Proiect:Decantoare radiale

Revnic Emilia IoanaG: 3334, SG.: bMasini hidroedilitare

Sedimentarea sau decantarea

Sedimentarea este procesul fizic de separare din apele uzate a particulelor solide organice sau anorganice prin depunere gravimetric n spaii cu regim hidraulic controlat. Operaia poate fi denumit i decantare sau dup rolul procesului n tehnologia de tratare/epurare limpezire, clarificare sau ngroare.

Impuritile prezente n ap au dimensiunile n funcie de de natura corpurilor de baz i de starea de dispersie n masa de lichid. Astfel, exit particule granulate discrete (nisip, pietri), particule coloidale (grupuri de molecule sau substane cu mrimea de 0,5 500 nm) i molecule sau macromolecule n cazul substanelor dizolvate cu dimensiuni sub un nanometru. Timpul de decantare este dependent de dimensiunea particulelor dispersate n masa de ap.

Sedimentarea se aplic n urmtoarele construcii: a) deznisipatoare suspensii granulate, particule discrete; b) decantoare primare pentru suspensii granulate i floconoase provenite de la coagularea materiilor din ap;c) decantoare secundare pentru reinerea particulelor care provin din epurarea biologic; d) concentratoare sau ngrotoare de nmol.

Bazele teoretice ale procesului n funcie de natura i concentraia particulelor solide dispersate, precum i de tendina lor de aglomerare procesul de decantare se desfoar n patru moduri diferite: a) sedimentarea de tipul I aplicabil la particulele solide granulate; b) sedimentarea de tipul II caracteristic pentru particulele cu tendin de aglomerare; c) sedimentarea n mas; d) compactarea sau tasarea.

Se consider un bazin de sedimentare, figura 2., denumit decantor convenional, n care apar patru zone. Amestecul polifazic intr n zona de admisie n regim turbulent de curgere i se repartizeaz n micare uniform, de tip piston, pe ntreaga seciune transversal a bazinului. Astfel se poate considera c valoarea concentraiei particulelor, cu mrime identic, n suspensie este aceeai n toate punctele din seciunea transversal amplasat la finalul zonei de admisie. n zona de sedimentare particulele se depun la aceeai vitez ca i n fluidul linitit, static. Din zona de nmol acesta se ndeprteaz rapid, fr a tulbura soluia apoas, n mod continuu. Zona de evacuare trebuie s ofere toate condiiile pentru a nu tulbura curgerea din domeniul sedimentrii i a culege tot debitul de pe ntreaga seciune transversal a bazinului.

Aspecte teoretice hidrodinamiceSe consider cazul decantorului convenional din figura 2.10. Acesta este o construcie care asigur condiii hidrodinamice optime desfurrii procesului de sedimentare. Se consider, din punct de vedere teoretic, c exist o curgere uniform n regim laminar, stabil, de tip piston, cu o alimentare i evacuare a apei i nmolului perfecte astfel nct s se evite curgerile prefereniale. n practica bazinelor de sedimentare apar cureni secundari de convecie datorai diferenelor de temperatur (insolaie) i curgerilor parazitare generate de diferenele de densitate dintre diferitele zone din bazin. Aceste aspecte, n mod evident, vor afecta randamentul de separare al decantorului.

Ecuaia de bilan hidraulic este Qi = Qe + Qn; ea exprim legea continuitii.

Ecuaia de bilan masic este QiCi = QeCe + QnCn; ea exprim legea conservrii masei valabil la decantor. Pentru un randament de reinere de 100% aceast ecuaie devine QiCi = QnCn. Eficiena unui decantor se apreciaz prin E = (Ci Ce)/Ci = 1 Ce/Ci = 35...60% funcie de tipul decantorului i de instalaiile care-l echipeaz.

Aspecte generale despre construcia decantoarelor Decantorul este obiectul din staia de epurare sau tratare destinat s rein marea majoritate a suspensiilor din apele uzate respectiv brute prin sedimentare depunere gravitaional. Decantoarele sunt construcii din beton, cu diferite forme geometrice, n care trebuie s se asigure condiii hidrodinamice favorabile procesului. Ele se clasific dup urmtoarele criterii:

1. Dup modul cum se realizeaz procesul de sedimentare (decantare): a) decantoare cu sedimentare liber, natural; b) decantoare cu sedimentare activat cu reactivi chimici de coagulare-floculare i cu separare gravitaional sau suspensional.

2. Dup modul de ndeprtare a nmolului depus: a) decantoare cu curire manual; b) decantoare cu echipamente mecanice de colectare i evacuare a nmolului; c) decantoare cu echipamente hidromecanice sau pneumatice pentru ndeprtarea nmolului.

3. Dup direcia de curgere a apei prin decantor: a) decantor longitudinal curgerea apei se realizeaz n lungul laturei mari a bazinului de form paralelipipedic; b) decantor vertical curgerea apei se realizeaz pe vertical n sens ascendent, n contracurent cu particulele care se depun gravitaional, ntr-un bazin de form cilindro-conic; c) decantor radial micarea apei se realizeaz pe direcia razei vectoare de la centru ctre periferia bazinului de form cilindro-conic sau numai cilindric.

4. Dup destinaie i poziia lor n schem decantoarele se clasific n: a) decantor pentru tratarea apei de consum; b) decantor pentru separarea nisipului din ap, este un decantor specializat deznisipator; c) decantor pentru ape uzate brute; d) decantor pentru nmol activ fiind n general al doilea n schem el se numete decantor secundar; e) decantor teriar decantor dup treapta chimic sau existent n schem dup treapta de nitrificare; f) decantor specializat pentru ngroarea nmolului concentrator de nmol.

5. Dup poziia construciei n raport cu nivelul terenului decantoarele pot fi: a) ngropate; b) semingropate;c) aparente.

Decantorul este dotat cu urmtoarele instalaii i echipamente:a) instalaii de alimentare cu ap brut cu influent; b) instalaia pentru colectarea i evacuarea apei purificate efluent; c) echipamentul sau instalaia pentru colectarea i evacuarea nmolului depus pe radierul bazinului; d) echipamentul sau instalaia de colectare i evacuare a flotanilor spum, grsimi etc.;e) instalaia de alimentare cu energie electric; f) decantorul propriu zis construcia etan din beton armat.

Decantorul radial Decantoarele radiale, folosite pe scar larg n epurarea apelor uzate, sunt bazine din beton armat de form cilindro-conic sau cilindric. n plan vedere din avion ele au o form circular sau hexagonal. Diametrul lor este ntre 2160 m; decantoarele cu diametrul pn la 50 m au poduri racloare radiale, iar cele cu diametrul peste 50 m sunt dotate cu poduri racloare diametrale. Radierul decantorului cu pod raclor radial este nclinat cu un unghi corespunztor unei coniciti de 1/15, mai mare dect unghiul de taluz natural al nmolului depus sub ap i deci acesta ar trebui s curg singur spre baa central. n decantorul radial introducerea de ap uzat se face n centrul acestuia, simetric n plan i uniform pe vertical - micare axial-simetric, iar evacuarea se realizeaz prin Fig. 3.Traiectoria de sedimentarecolectarea apei de pe ntreaga circumferin exterioar. n decantorul ideal radial. Direcia de curgere a apei este cea a razei vectoare de la centru ctre periferie.

Viteza de sedimentare a particulelor discrete variaz continuu pe msur ce granula se deplaseaz ctre periferie. Deoarece componenta u a vitezei de transport scade continuu cu creterea razei vectoare, iar mrimea hidraulic w este constant rezult c traiectoria particulei este o curb figura 3. - (n loc de linie dreapt ca n cazul decantorului longitudinal). Panta teoretic a curbei de sedimentare, la orice raz de curbur este . ncrcarea hidraulic de suprafa este vitez de referin.Dispozitivul de alimentare din centru trebuie s asigure distribuia uniform a debitului pe direcia razeivectoare. Pentru aceasta zona de alimentare este conceput sub form tronconic cu reducerea continu Fig. 4. Decantor radial cu pod raclora vitezei ascensionale evitnd formarea vrtejurilor. 1 decantor; 2 conduct admisie ap brut; 3 zon de sedimentare; 4 suportul pivotuluiDate de proiectare. Timpul de retenie al apei e central i al jupei; 5 canalul de colectare apde 45150 minute. Viteza ascensional medie este de tratat; 6 conul central; 7 evacuare nmol;0,0020,006 m/s. Viteza vertical de sedimentare este 8 lame racloare; 9 ba; 10 cale de 0,10,4 mm/s. ncrcarea hidraulic de suprafa este rulare; 11 mecanismul de antrenare. de 1,52,5 m3/m2h. Viteza raclorului la periferie este de 1,53,0 m/min cu o turaie a podului raclor de 34 rot/or. n cazul ngrotorului de nmol raclorul are viteza periferic de 1,83,0 m/minut. Panta fundului este de 68% cu excepia baei unde panta este de 2/1. Viteza de curgere a nmolului pe conducta de evacuare este de 1,251,50 m/s.

Pentru uniformizarea curgerii prin decantor se monteaz deversoare pe circumferina acestuia. ncrcarea deversoarelor depinde de forma bazinelor, de natura nmolului i a apei uzate. Pentru decantoare primare se recomand ncrcri inferioare valorii de 60 m3/h i metru liniar n perioade uscate i maximum 180 m3/h i m pe timp de ploaie. Pentru decantoare secundare ncrcrile trebuie s fie inferioare 10 m3/h i m liniar. Dac la verificarea ncrcrilor se constat c aceasta este prea mare se vor construi mai multe rigole paralele de colectare a apei.

Apa uzat vine pe canalul 2 i intr n decantorul cilindro-conic 1 prin plnia 6, figura 4. Plnia central are rolul de a asigura reducerea vitezei de curgere (difuzor) modificnd astfel regimul hidraulic i de a realiza o alimentare ct mai uniform a decantorului. n ultimii ani aceast plnie se execut sub forma unui deversor circular cu profil curb care favorizeaz apariia efectului Coand ce uniformizeaz curgerea, reduce viteza de deplasare a apei i turbulena n zona de admisie. Din aceast zon de admisie apa execut o micare de ocolire pe sub jupa central i ajunge n spaiul de sedimentare 3. Jupa central are aceleai roluri ca i peretele semiscufundat de la decantorul longitudinal i n plus devine i punct de sprijin pentru pivotul podului raclor. Particulele mari i grele, datorit ineriei, nu reuesc s execute micarea de ocolire pe sub jup i se depun imediat n zona baei centrale 9. Apa se repartizeaz uniform n curgere pe direcia razei vectoare ctre canalul colector inelar care este amplasat fie n bazin, cu dou muchii deversante, fie la periferia acestuia 5. Pentru a evita curgerile prefereniale, care ar putea perturba procesul de sedimentare, canalul colector inelar are muchia deversorului metalic, cu dini n V la 900, care se amplaseaz la nivel strict orizontal i se fixeaz cu uruburi.

Nmolul depus pe radierul de beton nclinat alunec ctre baa central 9 de unde prin presiune hidrostatic este ndeprtat n exterior pe conducta 7. Rolul podului raclor 4 este de a fora curgerea depunerilor aderente ctre baa central.

Podul raclor este o construcie metalic de tip cheson sau grind cu zbrele, de tip radial sau diametral, care este susinut la centru pe un pivot, iar la periferie se sprijin pe sistemul de antrenare 11 cu roile motoare i cele de rulare. Pentru decantoarele cu volum mic grupul de antrenare se afl la centru, pe platforma de sprijin, fiind dotat cu o roat dinat de mari dimensiuni, care asigur demultiplicarea, i limitator de for pentru ntreruperea alimentrii cu energie electric n cazul blocrii. Decantoarele de mari dimensiuni sunt dotate cu poduri racloare diametrale care au grupuri de antrenare la ambele capete. Ele sunt impuse de condiia de asigurare a raclrii radierului la un interval de timp mai redus, nerealizabil de ctre echipamentul radial. n general, aceste decantoare de mari dimensiuni sunt recomandate ca soluii pentru bazine de sedimentare a nmolului activ decantor secundar n schema tehnologic. ndeprtarea nmolului dup o durat de timp prea mare conduce la sufocarea nmolului activ. n acest mod se impune soluia podului raclor diametral care asigur un interval de timp mai redus ntre trecerea lamelor racloare printr-o zon de sedimentare. Podul raclor diametral este susinut pe trei puncte, dou la capete i unul central pivotul. Pentru a elimina pericolul apariiei de tensiuni necontrolate n grinda central (sistem static nedeterminat) se introduce o articulaie cu ax orizontal la grind care permite mici oscilaii generate de neregulariti ale suprafeei de rulare.

n figura 5 este prezentat schema unui decantor radial cu radierul orizontal la care evacuarea nmolului se realizeaz hidraulic prin presiune hidrostatic. Sub grinda principal a podului raclor sunt montate o serie de conducte verticale 5. Acestea sunt amplasate n vrful unui unghi format din dou planuri nclinate 6; tot acest ansamblu funcioneaz n micare ca un fra lam racloare cu garnituri din cauciuc. eava vertical mpreun cu flanele de legtur i fraul de raclare formeaz tronsonul de aspiraie, iar evile orizontale 7 (cte una pentru fiecare tronson vertical) prevzute cu obturatorul de capt i cu colectorul de nmol de la cellalt capt formeaz tronsonul de evacuare.

Raclorul diametral reprezint constructiv cuplarea a dou racloare radiale care utilizeaz acelai colector fix. Spre deosebire de decantoarele radiale cu pod raclor radial, n acest caz conductele verticale solidare cu fraul nu sunt articulate, ci sunt fixate de grinda podului. O alt deosebire este aceea c fora vntului se preia integral de pivotul central. Pentru a compensa inegalitile existente n suprafaa de rulare, avnd n vedere faptul c podul diametral este susinut pe trei reazeme, grinda principal este prevzut cu o articulaie orizontal amplasat ntre pivotul central i unul dintre capete, mai aproape de primul.

Fig. 5. Raclor pentru decantor cu radier orizontal (fraului de colectare cu eava vertical) 1 conduct de admisie ap uzat; 2 colector evacuare ap tratat; 3 sifon; 4 colector fix pe pod; 5 conduct vetical; 6 fra; 7 conduct orizontal; 8 pod; 9 canal inelar; 10 radierul orizontal al decantorului. Colectorul 4 suspendat, executat sub forma unui paralelipiped i prevzut cu tuuri de asamblare la tronsoanele de refulare orizontale, se numete colector mobil deoarece el este solidar cu podul raclor i se rotete odat cu acesta. Pe traseul nmolului, n dreptul devierii de la vertical la orizontal, se afl un dispozitiv de trangulare obturator acionat de pe grind i destinat reglrii debitului de nmol. n etapa urmtoare nmolul adunat n colectorul mobil este transvazat n colectorul fix 2 cu ajutorul unui sifon. Colectorul fix metalic este dispus circular n jurul corpului central din beton care acoper plnia de alimentare cu ap uzat 1 i susine pe pivot podul raclor diametral. Instalaia de sifonare este executat dintr- un tub sub form de U ntors prevzut cu robinet de separaie, o pomp de vid pentru amorsarea sifonului (de regul pomp de mn Alweiller, pomp cu inel de lichid sau un ejector acionat pneumatic) i o conduct de descrcare; sifonul se fixeaz cu uruburi de grinda principal. Nmolul din colectorul fix este evacuat printr-o conduct pozat sub decantor 10 i dotat cu o clapet de refulare care controleaz debitul i sensul de curgere a nmolului spre un cmin adiacent bazinului amplasat sub decantor. Apa purificat este evacuat prin deversare n canalul inelar de capt 9.

Se recomand ca prile submerse s fie executate din: a) oel inoxidabil; b) oel carbon protejat anticoroziv cu rini epoxi necesit supraveghere i eventual refacerea stratului; c) plastic armat cu fibr din sticl. Prile expuse intemperiilor se vor proteja anticoroziv prin vopsire cu rini i n zonele de asamblare prin sudur cu metode moderne folosind cear.

Alimentarea cu ap uzat a decantorului radial trebuie fcut astfel nct s se realizeze o curgere uniform evitnd formarea turbioanelor i a curgerilor prefereniale n spaiul de sedimentare. Sistemul cel mai modern de alimentare este cel care folosete plnia de tip Coand. Apariia efectului Coand este dependent de urmtorii factori: a) forma geometric a suprafeei solide definit prin raza R de curbur i limea fantei jetului fluid la o curbur cu o raz foarte mic creterea presiunii n lungul profilului este rapid i n loc s apar efectul Coand de alipire poate s se produc desprinderea stratului limit; b) dispersia jetului n lungul peretelui curb n zonele mai deprtate de orificiul de curgere limea jetului crete foarte repede i zona central a vnei fluide se deprteaz de peretele curb dei partea marginal rmne alipit acestuia; c) viteza jetului fluid poate genera alipirea sau dezlipirea vnei Fig.6. Forma geometric pentruaadar pentru fiecare profil curb trebuie precizat gama de vitez apariia efectului Coand.n care se menine fluidul lipit de profilul curb, figura 6.

Laleaua Coand este folosit n zona de admisie a apei din decantor. Ea este de tipul deversorului circular plnie la care se inverseaz curgerea, (fig.7.). n zona de legtur a lalelei Coand cu conducta vertical de aduciune a apei brute se introduce un deflector care foreaz alipirea jetului de lichid la suprafaa curb circular; astfel eficiena dispozitivului nu mai este influenat de variaiile de debit. Montarea n interior a unei alte piese profilate, precum cea ntrerupt din figur, va conduce la apariia unui vrtej care mbuntete eficiena de sedimentare prin crearea unui efect de vortex centrat pe axul decantorului din zona de alimentare ce foreaz sedimentarea n zona imediat a baei.

Avantajele utilizrii lalelelor Coand la decantoarele radiale sunt: a) se controleaz viteza fluidului din zona de admisie; b) se realizeaz o distribuie uniform i perfect n decantor ceea ce va permite folosirea integral a volumului de sedimentare; c) se reduce mrimea i intensitatea zonelor de turbulen; d) apare o micare de circulaie a apei n zona de fund de la periferie ctre centru care uureaz transportul particulelor ctre ba; e) n decantor se formeaz o zon circular de ap moart n partea median a bazinului care mrete intensitatea procesului de sedimentare.

Dimensiunile plniei Coand sunt dependente de Fig.7. Lalea Coand pentru alimentarea debitul de ap de la intrarea din decantor Q=90 decantorului radial. 1300l/s;D1=4001400mm; R=1400...2200 mm; D2=32005800mm; h=10001500mm.

Biblografie:

[1.] https://www.google.ro/search?q=decantoare+radiale&biw=1366&bih=667&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=8N4AU-2MDq6e7AaB6YDwBQ&ved=0CCUQsAQ#q=decantoare+radiale+de+sedimentare&tbm=isch&imgdii=_

[2.] http://www.energ.pub.ro/fisiere/master/Subiecte%202012/Carti/Sedimentarea.pdf

[3.] Diana Robescu, Felix Stroe, Aurel Presura, Dan Robescu Tehnici de epurare a apelor uzate, Editura Tehnica, Bucuresti, 2011