Một nhà máy xử lý nước thải hoàn thiện bằng kim loại đã thay thế lò sưởi ngâm PTFE 6 kW chỉ sau năm tháng. Máy sưởi đã được lắp đặt trong một bể cân bằng 15.000-lít tiếp nhận nước rửa từ các dây chuyền mạ, phốt phát và anodizing. Bể chứa 3–5% chất rắn lơ lửng - hydroxit kim loại, kết tủa canxi photphat và sạn cặn mang theo. Bề mặt lò sưởi xuất hiện một lớp lắng đọng dày, không đồng đều với các hạt bám vào. Điện trở cách điện đã giảm xuống dưới 20 MΩ.
Nước thải có hàm lượng chất rắn cao-về cơ bản khác với bể mạ sạch. Chất lỏng không phải là dung dịch-nó là chất huyền phù. Các hạt rắn lắng xuống, lắng đọng và tích tụ trên các bề mặt được làm nóng. Các nhu cầu về nhiệt và cơ học đối với lò sưởi ngâm PTFE trong môi trường này đòi hỏi một phương pháp thiết kế có tính đến nồng độ chất rắn, sự phân bố kích thước hạt, tốc độ lắng và phương pháp làm sạch có sẵn tại nhà máy.
Tại sao chất rắn lơ lửng làm thay đổi phương trình truyền nhiệt
Các hạt lơ lửng ảnh hưởng đến sự truyền nhiệt theo hai cách. Đầu tiên, chúng làm tăng độ nhớt hiệu quả của chất lỏng, làm dày lớp ranh giới nhiệt ở bề mặt gia nhiệt. Thứ hai, chúng lắng đọng trực tiếp trên lò sưởi, tạo thành một lớp xốp, không đồng đều giúp tăng thêm khả năng chịu nhiệt và tạo ra các điểm nóng cục bộ bên dưới lớp cặn dày hơn.
Tốc độ lắng đọng phụ thuộc vào nồng độ hạt, tốc độ dòng chảy tại bộ gia nhiệt và chênh lệch nhiệt độ giữa bộ gia nhiệt và chất lỏng khối. Nhiệt độ bề mặt nóng cao làm tăng sự lắng đọng bằng cách thúc đẩy sự kết tủa của các chất hòa tan và làm cho các hạt bám chặt hơn vào bề mặt nóng.
| Nồng độ chất rắn lơ lửng | Độ nhớt tương đối | Tỷ lệ lắng đọng trên lò sưởi | Thời gian đến 2 mm | Mật độ Watt an toàn |
|---|---|---|---|---|
| <0.1% (clean water) | 1.0× | Rất thấp | >12 tháng | 1,5–2,0 W/cm2 |
| 0,5–1,0% (chất rắn nhẹ) | 1.1–1.3× | Thấp | 6–10 tháng | 1,2–1,4 W/cm2 |
| 2–3% (chất rắn vừa phải) | 1.3–1.8× | Vừa phải | 3–5 tháng | 0,9–1,1 W/cm2 |
| 4–6% (chất rắn nặng) | 1.8–2.5× | Cao | 6–10 tuần | 0,6–0,8 W/cm2 |
Tỷ lệ lắng đọng từ bể xử lý nước thải tiếp nhận nước rửa mạ và phốt phát hỗn hợp
Gắn dọc và ngang trong dịch vụ chất rắn-cao
Hướng gia nhiệt xác định xem chất rắn lắng xuống bề mặt hay trượt ra. Lò sưởi được gắn theo chiều ngang có bề mặt-lớn hướng lên trên, nơi các hạt tích tụ do trọng lực. Lớp trầm tích phát triển từ trên xuống và sự tích tụ dày nhất xảy ra ở bề mặt phía trên, nơi dòng chảy yếu nhất.
Máy sưởi được gắn theo chiều dọc có tiết diện ngang nhỏ hơn{0}}. Các chất rắn lắng đọng trên mặt bích hoặc trên các bộ phận hỗ trợ nằm ngang không bao phủ toàn bộ bề mặt được gia nhiệt. Bề mặt của bộ gia nhiệt thẳng đứng chủ yếu trải qua quá trình lắng đọng do lực cắt-điều khiển thay vì lắng đọng do trọng lực. Dữ liệu thực địa từ các bể chứa nước thải cho thấy rằng các máy sưởi được lắp theo chiều dọc tích tụ cặn lắng ít hơn 40–60% trong cùng thời gian vận hành so với các thiết bị nằm ngang.
| Hướng lắp đặt | Tích lũy tiền gửi | Tần suất làm sạch | Ứng dụng tốt nhất |
|---|---|---|---|
| Ngang, hướng lên trên{0}} | Cao | Thường xuyên | Không được đề xuất |
| Ngang, hướng xuống{0}} | Vừa phải | Vừa phải | Không gian hạn chế |
| Dọc, song song với dòng chảy | Thấp | không thường xuyên | Hầu hết các ứng dụng |
| Thẳng đứng, vuông góc với dòng chảy | Vừa phải | Vừa phải | Bể-có lưu lượng cao |
Định hướng lắp đặt và ảnh hưởng của nó đến sự tích lũy tiền gửi
Hiệu ứng hình học bề mặt và lò sưởi
Bề mặt PTFE nhẵn, được đánh bóng làm giảm cường độ bám dính của chất rắn lắng đọng. Các hạt có khả năng liên kết bền chặt với bề mặt gồ ghề sẽ trượt ra dễ dàng hơn khi tốc độ dòng chảy tăng trong quá trình trộn hoặc làm sạch bể. Bề mặt được đánh bóng kéo dài khoảng thời gian làm sạch thêm 30–50% trong dịch vụ có hàm lượng chất rắn-cao so với bề mặt hoàn thiện tiêu chuẩn.
Đường kính lò sưởi cũng có vấn đề. Vỏ bọc có đường kính-lớn hơn có tỷ lệ diện tích-trên-bề mặt thấp hơn, điều này làm giảm tổng diện tích bề mặt có sẵn để lắng đọng trên mỗi đơn vị năng lượng được cung cấp. Nhưng đường kính lớn hơn cũng có nghĩa là diện tích bề mặt ít hơn trong một chiều dài nhất định, đòi hỏi bộ gia nhiệt dài hơn hoặc mật độ watt cao hơn để đạt được cùng một công suất.
Chiến lược khuấy trộn và làm sạch chất rắn-Bể chứa đầy
Việc trộn tốc độ cao-không liên tục sẽ hiệu quả hơn so với việc khuấy liên tục-ở mức độ thấp đối với dịch vụ chất rắn-cao. Định kỳ tăng tốc độ dòng chảy ở bộ gia nhiệt lên 0,5–0,8 m/s sẽ loại bỏ các cặn bám lỏng lẻo trước khi chúng cứng lại thành một lớp bền. Bạn có thể đạt được điều này bằng bộ điều chỉnh-bộ hẹn giờ hoặc máy bơm trộn chuyên dụng có chu kỳ hoạt động trong 5–10 phút mỗi giờ.
Làm sạch bằng hóa chất tại chỗ đòi hỏi phải có dung dịch làm sạch có khả năng hòa tan thành phần cặn cụ thể. Cân hydroxit kim loại phản ứng với axit loãng. Sự tích tụ canxi photphat cần có chất chelat hoặc ngâm axit nhẹ. Lịch làm sạch dựa trên kết quả kiểm tra-không phải lịch cố định-ngăn chặn cặn bám đạt đến độ dày khiến nhiệt độ bề mặt lò sưởi rơi vào phạm vi xuống cấp.
| Phương pháp làm sạch | Hiệu quả trên Hydroxit kim loại | Hiệu quả trên cân Phốt phát | Rủi ro đối với PTFE | Khoảng thời gian được đề xuất |
|---|---|---|---|---|
| HCl loãng tuần hoàn | Cao | Vừa phải | Thấp | 4–8 tuần |
| Ngâm axit sunfamic | Vừa phải | Cao | Thấp | 6–10 tuần |
| thải sắt EDTA | Vừa phải | Cao | Thấp | 8–12 tuần |
| Tia nước áp suất cao- | Cao | Vừa phải | Vừa phải | 8–12 tuần |
| Đánh răng cơ học | Cao | Cao | Cao | Không được đề xuất |
Đề xuất phương pháp làm sạch từ các cơ sở xử lý nước thải bằng lò sưởi ngâm PTFE
Các bước đặc tả thực tế đối với nước thải có chất rắn-cao
Bắt đầu với đặc tính của chất rắn. Tổng nồng độ chất rắn lơ lửng, phân bố kích thước hạt và thành phần khoáng chất quyết định tốc độ lắng đọng và phương pháp làm sạch cần thiết. Một phân tích trọng lượng đơn giản và việc xem xét quá trình hóa học trước đây sẽ cung cấp hầu hết các thông tin cần thiết.
Chọn mật độ watt từ nồng độ chất rắn thực tế. Đối với 2–3% chất rắn lơ lửng, giới hạn 0,9–1,1 W/cm2 là phù hợp. Trên 4% chất rắn, giảm xuống còn 0,6–0,8 W/cm2. Các giá trị này giả định việc gắn theo chiều dọc và trộn tốc độ cao theo định kỳ. Gắn ngang yêu cầu giảm thêm 20–30%.
Chỉ định bề mặt lò sưởi được đánh bóng. Chi phí bổ sung rất khiêm tốn và thời gian làm sạch được kéo dài đáng kể. Xác minh rằng bể có đủ độ sâu để lắp thẳng đứng với lớp chất lỏng phủ ít nhất 75 mm phía trên phần được làm nóng. Nếu độ sâu không đủ, hãy xem xét nhiều máy sưởi ngắn hơn thay vì một bộ phận dài.
Cài đặt tính năng giám sát dòng chảy và ngắt-nhiệt độ cao. Trong dịch vụ có hàm lượng chất rắn-cao, bộ lọc bị tắc hoặc bơm trộn bị hỏng có thể làm giảm tốc độ dòng chảy xuống dưới ngưỡng an toàn trong vòng vài giờ. Một công tắc dòng chảy và giới hạn nhiệt độ bề mặt bộ sưởi ở mức 15–20 độ so với nhiệt độ hoạt động bình thường giúp bảo vệ chống lại hiện tượng quá nhiệt nhanh chóng sau khi mất dòng chảy.
Khi máy sưởi tiêu chuẩn không thể chứa được tải chất rắn
Bể xử lý nước thải có nồng độ chất rắn cao và không gian ngoại vi hạn chế thường không thể chứa được bộ gia nhiệt ngâm PTFE tiêu chuẩn ở mật độ watt để ngăn chặn sự tắc nghẽn nhanh chóng. Công suất 6 kW ở mức 0,8 W/cm2 cần có bề mặt bộ sưởi rộng hơn 7.500 cm²-so với diện tích bề mặt của bộ sưởi đơn lẻ cung cấp trong phạm vi kích thước bình chứa thông thường.
Cấu hình lò sưởi ngâm PTFE tùy chỉnh có diện tích bề mặt lớn, mật độ watt thấp và bề mặt được đánh bóng giải quyết tận gốc nguyên nhân gây ra hiện tượng bám bẩn liên quan đến chất rắn. Quá trình đặc điểm kỹ thuật yêu cầu nồng độ chất rắn lơ lửng, đặc tính hạt, kích thước bể, phương pháp trộn và công suất yêu cầu. Đối với các cơ sở có nhiều bể xử lý nước thải, phương pháp tiếp cận-dành riêng cho ứng dụng này giúp giảm hiện tượng quá nhiệt liên quan đến cặn-và kéo dài khoảng thời gian giữa các lần vệ sinh cần thiết.
