzdušňovací hlavice. Konstrukce musí zajistit rovnoměrné rozložení bublinek v nádrži, aby nedocházelo k místním „zkratům“.
3. Hydraulické vlastnosti bazénu
U hlubokých bazénů dochází k větším ztrátám vzduchových bublin během výstupu, což vyžaduje vyšší-tlak stlačeného vzduchu.
Shrnutí
V kontextu „dvojího uhlíku“ (oxid uhličitý, sekvestrace uhlíku a emise uhlíku) nabízí technologie míchání stlačeného vzduchu čistírnám vody vysoce účinnou, energii -úspornou a nenáročnou- metodu míchání. Racionálním výpočtem spotřeby vzduchu a tlaku, optimalizací návrhu distribuce vzduchu a řízením velikosti bublin lze dosáhnout rovnoměrnějšího promíchávání než mechanického míchání a zároveň výrazně snížit provozní náklady. Očekává se, že v budoucnu s rozvojem inteligentních řídicích systémů bude pneumatické míchání propojeno s online sledováním kvality vody, což umožní-dodávku vzduchu na vyžádání a dynamické úspory energie, což bude mít velký aplikační potenciál při úpravě komunální vody, průmyslové cirkulační vodě a chemických reakcích.
