En la ingeniería de tratamiento de agua, los procesos unitarios como los tanques de coagulación, los tanques de floculación y los tanques de reacción de ablandamiento requieren una uniformidad extremadamente alta en la mezcla del agua. Tradicionalmente, la mezcla se consigue instalando agitadores mecánicos. Sin embargo, con los crecientes costos de la energía y la implementación de políticas de "carbono dual-", cada vez más proyectos están comenzando a intentar reemplazar la agitación mecánica con aire comprimido para lograr objetivos de conservación de energía y reducción de emisiones. Este artículo comparte los principios, métodos de cálculo y valor de aplicación de la tecnología de mezcla neumática para profesionales del tratamiento de agua.
I. Puntos débiles de la agitación mecánica tradicional
En los procesos de tratamiento de agua convencionales, los agitadores de paletas o de marco generalmente se instalan en tanques de mezcla, tanques de floculación y tanques de reacción de ablandamiento. El motor hace girar las paletas, creando vórtices y cizallamiento en el agua, promoviendo así una mezcla completa de productos químicos y agua cruda. Sin embargo, la agitación mecánica tiene los siguientes problemas:
1. Alto consumo de energía
En las plantas de tratamiento de aguas residuales-a gran escala, la potencia de los agitadores mecánicos suele oscilar entre 2 y 15 kW, con largos tiempos de funcionamiento y un alto consumo anual de energía.
2. Altos costos de mantenimiento
Los agitadores involucran múltiples componentes que se dañan fácilmente, como motores, reductores, acoplamientos e impulsores. El mantenimiento diario y el reemplazo de piezas requieren mucho tiempo-y mano de obra-.
3. Campo de flujo desigual en el tanque
En algunos tanques de forma irregular o tanques de reacción de gran-volumen, la agitación mecánica crea fácilmente "zonas muertas", lo que produce efectos de mezcla insatisfactorios.
Por lo tanto, encontrar tecnologías de agitación más eficientes y que ahorren{0}}energía se ha convertido en una tendencia.
II. Principio de agitación por aire comprimido
La agitación por aire comprimido es una tecnología que genera burbujas al introducir aire comprimido en el fondo o las paredes del tanque. A medida que las burbujas de aire suben en el agua, generan un flujo de aire ascendente, impulsando simultáneamente el agua circundante para formar un flujo circulante. En comparación con la agitación mecánica, la agitación neumática tiene varias ventajas importantes: (1) Ahorro de energía y consumo reducido; no es necesario instalar un agitador de alta-potencia, solo se necesita un compresor de aire para el suministro de aire centralizado; (2) Sin desgaste mecánico; prácticamente no requiere mantenimiento; (3) Campo de flujo más uniforme; una distribución razonable de las burbujas evita las "zonas muertas"; (4) También tiene una función de aireación; en algunos procesos, puede ayudar a aumentar el oxígeno disuelto. III. Cálculo del volumen de aire Muchos proyectos implican este tipo de modificación, pero a menudo sin ninguna base científica, conectando arbitrariamente una tubería de suministro de aire a la piscina, lo que resulta en un rendimiento insatisfactorio.
III. Cálculo del volumen de aire
Muchos proyectos implican este tipo de modificación, pero a menudo sin ninguna base científica, conectando arbitrariamente una tubería de fuente de aire al tanque, lo que resulta en un rendimiento insatisfactorio.
El volumen de aire necesario para la aireación y la mezcla se puede calcular utilizando la siguiente fórmula.
En la fórmula: Qa es el caudal de aire necesario para la aireación y la mezcla en condiciones estándar, m³/min; Pt es la potencia del eje del agitador original, kW, que puede tomarse como 0,75~0,90 de la potencia del motor; h es la profundidad del agua en la entrada de distribución de aire, m.
La presión de aire (presión manométrica) necesaria para la aireación y la mezcla se puede calcular utilizando la siguiente fórmula.
En la fórmula: pc es la presión del aire (presión manométrica) necesaria para la aireación y el mezclado, kPa; Δph es la presión estática a la profundidad del agua, kPa, Δph=9.81 × h; Δpf es la pérdida de presión a lo largo de la tubería y en puntos locales, kPa, que se puede calcular consultando el contenido relevante del artículo "Métodos para determinar la potencia y la presión de los sopladores de aireación" en esta cuenta pública a través del enlace al final de este artículo; Δpd es la pérdida de presión del cabezal de distribución de aire, kPa, que se puede consultar con el fabricante y generalmente es de 3~15 kPa.
IV. Consideraciones de diseño para mezcla neumática
1. Diámetro de la burbuja y velocidad ascendente
Según la literatura, el diámetro de la burbuja suele ser de unos 5 mm y el volumen de aire suele representar el 10% del caudal del líquido. Cuanto menor es el diámetro de la burbuja, más lenta es la velocidad de aumento y mejor es el efecto de agitación del líquido, pero el consumo de energía del aire comprimido es ligeramente mayor; Si el diámetro de la burbuja es demasiado grande, se reducirá la eficiencia de la mezcla.
2. Dispositivo de distribución de aire y tuberías
Los cabezales de distribución de aire deben estar distribuidos uniformemente y habitualmente se utilizan tuberías porosas o cabezales de aireación microporosos. El diseño debe garantizar que las burbujas se distribuyan uniformemente en el tanque para evitar "cortocircuitos" locales.
3. Características hidráulicas de la piscina
En el caso de las piscinas profundas, las burbujas de aire sufren mayores pérdidas durante el ascenso, por lo que requieren mayor-aire comprimido a presión.
Resumen
En el contexto del "carbono dual" (dióxido de carbono, secuestro de carbono y emisiones de carbono), la tecnología de agitación por aire comprimido ofrece a las plantas de tratamiento de agua un método de mezcla altamente eficiente,{0}}que ahorra energía y tiene bajo-mantenimiento. Al calcular racionalmente el consumo de aire y la presión, optimizar el diseño de distribución de aire y controlar el tamaño de las burbujas, se puede lograr una mezcla más uniforme que la agitación mecánica, al tiempo que se reducen significativamente los costos operativos. En el futuro, con el desarrollo de sistemas de control inteligentes, se espera que la mezcla neumática se vincule con el monitoreo en línea de la calidad del agua, lo que permitirá el suministro de aire bajo demanda y ahorros dinámicos de energía, lo que muestra un gran potencial de aplicación en el tratamiento de agua municipal, agua en circulación industrial y reacciones químicas.