In der Wasseraufbereitungstechnik erfordern Einheitsprozesse wie Koagulationstanks, Flockungstanks und Enthärtungsreaktionstanks eine extrem hohe Gleichmäßigkeit der Wassermischung. Traditionell wird das Mischen durch den Einbau mechanischer Rührwerke erreicht. Angesichts der steigenden Energiekosten und der Umsetzung von „dual-CO2-Richtlinien versuchen jedoch immer mehr Projekte, mechanisches Rühren durch Druckluft zu ersetzen, um Energieeinsparungs- und Emissionsreduzierungsziele zu erreichen. In diesem Artikel werden die Prinzipien, Berechnungsmethoden und der Anwendungswert der pneumatischen Mischtechnologie für Wasseraufbereitungsfachleute erläutert.
I. Schmerzpunkte der traditionellen mechanischen Bewegung
Bei herkömmlichen Wasseraufbereitungsprozessen werden Paddel- oder Rahmenrührwerke typischerweise in Mischtanks, Flockungstanks und Enthärtungsreaktionstanks installiert. Der Motor treibt die Paddel in Rotation, erzeugt Wirbel und Scherkräfte im Wasser und fördert so eine gründliche Vermischung von Chemikalien und Rohwasser. Allerdings bringt die mechanische Bewegung folgende Probleme mit sich:
1. Hoher Energieverbrauch
In großen Kläranlagen liegt die Leistung mechanischer Rührwerke in der Regel zwischen 2 und 15 kW, bei langen Betriebszeiten und einem hohen jährlichen Stromverbrauch.
2. Hohe Wartungskosten
Rührwerke umfassen mehrere leicht beschädigte Komponenten wie Motoren, Untersetzungsgetriebe, Kupplungen und Laufräder. Die tägliche Wartung und der Austausch von Teilen sind zeit{{1}aufwändig und arbeitsintensiv-.
3. Ungleichmäßiges Strömungsfeld im Tank
In einigen unregelmäßig geformten Tanks oder großvolumigen Reaktionstanks entstehen durch mechanisches Rühren leicht „tote Zonen“, was zu unbefriedigenden Mischeffekten führt.
Daher ist die Suche nach effizienteren und energiesparenderen Rührtechnologien zu einem Trend geworden.
II. Prinzip der Druckluftbewegung
Druckluftrührung ist eine Technologie, die Blasen erzeugt, indem Druckluft in den Boden oder die Wände des Tanks eingeleitet wird. Wenn die Luftblasen im Wasser aufsteigen, erzeugen sie einen nach oben gerichteten Luftstrom und treiben gleichzeitig das umgebende Wasser an, so dass eine zirkulierende Strömung entsteht. Im Vergleich zum mechanischen Rühren bietet das pneumatische Rühren mehrere wesentliche Vorteile: (1) Energieeinsparung und geringerer Verbrauch; Es ist nicht erforderlich, ein leistungsstarkes Rührwerk zu installieren, es wird nur ein einziger Luftkompressor für die zentrale Luftversorgung benötigt. (2) Kein mechanischer Verschleiß; praktisch keine Wartung erforderlich; (3) Gleichmäßigeres Strömungsfeld; vernünftige Blasenverteilung vermeidet „tote Zonen“; (4) Hat auch eine Belüftungsfunktion; In einigen Prozessen kann es dazu beitragen, den gelösten Sauerstoff zu erhöhen. III. Berechnung des Luftvolumens Viele Projekte beinhalten diese Art von Modifikation, oft jedoch ohne jede wissenschaftliche Grundlage, wodurch willkürlich ein Luftzufuhrrohr in den Pool angeschlossen wird, was zu einer unbefriedigenden Leistung führt.
III. Berechnung des Luftvolumens
Bei vielen Projekten handelt es sich um Modifikationen dieser Art, oft jedoch ohne jede wissenschaftliche Grundlage, bei denen ein Luftquellenrohr willkürlich in den Tank eingeführt wird, was zu einer unbefriedigenden Leistung führt.
Die für die Belüftung und Durchmischung erforderliche Luftmenge kann mit der folgenden Formel berechnet werden.
In der Formel: Qa ist der Luftdurchsatz, der für die Belüftung und Mischung unter Standardbedingungen erforderlich ist, m³/min; Pt ist die Wellenleistung des ursprünglichen Rührwerks, kW, die als 0,75–0,90 der Motorleistung angenommen werden kann; h ist die Wassertiefe am Luftverteilungseinlass, m.
Der zum Belüften und Mischen erforderliche Luftdruck (Überdruck) kann mit der folgenden Formel berechnet werden.
In der Formel: pc ist der Luftdruck (Überdruck), der zum Belüften und Mischen erforderlich ist, kPa; Δph ist der statische Druck in der Wassertiefe, kPa, Δph=9.81 × h; Δpf ist der Druckverlust entlang der Rohrleitung und an lokalen Punkten, kPa, der berechnet werden kann, indem auf den entsprechenden Inhalt im Artikel „Methoden zur Bestimmung der Leistung und des Drucks von Belüftungsgebläsen“ auf diesem öffentlichen Konto über den Link am Ende dieses Artikels verwiesen wird; Δpd ist der Druckverlust der Luftverteilerhöhe, kPa, der beim Hersteller erfragt werden kann und im Allgemeinen 3 bis 15 kPa beträgt.
IV. Designüberlegungen zum pneumatischen Mischen
1. Blasendurchmesser und Anstiegsgeschwindigkeit
Laut Literatur beträgt der Blasendurchmesser üblicherweise etwa 5 mm und das Luftvolumen macht im Allgemeinen 10 % der Flüssigkeitsströmungsrate aus. Je kleiner der Blasendurchmesser, desto langsamer ist die Anstiegsgeschwindigkeit und desto besser ist der Flüssigkeitsbewegungseffekt, aber der Energieverbrauch der Druckluft ist etwas höher; Wenn der Blasendurchmesser zu groß ist, verringert sich die Mischeffizienz.
2. Rohrleitungs- und Luftverteilungsgerät
Die Luftverteilungsköpfe sollten gleichmäßig verteilt sein, häufig werden poröse Rohre oder mikroporöse Belüftungsköpfe verwendet. Durch die Konstruktion muss sichergestellt werden, dass die Blasen gleichmäßig im Tank verteilt werden, um lokale „Kurzschlüsse“ zu vermeiden.
3. Hydraulische Eigenschaften des Pools
Bei tiefen Becken erleiden Luftblasen beim Aufstieg größere Verluste und benötigen daher Druckluft mit höherem -Druck.
Zusammenfassung
Im Kontext des „dualen Kohlenstoffs“ (Kohlendioxid, Kohlenstoffbindung und Kohlenstoffemissionen) bietet die Druckluftrührtechnologie Wasseraufbereitungsanlagen eine hocheffiziente, energiesparende und wartungsarme Mischmethode. Durch die rationale Berechnung von Luftverbrauch und -druck, die Optimierung des Luftverteilungsdesigns und die Kontrolle der Blasengröße kann eine gleichmäßigere Vermischung als durch mechanisches Rühren erreicht werden, während gleichzeitig die Betriebskosten erheblich gesenkt werden. Mit der Entwicklung intelligenter Steuerungssysteme wird erwartet, dass das pneumatische Mischen in Zukunft mit der Online-Überwachung der Wasserqualität verknüpft wird, was eine bedarfsgerechte Luftversorgung und dynamische Energieeinsparungen ermöglicht und ein großes Anwendungspotenzial in der kommunalen Wasseraufbereitung, im industriellen Umlaufwasser und bei chemischen Reaktionen zeigt.
