מתקן טיהור שפכים לגימור מתכת החליף פלטת חימום מצופה 6 קילוואט לאחר חמישה חודשים בלבד. הצלחת הותקנה במיכל השוואת 15,000-ליטר המקבל מי שטיפה מקווי ציפוי, פוספטים ואנודיז. המיכל הכיל 3-5% מוצקים מרחפים - הידרוקסידים של מתכת, משקעי סידן פוספט וגריסים. משטח הצלחת הראה שכבת משקעים עבה ולא אחידה עם חלקיקים מוטבעים. התנגדות הבידוד ירדה מתחת ל-20 MΩ.
שפכים גבוהים במוצקים- שונים מהותית מאמבטיות ציפוי נקיות. הנוזל אינו פתרון-הוא השעיה. חלקיקים מוצקים מתיישבים, מתמקמים ומצטברים על משטחים מחוממים. הדרישות התרמיות והמכניות ללוח חימום בסביבה זו מחייבות גישה עיצובית המתייחסת לריכוז המוצקים, חלוקת גודל החלקיקים, מהירות השקיעה ושיטת הניקוי הזמינה במפעל.
מדוע מוצקים מרחפים משנים את משוואת העברת החום
חלקיקים מרחפים משפיעים על העברת החום בשתי דרכים. ראשית, הם מגדילים את הצמיגות האפקטיבית של הנוזל, ומעבים את שכבת הגבול התרמית על פני הצלחת. שנית, הם מתמקמים ישירות על הצלחת, ויוצרים שכבה נקבובית ולא אחידה שמוסיפה עמידות תרמית ויוצרת נקודות חמות מקומיות מתחת למשקעים עבים יותר.
קצב השקיעה תלוי בריכוז החלקיקים, מהירות הזרימה בצלחת ובהפרש הטמפרטורה בין הצלחת לנוזל בתפזורת. טמפרטורת פני הצלחת הגבוהה מגבירה את השקיעה על ידי קידום משקעים של מינים מומסים ועל ידי גרימת חלקיקים להיצמד חזק יותר למשטח החם.
| ריכוז מוצקים מרחפים | צמיגות יחסית | קצב ההפקדה על הצלחת | זמן עד קנה מידה של 2 מ"מ | צפיפות וואט בטוחה |
|---|---|---|---|---|
| <0.1% (clean water) | 1.0× | נמוך מאוד | >12 חודשים | 1.5–2.0 W/cm² |
| 0.5-1.0% (מוצקים קלים) | 1.1–1.3× | נָמוּך | 6-10 חודשים | 1.2–1.4 W/cm² |
| 2-3% (מוצקים בינוניים) | 1.3–1.8× | לְמַתֵן | 3-5 חודשים | 0.9–1.1 W/cm² |
| 4-6% (מוצקים כבדים) | 1.8–2.5× | גָבוֹהַ | 6-10 שבועות | 0.6–0.8 W/cm² |
שיעורי השקיעה ממיכלי טיפול בשפכים המקבלים מי שטיפה מעורבים בציפוי ומי שטיפה פוספטים
הרכבה אנכית לעומת אופקית בשירות מוצק גבוה-
כיוון הצלחת קובע אם מוצקים מתיישבים על פני השטח או מחליקים. לוח מותקן אופקית מציג משטח גדול הפונה כלפי מעלה- שבו חלקיקים מצטברים על ידי כוח הכבידה. שכבת הפיקדון גדלה מלמעלה למטה, וההצטברות העבה ביותר מתרחשת על המשטח העליון שבו הזרימה החלשה ביותר.
לוח מותקן אנכי מציג חתך אופקי- קטן יותר. מוצקים המתיישבים על החלק העליון של האוגן או על איברי תמיכה אופקיים אינם מצפים את המשטח המחומם המלא. משטח הלוח האנכי חווה בעיקר שקיעת גזירה- במקום שקיעה של כוח הכבידה. נתוני שדה ממיכלי שפכים מראים שצלחות המותקנות אנכית צוברות 40-60% פחות משקעים באותה תקופת הפעלה בהשוואה ליחידות אופקיות.
| כיוון הרכבה | צבירת פיקדון | תדירות ניקוי | האפליקציה הטובה ביותר |
|---|---|---|---|
| אופקי, פונה כלפי מעלה- | גָבוֹהַ | תָכוּף | לא מומלץ |
| אופקי, פונה-למטה | לְמַתֵן | לְמַתֵן | מקום מוגבל |
| אנכי, מקביל לזרימה | נָמוּך | נָדִיר | רוב היישומים |
| אנכי, מאונך לזרימה | לְמַתֵן | לְמַתֵן | מיכלי-זרימה גבוהה |
כיוון הרכבה והשפעתה על הצטברות פיקדונות
אפקטים של גימור משטח וגיאומטריית לוח
משטח צלחת חלק ומלוטש מפחית את חוזק ההידבקות של מוצקים שהושקעו. חלקיקים שייתחברו בעקשנות למשטח מחוספס מחליקים בקלות רבה יותר כאשר מהירות הזרימה עולה במהלך מחזורי ערבוב או ניקוי מיכל. משטחים מלוטשים מאריכים את מרווח הניקוי ב-30-50% בשירות-מוצקים גבוה בהשוואה לגימור משטח סטנדרטי.
גם עובי הצלחת משנה. לצלחת עבה יותר יש מסה תרמית יותר והיא מגיבה לאט יותר לשינויים בעוצמה. אבל הוא גם מתנגד לעיוות ולנזק מכני טוב יותר. בשירות עם-מוצקים גבוהים, שבהם ניקוי עשוי לכלול הברשה או גירוד, צלחת עבה יותר עמידה יותר.
אסטרטגיות תסיסה וניקוי עבור מוצקים-מיכלים עמוסים
ערבוב-במהירות גבוהה לסירוגין יעיל יותר מאשר תסיסה מתמשכת-ברמה נמוכה עבור שירות מוצק גבוה-. העלאת מהירות הזרימה בצלחת ל-0.5-0.8 מ"ש מעת לעת גוררת משקעים רופפים לפני שהם מתקשים לשכבה עיקשת. ניתן להשיג זאת באמצעות טיימר מבוקר-או משאבת ערבוב ייעודית שפועלת במשך 5-10 דקות בכל שעה.
ניקוי כימי במקום דורש תמיסת ניקוי שממיסה את הרכב הפיקדון הספציפי. קשקשי מתכת הידרוקסיד מגיבים לחומצה מדוללת. משקעי סידן פוספט דורשים חומר קלתי או השריית חומצה עדינה. לוח זמנים לניקוי המבוסס על ממצאי בדיקה-לא לוח שנה קבוע-מונע מהמשקעים להגיע לעוביים שמובילים את טמפרטורת פני הלוח לטווח השפלה.
| שיטת ניקוי | יעילות על הידרוקסידי מתכת | יעילות על קשקשי פוספט | סיכון לצלחת | מרווח מומלץ |
|---|---|---|---|---|
| דלל את זרימת HCl | גָבוֹהַ | לְמַתֵן | נָמוּך | 4-8 שבועות |
| השריית חומצה סולפאמית | לְמַתֵן | גָבוֹהַ | נָמוּך | 6-10 שבועות |
| קלציית EDTA | לְמַתֵן | גָבוֹהַ | נָמוּך | 8-12 שבועות |
| סילון מים בלחץ גבוה{{0} | גָבוֹהַ | לְמַתֵן | לְמַתֵן | 8-12 שבועות |
| הברשה מכנית | גָבוֹהַ | גָבוֹהַ | גָבוֹהַ | לא מומלץ |
המלצות לשיטת ניקוי ממתקני טיפול בשפכים עם פלטות חימום
שלבי מפרט מעשי עבור שפכי-מוצקים גבוהים
התחל עם אפיון מוצקים. ריכוז המוצקים המרחפים הכולל, התפלגות גודל החלקיקים והרכב המינרלים קובעים את קצב השקיעה ואת שיטת הניקוי הנדרשת. ניתוח גרבימטרי פשוט וסקירה של כימיה של תהליך במעלה הזרם מספקים את רוב המידע הדרוש.
בחר צפיפות וואט מריכוז המוצקים בפועל. עבור 2-3% מוצקים מרחפים, הגבלה של 0.9-1.1 W/cm² מתאימה. מעל 4% מוצקים, ירידה ל-0.6-0.8 W/cm². ערכים אלו מניחים הרכבה אנכית וערבוב{10}}תקופתי במהירות גבוהה. הרכבה אופקית דורשת הפחתה נוספת של 20-30%.
ציין משטח צלחת מלוטש. העלות הנוספת צנועה והארכה במרווח הניקיון היא משמעותית. ודא שלמכל יש עומק מתאים להרכבה אנכית עם לפחות 75 מ"מ של כיסוי נוזלי מעל החלק המחומם. אם העומק אינו מספיק, שקול מספר צלחות קצרות יותר במקום יחידה אחת ארוכה.
התקן ניטור זרימה והפסקת-טמפרטורה גבוהה. בשירות-מוצקים גבוה, מסנן סתום או משאבת ערבוב כושלת יכולים להוריד את מהירות הזרימה מתחת לסף הבטוח תוך שעות. מתג זרימה ומגבלת טמפרטורת פני הצלחת של 15-20 מעלות מעל טמפרטורת הפעולה הרגילה מספקים הגנה מפני התחממות יתר המהירה בעקבות אובדן זרימה.
כאשר לוחות סטנדרטיים אינם יכולים להכיל את עומס המוצקים
מיכלי טיפול בשפכים עם ריכוזי מוצקים גבוהים ומרחב היקפי מוגבל לרוב אינם יכולים להכיל לוחות חימום סטנדרטיים בצפיפות הוואט המונעת התכלות מהירה. הפעלה של 6 קילוואט ב-0.8 ואט/ס"מ מצריכה 7,500 ס"מ משטח צלחת -יותר ממה שצלחת יחידה מספקת במידות הטנק האופייניות.
תצורת לוחות חימום מותאמת אישית עם שטח פנים גדול, צפיפות וואט נמוכה ומשטח מלוטש מטפלים בגורם השורש של עכירות הקשורה למוצקים-. תהליך המפרט דורש את ריכוז המוצקים המרחפים, מאפייני החלקיקים, ממדי המיכל, שיטת הערבוב והספק הנדרש. עבור מתקנים עם מיכלי טיפול בשפכים מרובים, גישה ספציפית ליישום-מפחיתה התחממות יתר הקשורה להפקדות- ומרחיבה את המרווח בין הניקויים הנדרשים.
