La séparation par sédimentation, en tant qu'opération unitaire, est utilisée depuis longtemps dans le contrôle du traitement de l'eau et constitue une technologie de traitement de l'eau relativement pratique. Pour améliorer l'effet de séparation par sédimentation, des plaques inclinées ou des tubes inclinés sont souvent installés dans la zone de décantation pendant l'utilisation, de sorte que le principe de la couche peu profonde puisse être appliqué, profitant d'une grande surface et d'une efficacité de séparation élevée. Cependant, les problèmes qui surviennent lors de l’application ont rarement retenu l’attention. Cet article se concentre sur l'analyse des problèmes clés qui apparaissent lors de l'application et propose des solutions correspondantes pour référence.
1. PROBLÈMES SURVENUS LORS DE L'APPLICATION DES DÉCANTEURS À TUBES INCLINÉS
Si la distribution de l'eau à l'entrée du décanteur à tube incliné n'est pas uniforme, de graves turbulences se produiront dans le mouvement du liquide près de l'entrée. Ceci provoque une vitesse d'écoulement locale extrêmement élevée à l'entrée, faisant remonter les boues précédemment déposées sur les tubes inclinés.
La situation interne d'un décanteur à tube incliné en fonctionnement normal est illustrée à la figure 1.
De la figure 1, on peut voir que l’écoulement de l’eau et l’écoulement des boues ont chacun leurs propres chemins. Si le fonctionnement normal se poursuit pendant une longue période, le mouvement du flux de boues est fondamentalement proche de l'équilibre dynamique :
à l'heure actuelle, l'efficacité d'élimination des SS des eaux usées est bonne.
Cependant, si la répartition du débit à l'entrée n'est pas suffisamment uniforme, la vitesse d'écoulement à certaines entrées de tube devient trop élevée, provoquant de graves turbulences et une détérioration de la qualité de l'effluent.
2. ANALYSE EN MÉCANIQUE DES FLUIDES DU PROBLÈME
Pendant tout le processus défavorable, le fluide présentera la situation illustrée à la figure 2.
Les raisons du phénomène ci-dessus sont analysées sous les aspects suivants.
2.1 Analyse hydraulique de la situation défavorable
En fait, l'écoulement ascendant et descendant de l'eau et des boues dans les tubes inclinés peut être considéré comme un phénomène approximatif de fluidisation. Supposons que v soit la vitesse superficielle de l'eau à travers les tubes, u₁ soit la vitesse réelle de l'eau à travers les particules de boue et ε soit la fraction de vide (de la couche de particules de boue). Alors u₁=v/ε, comme le montre la figure 3.
Si la fraction vide des matières en suspension est faible, la vitesse réelle de l’eau à travers la couche de particules est relativement élevée. Si la vitesse de sédimentation des particules est connue comme une valeur fixe uensemble, selon la théorie des différentes étapes de fluidisation, lorsque la vitesse réelle de l'eau à travers la couche de particules u₁=uensemble, l'état fluidisé est dans un étage en lit fixe avec une fraction de vides stable ε. Quand u₁ > toiensemble, la fraction de vide d'origine ε est cassée, provoquant une augmentation de la fraction de vide. Pour un décanteur à tube incliné, cela signifie que les particules montent, réduisant ainsi l'efficacité de la séparation.
2.2 Analyse des différentes vitesses de décantation des particules de boues remises en suspension dans divers états
Les particules de boue remises en suspension se présentent sous la forme de ① particules individuelles et de ② amas de particules de différentes tailles (avec une fraction de vide ε'). D'après la formule de la vitesse de sédimentation pour les particules individuelles dans la région de la loi de Stokes :
Pour la vitesse de sédimentation des amas de particules, selon la relation empirique de Steinour :
où:
vt, groupe- vitesse de sédimentation des amas de particules, m/s ;
t - temps de stabilisation, s ;
g - accélération gravitationnelle, m/s² ;
ρs, ρL- densité des particules et du liquide, kg/m³ ;
Dp- diamètre des particules, m ;
μ - coefficient de viscosité dynamique, kg/(m·s) ;
ε - fraction vide.
Puisque 0 < ε² < 1 et 0 < 10-1.82(1-ε)< 1, il s'ensuit que ε²·10-1.82(1-ε)< 1, donc vt, groupe
Selon la théorie de la sédimentation et la preuve ci-dessus, après avoir été remis en suspension, les amas de particules sont moins susceptibles de se déposer, c'est-à-dire qu'ils sont plus facilement emportés par le débit d'eau, réduisant ainsi l'efficacité de la sédimentation.
2.3 Caractéristiques d'écoulement à l'état défavorable
Lorsque la situation défavorable illustrée à la figure 2 se produit, en regardant la surface de l'eau du décanteur, la répartition du débit apparaît comme sur la figure 4.
Comme le montre la figure 4, trois zones apparaissent à la surface de l'eau : ① une zone relativement calme, ② une zone de transition et ③ une zone de turbulences sévères. Dans la zone de turbulences sévères, dans les cas graves, la surface de l'eau peut même se gonfler en petits arcs courbes. La concentration de MES ici est extrêmement élevée, presque la même que celle de l'influent.
2.4 Résultats des tests sur site-après correction sur la base de l'analyse ci-dessus
Dans un certain projet de traitement des eaux usées, en raison du problème ci-dessus, l'effluent était plutôt trouble. Après analyse hydraulique et correction technique pour uniformiser la répartition de l'eau, le phénomène de remontée de flocs n'apparaissait plus dans l'effluent. Les résultats des tests sont présentés dans le tableau 1.
Tableau 1 : Résultats des tests CODcr des eaux usées d'une certaine usine
| Lot d'échantillons d'eau | DCOcr/(mg·L⁻¹) influent | DCO des effluents/(mg·L⁻¹) | Taux de suppression/% |
| 1 | 1272 | 261 | 79.5 |
| 2 | 1153 | 245 | 78.7 |
Le tableau 1 montre qu’après correction et répartition uniforme de l’eau, le taux d’élimination de la CODcr a atteint un niveau relativement élevé.
3. PLUSIEURS POINTS À NOTER POUR LES DÉCANTEURS À TUBES INCLINÉS
3.1 Analyse de différentes particules
Pour différentes particules, telles que la sédimentation du sable, la sédimentation du flocage des eaux usées d'impression et de teinture et la sédimentation de la boue de charbon, en raison des différences de densité, de forme et de fraction de vide des particules, il existe des différences de sédimentation. Les particules de sable ont une densité relativement élevée et une petite taille, elles se déposent donc rapidement. Les flocs provenant des eaux usées d'impression et de teinture ont une densité relativement faible, proche de l'eau, une forme large et une fraction de vide élevée, ils se déposent donc lentement. Le coulis de charbon se situe entre les deux. Par conséquent, pour la sédimentation du sable, l’influence des fluctuations de débit est relativement faible, tandis que pour les eaux usées d’impression et de teinture, l’influence des fluctuations de débit est relativement importante. Ainsi, différentes particules ont des exigences différentes en matière de distribution du flux. Pour les eaux usées d’impression et de teinture, la répartition du débit à l’entrée doit être relativement uniforme.
3.2 Les décanteurs à tubes inclinés nécessitent une distribution d'eau plus uniforme
Étant donné que des tubes inclinés (généralement 35 mm, 50 mm de diamètre) sont placés dans le décanteur, lorsque la répartition hydraulique sous les tubes n'est pas uniforme, en raison de ν=Q/A, la vitesse d'écoulement devient trop élevée dans certains tubes, provoquant une augmentation des flocs, entraînant une qualité d'effluent encore pire que celle sans tubes. Par conséquent, la répartition de l’eau dans les décanteurs à tubes inclinés doit être plus uniforme que dans les bassins de décantation ordinaires.
3.3 Le sens d'installation des tubes inclinés doit être opposé au sens d'entrée
Le processus par lequel l'eau pénètre dans le décanteur à partir du tuyau d'entrée implique un élargissement soudain de la section transversale d'écoulement-. Le flux subit donc un bref changement. Pour éviter ce changement, le sens d'installation des tubes inclinés doit être opposé au sens d'entrée. Cela peut atténuer l’impact du changement soudain de débit sur l’efficacité de sédimentation des flocs.