Nell'ingegneria del trattamento dell'acqua, processi unitari come vasche di coagulazione, vasche di flocculazione e vasche di reazione di addolcimento richiedono un'uniformità estremamente elevata di miscelazione dell'acqua. Tradizionalmente, la miscelazione viene ottenuta installando agitatori meccanici. Tuttavia, con l'aumento dei costi energetici e l'implementazione di politiche "dual-carbon", sempre più progetti stanno iniziando a provare a sostituire l'agitazione meccanica con l'aria compressa per raggiungere obiettivi di risparmio energetico e riduzione delle emissioni. Questo articolo condivide i principi, i metodi di calcolo e il valore applicativo della tecnologia di miscelazione pneumatica per i professionisti del trattamento dell'acqua.
I. Punti critici dell'agitazione meccanica tradizionale
Nei processi convenzionali di trattamento dell'acqua, gli agitatori a pale o a telaio sono generalmente installati in serbatoi di miscelazione, serbatoi di flocculazione e serbatoi di reazione di addolcimento. Il motore fa ruotare le pale, creando vortici e cesoie nell'acqua, favorendo così una miscelazione completa di sostanze chimiche e acqua grezza. Tuttavia, l’agitazione meccanica presenta i seguenti problemi:
1. Consumo energetico elevato
Negli impianti di trattamento delle acque reflue su larga scala-la potenza degli agitatori meccanici è generalmente compresa tra 2 e 15 kW, con tempi di funzionamento lunghi e un elevato consumo energetico annuale.
2. Costi di manutenzione elevati
Gli agitatori coinvolgono più componenti facilmente danneggiabili come motori, riduttori, giunti e giranti. La manutenzione quotidiana e la sostituzione delle parti richiedono molto tempo-e manodopera-intensiva.
3. Campo di flusso irregolare nel serbatoio
In alcuni serbatoi di forma irregolare o in serbatoi di reazione di volume-grande, l'agitazione meccanica crea facilmente "zone morte", con conseguenti effetti di miscelazione insoddisfacenti.
Pertanto, la ricerca di tecnologie di agitazione più efficienti e a risparmio energetico-è diventata una tendenza.
II. Principio dell'agitazione dell'aria compressa
L'agitazione ad aria compressa è una tecnologia che genera bolle introducendo aria compressa nel fondo o nelle pareti del serbatoio. Quando le bolle d'aria salgono nell'acqua, generano un flusso d'aria verso l'alto, spingendo contemporaneamente l'acqua circostante a formare un flusso circolante. Rispetto all'agitazione meccanica, l'agitazione pneumatica presenta numerosi vantaggi significativi: (1) Risparmio energetico e consumi ridotti; non è necessario installare un agitatore ad alta-potenza, è necessario un solo compressore d'aria per la fornitura d'aria centralizzata; (2) Nessuna usura meccanica; praticamente nessuna manutenzione richiesta; (3) Campo di flusso più uniforme; una distribuzione ragionevole delle bolle evita le "zone morte"; (4) Ha anche una funzione di aerazione; in alcuni processi può contribuire ad aumentare l'ossigeno disciolto. III. Calcolo del volume dell'aria Molti progetti prevedono questo tipo di modifica, ma spesso senza alcuna base scientifica, collegando arbitrariamente un tubo di alimentazione dell'aria alla piscina, con conseguenti prestazioni insoddisfacenti.
III. Calcolo del volume d'aria
Molti progetti prevedono questo tipo di modifica, ma spesso senza alcuna base scientifica, collegando arbitrariamente un tubo della sorgente d'aria al serbatoio, con conseguenti prestazioni insoddisfacenti.
Il volume d'aria richiesto per l'aerazione e la miscelazione può essere calcolato utilizzando la seguente formula.
Nella formula: Qa è la portata d'aria necessaria per l'aerazione e la miscelazione in condizioni standard, m³/min; Pt è la potenza dell'albero dell'agitatore originale, kW, che può essere considerata pari a 0,75~0,90 della potenza del motore; h è la profondità dell'acqua all'ingresso della distribuzione dell'aria, m.
La pressione dell'aria (pressione relativa) richiesta per l'aerazione e la miscelazione può essere calcolata utilizzando la seguente formula.
Nella formula: pc è la pressione dell'aria (pressione relativa) necessaria per l'aerazione e la miscelazione, kPa; Δph è la pressione statica alla profondità dell'acqua, kPa, Δph=9.81 × h; Δpf è la perdita di pressione lungo la tubazione e in punti locali, kPa, che può essere calcolata facendo riferimento al contenuto pertinente nell'articolo "Metodi per determinare la potenza e la pressione dei ventilatori di aerazione" su questo account pubblico tramite il collegamento alla fine di questo articolo; Δpd è la perdita di pressione della prevalenza di distribuzione dell'aria, kPa, che può essere consultata con il produttore ed è generalmente pari a 3~15 kPa.
IV. Considerazioni sulla progettazione per la miscelazione pneumatica
1. Diametro della bolla e velocità di salita
Secondo la letteratura, il diametro della bolla è solitamente di circa 5 mm e il volume dell'aria rappresenta generalmente il 10% della portata del liquido. Minore è il diametro della bolla, minore è la velocità di salita e migliore è l'effetto di agitazione del liquido, ma il consumo di energia dell'aria compressa è leggermente superiore; se il diametro della bolla è troppo grande, l'efficienza della miscelazione sarà ridotta.
2. Tubazioni e dispositivo di distribuzione dell'aria
Le teste di distribuzione dell'aria devono essere distribuite uniformemente e vengono comunemente utilizzati tubi porosi o teste di aerazione microporose. La progettazione deve garantire che le bolle siano distribuite uniformemente nel serbatoio per evitare "cortocircuiti" locali.
3. Caratteristiche idrauliche della piscina
Nelle piscine profonde, le bolle d'aria subiscono perdite maggiori durante la risalita, richiedendo quindi aria compressa a pressione-più elevata.
Riepilogo
Nel contesto del "doppio carbonio" (anidride carbonica, sequestro di carbonio ed emissioni di carbonio), la tecnologia di agitazione dell'aria compressa offre agli impianti di trattamento dell'acqua un metodo di miscelazione altamente efficiente, a-risparmio energetico e a bassa-manutenzione. Calcolando razionalmente il consumo d'aria e la pressione, ottimizzando la progettazione della distribuzione dell'aria e controllando le dimensioni delle bolle, è possibile ottenere una miscelazione più uniforme rispetto all'agitazione meccanica, riducendo significativamente i costi operativi. In futuro, con lo sviluppo di sistemi di controllo intelligenti, si prevede che la miscelazione pneumatica sarà collegata al monitoraggio online della qualità dell'acqua, consentendo la fornitura di aria su-richiesta e il risparmio energetico dinamico, mostrando un grande potenziale applicativo nel trattamento delle acque municipali, nell'acqua circolante industriale e nelle reazioni chimiche.
