الطرق التصميمية لخلط الهواء المضغوط بدلا من التقليب الميكانيكي

في هندسة معالجة المياه، تتطلب عمليات الوحدة مثل خزانات التخثر، وخزانات التلبد، وخزانات تفاعل التليين تجانسًا عاليًا للغاية لخلط الماء. تقليديا، يتم تحقيق الخلط عن طريق تركيب المحرضين الميكانيكية. ومع ذلك، مع ارتفاع تكاليف الطاقة وتنفيذ سياسات "الكربون-المزدوج"، بدأت المزيد والمزيد من المشاريع في محاولة استبدال التحريض الميكانيكي بالهواء المضغوط لتحقيق أهداف الحفاظ على الطاقة وخفض الانبعاثات. تشارك هذه المقالة المبادئ وطرق الحساب وقيمة تطبيق تقنية الخلط الهوائي لمحترفي معالجة المياه.

في عمليات معالجة المياه التقليدية، عادةً ما يتم تركيب أدوات التقليب ذات المجداف أو الإطار في خزانات الخلط، وخزانات التلبد، وخزانات تفاعل التليين. يقوم المحرك بدفع المجاديف للدوران، مما يخلق دوامات وقص في الماء، وبالتالي تعزيز الخلط الشامل للمواد الكيميائية والمياه الخام. ومع ذلك، فإن التحريض الميكانيكي لديه المشاكل التالية:

1. استهلاك عالي للطاقة

في محطات معالجة مياه الصرف الصحي واسعة النطاق، تتراوح طاقة أدوات التقليب الميكانيكية بشكل عام بين 2 و15 كيلووات، مع فترات تشغيل طويلة واستهلاك سنوي مرتفع للطاقة.

2. تكاليف الصيانة العالية

تشتمل أدوات التقليب على عدة مكونات سهلة التلف مثل المحركات، ومخفضات السرعة، والوصلات، والدفاعات. تستغرق الصيانة اليومية واستبدال الأجزاء وقتًا{{1}وجهدًا كبيرًا-.

3. مجال التدفق غير المتساوي في الخزان

في بعض الخزانات ذات الأشكال غير المنتظمة أو خزانات التفاعل ذات الحجم الكبير-، يؤدي التقليب الميكانيكي بسهولة إلى إنشاء "مناطق ميتة"، مما يؤدي إلى تأثيرات خلط غير مرضية.

ولذلك، أصبح البحث عن تقنيات تقليب أكثر كفاءة{0}}وموفرة للطاقة أمرًا شائعًا.

تحريك الهواء المضغوط عبارة عن تقنية تولد الفقاعات عن طريق إدخال الهواء المضغوط إلى قاع الخزان أو جدرانه. عندما ترتفع فقاعات الهواء في الماء، فإنها تولد تدفقًا للهواء لأعلى، وفي الوقت نفسه تدفع المياه المحيطة لتشكل تدفقًا دائريًا. بالمقارنة مع التقليب الميكانيكي، فإن التقليب الهوائي له العديد من المزايا المهمة: (1) توفير الطاقة وتقليل الاستهلاك؛ ليست هناك حاجة لتركيب محرض ذو طاقة عالية-، ولا يلزم سوى ضاغط هواء واحد لإمداد الهواء المركزي؛ (2) لا يوجد تآكل ميكانيكي؛ عمليا لا حاجة للصيانة؛ (3) مجال تدفق أكثر اتساقا؛ توزيع الفقاعات بشكل معقول يتجنب "المناطق الميتة"؛ (4) لديها أيضا وظيفة التهوية؛ وفي بعض العمليات، يمكن أن يساعد في زيادة الأكسجين المذاب. ثالثا. حساب حجم الهواء تتضمن العديد من المشاريع هذا النوع من التعديل، ولكن في كثير من الأحيان بدون أي أساس علمي، يتم توصيل أنبوب إمداد الهواء بشكل تعسفي بالمسبح، مما يؤدي إلى أداء غير مرض.

تتضمن العديد من المشاريع هذا النوع من التعديل، ولكن في كثير من الأحيان بدون أي أساس علمي، يتم توصيل أنبوب مصدر الهواء بالخزان بشكل تعسفي، مما يؤدي إلى أداء غير مرض.

يمكن حساب حجم الهواء المطلوب للتهوية والخلط باستخدام الصيغة التالية.

في الصيغة: Qa هو معدل تدفق الهواء المطلوب للتهوية والخلط في ظل الظروف القياسية، متر مكعب/دقيقة؛ Pt هي قوة عمود المحرض الأصلي، kW، والتي يمكن اعتبارها 0.75 ~ 0.90 من قوة المحرك؛ h هو عمق الماء عند مدخل توزيع الهواء، m.

يمكن حساب ضغط الهواء (ضغط المقياس) المطلوب للتهوية والخلط باستخدام الصيغة التالية.

في الصيغة: pc هو ضغط الهواء (مقياس الضغط) المطلوب للتهوية والخلط، كيلو باسكال؛ Δph هو الضغط الساكن عند عمق الماء، kPa، Δph=9.81 × h؛ Δpf هو فقدان الضغط على طول خط الأنابيب وفي النقاط المحلية، kPa، والذي يمكن حسابه بالرجوع إلى المحتوى ذي الصلة في المقالة "طرق تحديد قوة وضغط منافيخ التهوية" على هذا الحساب العام عبر الرابط الموجود في نهاية هذه المقالة؛ Δpd هو فقدان الضغط لرأس توزيع الهواء، kPa، والذي يمكن استشارته مع الشركة المصنعة وهو بشكل عام 3 ~ 15 كيلو باسكال.

1. قطر الفقاعة وارتفاع سرعتها

وفقا للأدبيات، يبلغ قطر الفقاعة عادة حوالي 5 مم، ويمثل حجم الهواء بشكل عام 10٪ من معدل تدفق السائل. كلما كان قطر الفقاعة أصغر، كانت سرعة الارتفاع أبطأ، وكان تأثير تحريك السائل أفضل، ولكن استهلاك طاقة الهواء المضغوط أعلى قليلاً؛ إذا كان قطر الفقاعة كبيرًا جدًا، فسيتم تقليل كفاءة الخلط.

2. جهاز توزيع الأنابيب والهواء

يجب أن تكون رؤوس توزيع الهواء موزعة بالتساوي، ويشيع استخدام الأنابيب المسامية أو رؤوس التهوية الصغيرة المسامية. يجب أن يضمن التصميم توزيع الفقاعات بالتساوي في الخزان لتجنب "الدوائر القصيرة" المحلية.

3. الخصائص الهيدروليكية لحمام السباحة
بالنسبة إلى حمامات السباحة العميقة، تتعرض فقاعات الهواء لفقدان أكبر أثناء الصعود، وبالتالي تتطلب هواء مضغوطًا ذا ضغط أعلى.

ملخص
في سياق "الكربون المزدوج" (ثاني أكسيد الكربون، واحتجاز الكربون، وانبعاثات الكربون)، توفر تقنية خلط الهواء المضغوط لمحطات معالجة المياه طريقة خلط عالية الكفاءة وموفرة للطاقة وقليلة الصيانة. من خلال الحساب العقلاني لاستهلاك الهواء والضغط، وتحسين تصميم توزيع الهواء، والتحكم في حجم الفقاعة، يمكن تحقيق خلط أكثر اتساقًا من التقليب الميكانيكي، مع تقليل تكاليف التشغيل بشكل كبير. في المستقبل، ومع تطور أنظمة التحكم الذكية، من المتوقع أن يتم ربط الخلط الهوائي بمراقبة جودة المياه عبر الإنترنت، مما يتيح -إمداد الهواء عند الطلب وتوفير الطاقة الديناميكية، مما يُظهر إمكانات تطبيقية كبيرة في معالجة المياه البلدية والمياه الصناعية المتداولة والتفاعلات الكيميائية.