En l'enginyeria de tractament d'aigua, els processos unitaris, com ara els dipòsits de coagulació, els tancs de floculació i els tancs de reacció de suavitzant, requereixen una uniformitat extremadament alta de la mescla d'aigua. Tradicionalment, la mescla s'aconsegueix instal·lant agitadors mecànics. Tanmateix, amb l'augment dels costos de l'energia i la implementació de polítiques de "doble-carboni", cada cop més projectes comencen a provar de substituir l'agitació mecànica per aire comprimit per assolir els objectius de conservació d'energia i reducció d'emissions. Aquest article comparteix els principis, els mètodes de càlcul i el valor d'aplicació de la tecnologia de mescla pneumàtica per als professionals del tractament d'aigües.
I. Punts de dolor de l'agitació mecànica tradicional
En els processos convencionals de tractament d'aigua, els agitadors de paleta o bastidor s'instal·len normalment en tancs de mescla, tancs de floculació i tancs de reacció de suavitzant. El motor fa girar les pales, creant vòrtexs i cisallaments a l'aigua, promovent així una barreja completa de productes químics i aigua bruta. Tanmateix, l'agitació mecànica té els problemes següents:
1. Alt consum d'energia
A les plantes de tractament d'aigües residuals a gran-escala, la potència dels agitadors mecànics és generalment d'entre 2 i 15 kW, amb temps de funcionament llargs i un alt consum anual d'energia.
2. Alts costos de manteniment
Els agitadors impliquen diversos components fàcilment danyats, com ara motors, reductors, acoblaments i impulsors. El manteniment diari i la substitució de peces requereixen-temps i mà d'obra-.
3. Camp de flux desigual al tanc
En alguns tancs de forma irregular o en tancs de reacció de gran-volum, l'agitació mecànica crea fàcilment "zones mortes" que provoca efectes de mescla insatisfactoris.
Per tant, trobar tecnologies d'agitació -més eficients i que estalviïn energia s'ha convertit en una tendència.
II. Principi d'agitació per aire comprimit
L'agitació per aire comprimit és una tecnologia que genera bombolles introduint aire comprimit al fons o a les parets del dipòsit. A mesura que les bombolles d'aire pugen a l'aigua, generen un flux d'aire ascendent, impulsant simultàniament l'aigua circumdant per formar un flux circulant. En comparació amb l'agitació mecànica, l'agitació pneumàtica té diversos avantatges significatius: (1) Estalvi d'energia i consum reduït; no cal instal·lar un agitador-de gran potència, només es necessita un únic compressor d'aire per al subministrament d'aire centralitzat; (2) Sense desgast mecànic; pràcticament no requereix manteniment; (3) Camp de flux més uniforme; una distribució raonable de bombolles evita "zones mortes"; (4) També té una funció d'aireació; en alguns processos, pot ajudar a augmentar l'oxigen dissolt. III. Càlcul del volum d'aire Molts projectes impliquen aquest tipus de modificació, però sovint sense cap base científica, connectant arbitràriament una canonada de subministrament d'aire a la piscina, donant lloc a un rendiment insatisfactori.
III. Càlcul del volum d'aire
Molts projectes impliquen aquest tipus de modificació, però sovint sense cap base científica, connectant arbitràriament una canonada de font d'aire al tanc, donant lloc a un rendiment insatisfactori.
El volum d'aire necessari per a l'aireació i la barreja es pot calcular mitjançant la fórmula següent.
En la fórmula: Qa és el cabal d'aire necessari per a l'aireació i la barreja en condicions estàndard, m³/min; Pt és la potència de l'eix de l'agitador original, kW, que es pot prendre com a 0,75 ~ 0,90 de la potència del motor; h és la profunditat de l'aigua a l'entrada de distribució d'aire, m.
La pressió de l'aire (pressió relativa) necessària per a l'aireació i la barreja es pot calcular mitjançant la fórmula següent.
En la fórmula: pc és la pressió de l'aire (pressió relativa) necessària per a l'aireació i la barreja, kPa; Δph és la pressió estàtica a la profunditat de l'aigua, kPa, Δph=9.81 × h; Δpf és la pèrdua de pressió al llarg de la canonada i als punts locals, kPa, que es pot calcular fent referència al contingut rellevant de l'article "Mètodes per determinar la potència i la pressió dels ventiladors d'aireació" d'aquest compte públic mitjançant l'enllaç al final d'aquest article; Δpd és la pèrdua de pressió del capçal de distribució d'aire, kPa, que es pot consultar amb el fabricant i és generalment de 3 ~ 15 kPa.
IV. Consideracions de disseny per a la mescla pneumàtica
1. Diàmetre de la bombolla i velocitat ascendent
Segons la literatura, el diàmetre de la bombolla sol ser d'uns 5 mm i el volum d'aire generalment representa el 10% del cabal de líquid. Com més petit sigui el diàmetre de la bombolla, més lenta serà la velocitat de pujada i millor serà l'efecte d'agitació del líquid, però el consum d'energia d'aire comprimit és lleugerament superior; si el diàmetre de la bombolla és massa gran, l'eficiència de la barreja es reduirà.
2. Dispositiu de canonades i distribució d'aire
Els capçals de distribució d'aire s'han de distribuir de manera uniforme i s'utilitzen habitualment canonades poroses o capçals d'aireació microporosos. El disseny ha de garantir que les bombolles es distribueixen uniformement al dipòsit per evitar "curtcircuits" locals.
3. Característiques hidràuliques de la piscina
Per a les piscines profundes, les bombolles d'aire pateixen pèrdues més grans durant l'ascens i, per tant, requereixen una pressió d'aire comprimit més gran-.
Resum
En el context del "carboni dual" (diòxid de carboni, segrest de carboni i emissions de carboni), la tecnologia d'agitació d'aire comprimit ofereix a les plantes de tractament d'aigua un mètode de mescla molt eficient,-estalvi d'energia i de baix-manteniment. Calculant racionalment el consum d'aire i la pressió, optimitzant el disseny de distribució de l'aire i controlant la mida de la bombolla, es pot aconseguir una mescla més uniforme que l'agitació mecànica, alhora que es redueixen significativament els costos d'operació. En el futur, amb el desenvolupament de sistemes de control intel·ligents, s'espera que la mescla pneumàtica estigui vinculada amb la monitorització de la qualitat de l'aigua en línia, permetent el subministrament d'aire a la demanda i l'estalvi d'energia dinàmica, mostrant un gran potencial d'aplicació en el tractament de l'aigua municipal, l'aigua de circulació industrial i les reaccions químiques.