วิธีการออกแบบสำหรับการผสมอากาศอัดแทนการกวนเชิงกล

ในวิศวกรรมการบำบัดน้ำ กระบวนการแบบหน่วยต่างๆ เช่น ถังจับตัวเป็นก้อน ถังจับตัวเป็นก้อน และถังปฏิกิริยาการทำให้อ่อนตัว ต้องการความสม่ำเสมอของการผสมน้ำที่สูงมาก โดยทั่วไปแล้ว การผสมสามารถทำได้โดยการติดตั้งเครื่องกวนแบบกลไก อย่างไรก็ตาม ด้วยต้นทุนพลังงานที่สูงขึ้นและการดำเนินการตามนโยบาย "คาร์บอนคู่-" โครงการจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ จึงเริ่มพยายามแทนที่การกวนเชิงกลด้วยอากาศอัด เพื่อให้บรรลุเป้าหมายการอนุรักษ์พลังงานและการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก บทความนี้จะแบ่งปันหลักการ วิธีการคำนวณ และมูลค่าการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการผสมแบบนิวแมติกสำหรับผู้เชี่ยวชาญด้านการบำบัดน้ำ

ในกระบวนการบำบัดน้ำแบบเดิม โดยทั่วไปจะติดตั้งเครื่องกวนแบบพายหรือแบบเฟรมในถังผสม ถังจับตะกอน และถังปฏิกิริยาปรับอ่อนตัว มอเตอร์ขับเคลื่อนไม้พายให้หมุน ทำให้เกิดกระแสน้ำวนและแรงเฉือนในน้ำ จึงช่วยให้สามารถผสมสารเคมีและน้ำดิบได้อย่างละเอียด อย่างไรก็ตาม ความปั่นป่วนทางกลมีปัญหาดังต่อไปนี้:

1. การใช้พลังงานสูง

ในโรงบำบัดน้ำเสียขนาดใหญ่- กำลังของเครื่องกวนเชิงกลโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 2 ถึง 15 กิโลวัตต์ โดยมีระยะเวลาการทำงานที่ยาวนานและการใช้พลังงานต่อปีสูง

2. ค่าบำรุงรักษาสูง

เครื่องกวนเกี่ยวข้องกับส่วนประกอบหลายอย่างที่เสียหายได้ง่าย เช่น มอเตอร์ ตัวลด ข้อต่อ และใบพัด การบำรุงรักษาและการเปลี่ยนชิ้นส่วนในแต่ละวันต้องใช้เวลา-และต้องใช้แรงงาน-มาก

3. สนามการไหลไม่สม่ำเสมอในถัง

ในถังที่มีรูปทรงไม่สม่ำเสมอหรือถังปฏิกิริยาที่มีปริมาตร-ขนาดใหญ่ การกวนเชิงกลจะสร้าง "จุดตาย" ได้ง่าย ส่งผลให้เกิดการผสมที่ไม่น่าพอใจ

ดังนั้น การค้นหาเทคโนโลยีกวนที่มีประสิทธิภาพและประหยัดพลังงานมากขึ้น-จึงกลายเป็นเทรนด์

การกวนอากาศอัดเป็นเทคโนโลยีที่สร้างฟองอากาศโดยการนำอากาศอัดเข้าไปในด้านล่างหรือผนังของถัง เมื่อฟองอากาศลอยขึ้นในน้ำ พวกมันจะสร้างกระแสลมขึ้น ขณะเดียวกันก็ขับน้ำโดยรอบให้กลายเป็นกระแสหมุนเวียน เมื่อเปรียบเทียบกับการกวนเชิงกล การกวนด้วยลมมีข้อดีที่สำคัญหลายประการ: (1) การประหยัดพลังงานและลดการบริโภค; ไม่จำเป็นต้องติดตั้งเครื่องกวนกำลังสูง- เพียงใช้เครื่องอัดอากาศเพียงตัวเดียวในการจ่ายอากาศจากส่วนกลาง (2) ไม่มีการสึกหรอทางกล แทบไม่ต้องบำรุงรักษา (3) สนามการไหลสม่ำเสมอมากขึ้น การกระจายฟองอากาศที่เหมาะสมจะหลีกเลี่ยง "โซนตาย"; (4) มีฟังก์ชั่นเติมอากาศด้วย ในบางกระบวนการสามารถช่วยเพิ่มออกซิเจนที่ละลายน้ำได้ ที่สาม การคำนวณปริมาณอากาศ หลายโครงการเกี่ยวข้องกับการดัดแปลงประเภทนี้ แต่มักจะไม่มีพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ใดๆ โดยการเชื่อมต่อท่อจ่ายอากาศเข้ากับสระน้ำโดยพลการ ส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานไม่น่าพอใจ

หลายโครงการเกี่ยวข้องกับการดัดแปลงประเภทนี้ แต่มักจะไม่มีพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ใดๆ โดยการเชื่อมต่อท่อแหล่งอากาศเข้ากับถังโดยพลการ ส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานไม่น่าพอใจ

ปริมาตรอากาศที่จำเป็นสำหรับการเติมอากาศและการผสมสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้

ในสูตร: Qa คืออัตราการไหลของอากาศที่จำเป็นสำหรับการเติมอากาศและการผสมภายใต้สภาวะมาตรฐาน m³/min; Pt คือกำลังของเพลาของเครื่องกวนแบบเดิม ซึ่งมีหน่วยเป็น kW ซึ่งคิดเป็น 0.75~0.90 ของกำลังมอเตอร์ h คือความลึกของน้ำที่ช่องจ่ายอากาศ m

ความดันอากาศ (ความดันเกจ) ที่จำเป็นสำหรับการเติมอากาศและการผสมสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้

ในสูตร: pc คือความดันอากาศ (ความดันเกจ) ที่จำเป็นสำหรับการเติมอากาศและการผสม kPa; Δph คือแรงดันคงที่ที่ระดับความลึกของน้ำ, kPa, Δph=9.81 × h; Δpf คือการสูญเสียแรงดันตามแนวท่อและที่จุดในพื้นที่ kPa ซึ่งสามารถคำนวณได้โดยการอ้างอิงถึงเนื้อหาที่เกี่ยวข้องในบทความ "วิธีการกำหนดกำลังและแรงดันของเครื่องเติมอากาศ" ในบัญชีสาธารณะนี้ผ่านลิงก์ท้ายบทความนี้ Δpd คือการสูญเสียแรงดันของหัวจ่ายอากาศ kPa ซึ่งสามารถปรึกษากับผู้ผลิตได้ และโดยทั่วไปจะอยู่ที่ 3~15 kPa

1. เส้นผ่านศูนย์กลางฟองและความเร็วที่เพิ่มขึ้น

ตามวรรณกรรม เส้นผ่านศูนย์กลางของฟองอากาศมักจะอยู่ที่ประมาณ 5 มม. และปริมาตรอากาศโดยทั่วไปคิดเป็น 10% ของอัตราการไหลของของเหลว ยิ่งเส้นผ่านศูนย์กลางฟองเล็กลง ความเร็วที่เพิ่มขึ้นก็จะช้าลง และผลการกวนของของเหลวก็จะยิ่งดีขึ้น แต่การใช้พลังงานลมอัดจะสูงขึ้นเล็กน้อย ถ้าเส้นผ่านศูนย์กลางฟองใหญ่เกินไป ประสิทธิภาพการผสมจะลดลง

2. อุปกรณ์ท่อและกระจายลม

หัวกระจายลมควรมีการกระจายอย่างสม่ำเสมอ และมักใช้ท่อที่มีรูพรุนหรือหัวเติมอากาศที่มีรูพรุนขนาดเล็ก การออกแบบต้องแน่ใจว่าฟองอากาศมีการกระจายอย่างสม่ำเสมอในถังเพื่อหลีกเลี่ยง "การลัดวงจร" ในพื้นที่

3. ลักษณะไฮดรอลิกของสระน้ำ
สำหรับสระน้ำลึก ฟองอากาศจะสูญเสียมากขึ้นในระหว่างการขึ้น จึงต้องใช้แรงดันอากาศอัดที่สูงกว่า-

สรุป
ในบริบทของ "คาร์บอนคู่" (คาร์บอนไดออกไซด์ การกักเก็บคาร์บอน และการปล่อยคาร์บอน) เทคโนโลยีการกวนด้วยอากาศอัดช่วยให้โรงบำบัดน้ำมีวิธีการผสมที่มีประสิทธิภาพสูง ประหยัดพลังงาน - และ- บำรุงรักษาต่ำ ด้วยการคำนวณปริมาณการใช้อากาศและความดันอย่างมีเหตุผล การออกแบบการกระจายอากาศอย่างเหมาะสม และการควบคุมขนาดฟอง การผสมที่สม่ำเสมอมากกว่าการกวนเชิงกลสามารถทำได้ พร้อมทั้งลดต้นทุนการดำเนินงานได้อย่างมาก ในอนาคต ด้วยการพัฒนาระบบควบคุมอัจฉริยะ การผสมแบบนิวแมติกคาดว่าจะเชื่อมโยงกับการตรวจสอบคุณภาพน้ำแบบออนไลน์ ช่วยให้สามารถ-จ่ายอากาศตามความต้องการและการประหยัดพลังงานแบบไดนามิก แสดงศักยภาพในการใช้งานที่ดีเยี่ยมในการบำบัดน้ำในเขตเทศบาล น้ำหมุนเวียนทางอุตสาหกรรม และปฏิกิริยาทางเคมี