Ukuran Partikel vs. Efisiensi Pemukim Tabung Cenderung: Simulasi CFD Menemukan Ambang Batas 80 μm

Anda tahu bahwa pemukim tabung menghilangkan padatan tersuspensi. Tapi tahukah Anda ukuran mana yang sebenarnya dihilangkan - dan ukuran mana yang lolos terlepas dari seberapa baik tangki dirancang? Dengan menggunakan simulasi CFD dari pemukim tabung miring arus berlawanan 1.000 m³/d saat ini di Provinsi Anhui, para peneliti memodelkan perilaku partikel dari30 hingga 120 mikrondalam kondisi operasi sebenarnya. Hasilnya adalah ambang batas yang jelas: di bawah 80 μm, ukuran partikel hampir tidak menjadi masalah untuk dihilangkan. Di atas 80 μm, efisiensi meningkat. Jika koagulan Anda tidak menghasilkan flok di atas ambang batas tersebut, tabung miring Anda tidak menghasilkan apa yang Anda bayarkan.

MENGAPA CFD - DAN MENGAPA TANGKI INI

Sebagian besar penelitian tentang pemukim tabung miring berfokus pada pola aliran - mengoptimalkan dimensi tangki, mengurangi zona mati, memperlancar distribusi kecepatan. Hanya sedikit orang yang menanyakan pertanyaan yang paling penting terhadap kualitas limbah cair:mengingat distribusi ukuran partikel tertentu, apa yang sebenarnya dihilangkan?Karena partikel dengan diameter berbeda mempunyai kecepatan pengendapan yang berbeda, distribusi ukuran partikel padatan tersuspensi influen secara langsung mengontrol efisiensi sedimentasi yang dapat dicapai tangki.

Untuk menjawab hal tersebut, peneliti menggunakanmodel turbulensi k-ε standar(untuk bidang aliran) ditambah denganModel campuran multifase(untuk perilaku dua-fasa padat–cair) - kombinasi yang-cocok untuk mensimulasikan aliran turbulen, bermuatan partikel-di dalam pemukim tabung yang beroperasi.

Kasus ujinya adalah sebuah alat penampung tabung miring yang berlawanan arah arus di saluran air di Provinsi Anhui, dengan desain dan parameter pengoperasian berikut:

HASIL 1: DIMANA KONSENTRASI PARTIKEL - DAN MENGAPA PENTING

Lima diameter partikel disimulasikan:30, 50, 80, 100, dan 120 m. Untuk masing-masingnya, distribusi vertikal padatan tersuspensi diperiksa dengan memplot fraksi volume rata-rata pada penampang-ketinggian berbeda (Gambar 2).

Tiga pola muncul dari profil konsentrasi:

1. Semua ukuran partikel mengikuti tren umum yang sama.Bentuk keseluruhan kurva konsentrasi-versus-ketinggian serupa, berapa pun diameternya. Fisika tangki - struktur empat-zona, jalur aliran, pola turbulensi - menerapkan profil konsentrasi umum.

2. Pada saluran masuk tabung (ketinggian ~1,5 m), konsentrasi melonjak tajam untuk partikel yang lebih besar.Ini adalah zona transisi dimana aliran memasuki tabung miring. Turbulensi dan pencampuran menciptakan-wilayah konsentrasi tinggi yang mendorong kontak partikel dan flokulasi - yang memberikan efek positif pada pemisahan padat-cair. Semakin besar partikel yang memasuki zona ini, semakin besar pula lonjakan konsentrasinya.

3. Di dasar tangki dan penampang-limbah, ukuran partikel menentukan hasilnya.Di dekat zona lumpur, fraksi volume rata-rata meningkat seiring dengan bertambahnya ukuran partikel - semakin banyak partikel besar yang mengendap dan terakumulasi di tempat yang seharusnya. Pada penampang efluen-, fraksi volume rata-rataberkurangseiring bertambahnya ukuran partikel - semakin sedikit partikel besar yang lolos. Korelasinya jelas:partikel yang lebih besar → lebih banyak endapan → limbah yang lebih bersih.

HASIL 2: ambang batas 80 μm

Efisiensi penghilangan η didefinisikan sebagai:

dimana C_masukadalah konsentrasi SS influen (kg/m³) dan C_{saluran keluar}adalah konsentrasi SS limbah (kg/m³).

Gambar 3 menunjukkan hubungan antara efisiensi penghilangan dan diameter partikel pada kondisi influen tertentu (295 mg/L SS, densitas 1,050 kg/m³, viskositas 0,02001 Pa·s). Kurvanya tidak linier - ia mempunyai lutut yang berbeda.

Data tersebut mengungkapkan dua rezim:

Alasannya adalah hidrolik: partikel di bawah 80 μm memiliki kecepatan pengendapan yang cukup rendah sehingga aliran ke atas dalam tabung dapat mengalirkan partikel tersebut, terlepas dari seberapa baik tangki dirancang. Di atas 80 μm, kecepatan pengendapan melampaui kecepatan ke atas dengan margin yang semakin lebar, dan penghilangan menjadi efektif. Ambang batas 80 μm khusus untuk geometri tangki ini dan kondisi pengoperasian (diameter tabung 40 mm, kemiringan 60 derajat, kecepatan masuk 0,1 m/s) - tetapi prinsipnya berlaku secara luas:setiap pemukim tabung memiliki ukuran partikel kritis yang di bawahnya sulit dihilangkan, dan ukuran tersebut ditentukan oleh kecepatan ke atas dalam tabung.

APA ARTINYA BAGI TANAMAN ANDA

1. Dosis koagulan mempunyai target yaitu 80 μm.Tujuan koagulasi dan flokulasi - selain menetralkan muatan dan menjembatani partikel - adalah untuk menumbuhkan flok melewati ukuran kritis yang dapat ditangkap oleh pemukim tabung. Pengujian toples harus memastikan bahwa flok yang terbentuk melebihi diameter ambang batas geometri tangki spesifik Anda.

2. Jika limbah Anda keruh dan ukuran flok berada di bawah ambang batas, maka tabung tidak menjadi masalah - tahap flokulasilah yang bermasalah.Menambahkan lebih banyak tabung atau mengurangi kecepatan ke atas akan sedikit membantu. Namun perbaikan sebenarnya ada di hulu: flokulasi yang lebih baik untuk menghasilkan partikel yang lebih besar dan lebih padat sehingga dapat ditangkap oleh tabung yang ada.

3. Ukuran kritis adalah-spesifik tangki.Simulasi ini menemukan 80 μm untuk tabung 40 mm pada 60 derajat dengan kecepatan masuk 0,1 m/s. Diameter tabung yang lebih kecil, sudut yang lebih datar, atau kecepatan ke atas yang lebih rendah akan menggeser ambang batas ke bawah - yang berarti partikel yang lebih kecil dapat dipindahkan. Inilah sebabnya mengapa geometri tabung dan pembebanan hidrolik bukan hanya parameter desain; mereka secara langsung menetapkan ukuran partikel minimum yang dapat ditangani oleh pemukim Anda.

4. Simulasi CFD adalah alat desain praktis, bukan latihan akademis.Kombinasi model campuran k-ε + yang digunakan di sini dapat memprediksi, untuk geometri tangki dan kondisi pengoperasian apa pun, kurva efisiensi ukuran-penghilangan partikel. Sebelum membangun atau melakukan retrofit, simulasi dapat menjawab pertanyaan yang tidak dapat dijawab oleh aturan desain empiris:akankah tangki ini menghilangkan partikel-partikel dalam air mentah saya?