اگر زمانی را صرف کار در تصفیه فاضلاب کرده اید - چه به عنوان اپراتور کارخانه، چه مهندس فرآیند، یا فردی که سیستم های فاضلاب شهری یا صنعتی را مدیریت می کند - می دانید که لخته سازی یکی از حیاتی ترین و اغلب دشوارترین مراحل در کل فرآیند تصفیه است. لخته سازی جایی است که ذرات ریز معلق (رسوب، باکتری ها، مواد آلی) شروع به جمع شدن در کنار هم می کنند و به لخته های بزرگتر و سنگین تری تبدیل می شوند که می توانند به راحتی در مراحل ته نشینی یا فیلتراسیون بعدی حذف شوند. هدف این است که لخته‌هایی به قدری متراکم ایجاد شود که سریع بنشینند، اما نه آنقدر بزرگ یا شکننده که قبل از جدا شدن از هم جدا شوند. با این حال، چیزی که بسیاری از اپراتورها همیشه روی آن تمرکز نمی کنند، این است که تجهیزات اختلاط مناسب می تواند این مرحله را ایجاد یا خراب کند و اینجاست که یک همزن فاضلاب ورودی جانبی وارد می شود.
من بیش از 12 سال در تجهیزات اختلاط صنعتی کار کرده‌ام، بنابراین به صدها کارخانه کمک کرده‌ام مشکلات لخته‌سازی را که به انتخاب سبک همزن اشتباه منجر می‌شد، عیب‌یابی کنند. در اوایل کارم، ماه‌ها مبارزه یک تصفیه خانه متوسط شهری را تماشا کردم: لخته‌های آنها یا برای ته نشین شدن خیلی کوچک بودند یا در زلال‌کننده از هم می‌پاشیدند که منجر به کدورت پساب بالاتر و هزینه‌های اضافی برای دوز مجدد شیمیایی می‌شد. تا زمانی که ما همزن های ورودی بالایی آنها را با یک همزن فاضلاب جانبی با اندازه مناسب جایگزین کردیم که راندمان لخته سازی آنها تنها در دو هفته 28 درصد افزایش یافت. این تجربه در من ماندگار شد، و به همین دلیل است که می‌خواهم دقیقاً چگونگی تأثیر این قطعه خاص بر لخته‌سازی را توضیح دهم و اینکه چرا اغلب انتخاب بهتری نسبت به سایر انواع همزن برای تصفیه فاضلاب است.
برای درک اینکه چگونه یک همزن ورودی جانبی بر لخته سازی تأثیر می گذارد، ابتدا باید به خاطر داشته باشید که لخته سازی به چه چیزی نیاز دارد: برش آهسته، ملایم و ثابت. بر خلاف انعقاد - که در آن از اختلاط سریع برای ایجاد میکروفلوک‌های کوچک استفاده می‌کنید - لخته‌سازی به اختلاط با سرعت پایین متکی است تا آن میکروفلوک‌ها را تشویق کند تا بدون شکستگی با هم برخورد کنند و به هم متصل شوند. برش بیش از حد (مانند یک همزن با سرعت بالا) از هم جدا می‌شود، در حالی که اختلاط کم باعث می‌شود ذرات هرگز به هم نرسند، بنابراین چیزی جز یک جریان فاضلاب کدر خواهید داشت. همزن های ورودی جانبی برای ایجاد تعادل کامل طراحی شده اند و در اینجا نحوه انجام آن آورده شده است.
ابتدا، همزن های ورودی جانبی به صورت افقی در کنار مخزن نصب می شوند، معمولاً 1/3 تا 1/2 قطر مخزن زیر سطح مایع. این قرارگیری یک الگوی جریان بزرگ و پایدار ایجاد می کند که کل حجم مخزن را بدون مناطق مرده به گردش در می آورد - چیزی که همزن های ورودی بالا و پایین اغلب در مخازن بزرگ با آن دست و پنجه نرم می کنند. مناطق مرده نقاطی هستند که در آن اختلاط بسیار ضعیف یا وجود ندارد، بنابراین ذرات فقط در آنجا می نشینند و هرگز لخته تشکیل نمی دهند. برای مخازن فاضلاب، که می توانند میلیون ها گالن را در خود جای دهند، این یک معامله بزرگ است. اگر مخزن هوادهی 50000 گالنی دارید که برای لخته سازی استفاده می شود، یک همزن با ورودی بالا تنها ممکن است ناحیه کوچکی را در اطراف پروانه پوشش دهد و لبه های مخزن را با اختلاط ضعیف باقی بگذارد. در مقابل، یک همزن ورودی جانبی، جریانی یکنواخت ایجاد می‌کند که در کل مخزن عبور می‌کند و اطمینان حاصل می‌کند که هر ذره فرصت برخورد را پیدا می‌کند.
بیایید آن را به رشته علم گره بزنیم. فاضلاب ترکیبی از اندازه ذرات، چگالی و بار است. برای تشکیل لخته‌ها، دو ذره باید به اندازه کافی به هم نزدیک شوند تا نیروهای واندروالس بتوانند آنها را به هم بکشند. این برخورد به دلیل جریان سیال ایجاد شده توسط همزن اتفاق می افتد. پروانه همزن با ورودی جانبی جریانی شعاعی ایجاد می کند که در امتداد دیواره مخزن حرکت می کند، سپس به سمت پایین منحنی می شود و به سمت مرکز برمی گردد و یک حلقه پیوسته ایجاد می کند. این نوع جریان، جریان محوری-شعاعی نامیده می‌شود و برای لخته‌سازی ایده‌آل است، زیرا ذرات را با سرعت ثابت و کم (معمولاً 20 تا 50 دور در دقیقه، بسته به اندازه مخزن) حرکت می‌دهد. همزن های با ورودی بالا، به خصوص برای مخازن بزرگ، اغلب دارای سرعت نوک بالاتری برای فشار دادن جریان به سمت پایین هستند که می تواند آشفتگی بیشتری نسبت به نیاز ایجاد کند، برش را افزایش داده و لخته های شکننده را بشکند.
یکی دیگر از مزایای کلیدی همزن‌های ورودی جانبی برای فاضلاب، توانایی آنها در کنترل حجم‌های متغیر مخزن است. بسیاری از تصفیه خانه ها دارای مخازن لخته سازی هستند که همیشه با ظرفیت پر نمی شوند - به عنوان مثال، در دوره های کم جریان ممکن است فقط 60٪ پر باشند. همزن های ورودی بالا که در بالای سطح مایع نصب شده اند، نمی توانند با تغییر ارتفاع مایع سازگار شوند، بنابراین وقتی مخزن نیمه پر است، پروانه تا حدی بالای آب قرار می گیرد که منجر به اختلاط ناهموار می شود. با این حال، همزن‌های ورودی جانبی کمتر از حداقل سطح مایع نصب می‌شوند، بنابراین بدون توجه به اینکه مخزن چقدر پر باشد، به طور مداوم کار می‌کنند. این قابلیت اطمینان به اندازه لخته ثابت ترجمه می شود، حتی زمانی که نرخ جریان فاضلاب تغییر می کند - چیزی که به طور فزاینده ای مهم است زیرا نیروگاه ها با جریان های ورودی متغیر ناشی از حوادث طوفان یا تخلیه های صنعتی برخورد می کنند.
اغلب مدیران کارخانه از من می پرسند: "چرا فقط از یک همزن مخزن بزرگ برای لخته سازی استفاده نکنیم؟" در حالی که همزن‌های مخزن بزرگ می‌توانند برای مخلوط کردن مواد شیمیایی یا معلق کردن جامدات کار کنند، مدل‌های ورودی جانبی برای نیازهای منحصربه‌فرد لخته‌سازی فاضلاب ساخته شده‌اند. فاضلاب یک سیال یکنواخت نیست، بلکه دارای مواد آلی، شن، چربی، روغن و گریس (FOG) است که همه اینها می توانند در طول زمان روی پروانه های همزن جمع شوند. طراحی پروانه یک همزن ورودی جانبی برای جلوگیری از رسوب، با تیغه های پهن و سطوح صاف که جامدات را به دام نمی اندازد، بهینه شده است. هنگامی که پروانه ها رسوب می کنند، جریان آنها مختل می شود و اختلاط ناهموار می شود که منجر به لخته سازی بد می شود. من دیده‌ام که گیاهان از همزن‌های مخزن بزرگ معمولی استفاده می‌کنند که در 30 روز رسوب می‌کنند و نیاز به تمیز کردن روزانه دارند، در حالی که همزن‌های فاضلاب جانبی می‌توانند بین تمیز کردن 6 تا 12 ماه فاصله داشته باشند و زمان خرابی و هزینه‌های نیروی کار را کاهش دهند.
بیایید در مورد بهره وری انرژی نیز صحبت کنیم، که یک نگرانی بزرگ برای تصفیه خانه های فاضلاب است - آنها برخی از انرژی برترین تاسیسات صنعتی در اطراف هستند که اختلاط آنها تا 30٪ از کل انرژی مصرفی کارخانه را تشکیل می دهد. همزن های ورودی جانبی کارآمدتر از همزن های ورودی بالا برای مخازن بزرگ هستند، زیرا از مسیر جریان افقی استفاده می کنند که به نیروی کمتری برای گردش کل مخزن نیاز دارد. یک همزن با ورودی جانبی برای یک مخزن لخته سازی 50000 گالن ممکن است از 15 اسب بخار استفاده کند، در حالی که یک همزن ورودی بالا برای یک مخزن می تواند برای رسیدن به همان سرعت جریان به 25 اسب بخار نیاز داشته باشد. مصرف انرژی کمتر فقط قبض انرژی را کاهش نمی دهد، بلکه محیط اختلاط پایدارتری را ایجاد می کند، زیرا همزن برای حرکت سیال به سختی کار نمی کند. برای لخته سازی، اختلاط پایدار کلیدی است. توان خروجی متغیر منجر به نرخ جریان متغیر می‌شود که می‌تواند باعث ایجاد ناهماهنگ لخته‌ها شود.
حال، بیایید به یک مثال واقعی برای ساختن این بتن بپردازیم. سال گذشته، من با یک کارخانه فرآوری مواد غذایی کار کردم که با زلال‌کننده فاضلاب اولیه خود مشکل داشت. این نیروگاه فاضلابی با مواد جامد معلق و مواد آلی تولید می‌کرد و همزن ورودی بالای آنها در مخزن لخته‌سازی آنقدر برش ایجاد می‌کرد که اندازه لخته‌ها تنها 20 تا 30 میکرون بود که برای ته نشین شدن بسیار کوچک بودند، بنابراین پساب آنها 120 NTU (نفلومتری کدورت بیش از 5 واحد محلی) داشت. ما واحد ورودی بالای آنها را با یک همزن فاضلاب ورودی جانبی جایگزین کردیم که اندازه آن با مخزن 40000 گالنی آنها مطابقت داشت. در عرض 10 روز، اندازه لخته آنها به 80 تا 100 میکرون افزایش یافت، سرریز زلال کننده آنها از ابری به شفاف تبدیل شد و کدورت آنها به 4 NTU کاهش یافت. آنها همچنین دوز پلیمر خود را تا 18 درصد کاهش دادند، زیرا اختلاط مداوم به این معنی بود که فلوکولانت (پلیمر) به طور یکنواخت توزیع شده است، بنابراین برای جبران مخلوط ناهموار نیازی به مواد شیمیایی اضافی نداشتند.
این مثال چیزی را که من به هر مشتری می گویم برجسته می کند: انتخاب تجهیزات اختلاط مناسب برای لخته سازی فقط مربوط به "اختلاط" نیست، بلکه در مورد کنترل برش و جریان برای مطابقت با ذراتی است که با آنها کار می کنید. برای فاضلاب که دارای طیف وسیعی از اندازه ذرات است و تمایل به آلودگی تجهیزات دارد، همزن های ورودی جانبی بهتر از مدل های ورودی بالا یا پایین هستند زیرا یکنواختی جریان، سرعت برش، مقاومت در برابر رسوب گیری و سازگاری با حجم مخزن را متعادل می کنند.
البته همه همزن های ورودی جانبی یکسان نیستند. هنگامی که به دنبال تجهیزاتی برای لخته سازی فاضلاب هستید، می خواهید واحدی که به طور خاص برای کاربردهای فاضلاب طراحی شده باشد، نه یک میکسر ورودی جانبی عمومی که برای مثلاً تولید مواد شیمیایی باشد. میکسرهای ورودی جانبی عمومی ممکن است مقاومت در برابر خوردگی لازم برای فاضلاب را نداشته باشند، یا طراحی پروانه آنها ممکن است برش بیش از حد ایجاد کند. به همین دلیل مهم است که با یک تامین کننده متخصص در اختلاط صنعتی برای تصفیه فاضلاب کار کنید. اگر در حال تحقیق در مورد گزینه‌ها هستید، طیف وسیعی از مدل‌های متناسب با اندازه‌های مخزن و نرخ جریان مختلف را خواهید یافت، از واحدهای فشرده برای کارخانه‌های کوچک شهری تا واحدهای مقیاس بزرگ برای تأسیسات صنعتی.
من می دانم که تعویض انواع همزن می تواند مانند یک سرمایه گذاری بزرگ به نظر برسد، به خصوص برای مدیران کارخانه که با بودجه های محدود سروکار دارند. اما داده ها از بازگشت سرمایه پشتیبانی می کنند. مطالعه‌ای در سال 2022 توسط فدراسیون محیط زیست آب (WEF) نشان داد که گیاهانی که برای لخته‌سازی به همزن‌های ورودی جانبی ارتقا یافته‌اند، به طور متوسط 22 درصد کاهش کدورت پساب، 15 درصد مصرف پلیمر کمتر و 10 درصد مصرف انرژی کمتر برای اختلاط مشاهده می‌کنند. این صرفه جویی ها به سرعت افزایش می یابد - برای یک کارخانه با مخزن لخته سازی 1 میلیون گالن، که ده ها هزار دلار در سال هزینه های شیمیایی و انرژی کمتر، به علاوه زمان توقف کمتر برای تعمیر و نگهداری است.
بگذارید این را جمع بندی کنم. لخته سازی فرآیندی ظریف است که به اختلاط مداوم و کم برش برای تشکیل لخته های بزرگ و قابل ته نشینی بستگی دارد. یک همزن فاضلاب ورودی جانبی با ایجاد یک الگوی جریان یکنواخت در کل مخزن، انطباق با سطوح متغیر مایع، مقاومت در برابر رسوب و استفاده موثرتر از انرژی نسبت به سایر انواع همزن، این کار را انجام می دهد. واحد ورودی سمت راست نه تنها لخته سازی را بهبود می بخشد، بلکه هزینه های عملیاتی را کاهش می دهد، خطرات انطباق را کاهش می دهد و طول عمر تجهیزات را افزایش می دهد.
اگر به دنبال ارتقای فرآیند لخته سازی خود هستید، یا اگر با مسائلی مانند لخته های کوچک، کدورت بالا یا تمیز کردن مکرر تجهیزات دست و پنجه نرم می کنید، توصیه می کنم گزینه هایی را که به طور خاص برای نیازهای شما طراحی شده اند را بررسی کنید. چه در حال مدیریت یک کارخانه کوچک شهری یا یک تأسیسات صنعتی بزرگ باشید، انتخاب تجهیزات اختلاط مناسب اولین قدم برای درمان بهتر و هزینه های کمتر است. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد اینکه چگونه همزن های ورودی جانبی می توانند برای فرآیند لخته سازی شما کار کنند، در تماس با ما دریغ نکنید.
مراجع:
- فدراسیون محیط زیست آب (2022). فناوری های اختلاط برای لخته سازی فاضلاب: تحلیل عملکرد و هزینه. WEF Press، اسکندریه، VA.
- بارنز، دی، و بلیس، پی جی (2019). تصفیه فاضلاب: اصول و تمرین (ویرایش پنجم). انتشارات IWA، لندن.
- آلمانی، RM (2020). اختلاط در فرآیندهای لخته سازی: نرخ های برشی و الگوهای جریان. مجله مهندسی محیط زیست، 146(8)، 04020067.
- متکالف و ادی. (2014). مهندسی فاضلاب: تصفیه و بازیابی منابع (ویرایش پنجم). آموزش مک گراو-هیل، نیویورک.
[متن پیوند: همزن های ورودی جانبی صنعتی] در /industrial-mixing-equipment/side-entry-agitator/industrial-side-entry-agitators.html
[متن پیوند: همزن مخزن بزرگ] در /industrial-mixing-equipment/side-entry-agitator/large-tank-agitator.html
[متن پیوند: میکسرهای مخزن ورودی جانبی] در /industrial-mixing-equipment/side-entry-agitator/side-entry-tank-mixers.html
[متن پیوند: Side-Entry Mixer] در /industrial-mixing-equipment/side-entry-Agitator/side-entry-mixer.html
[متن پیوند: همزن‌های میکسرهای صنعتی ورودی جانبی] در /تجهیزات-مخلوط-صنعتی/همزن-ورودی-همزن/مخلوط‌کننده-مخلوط‌کننده‌های-صنعتی.html
