機械的撹拌の代わりに圧縮空気を混合するための設計方法

水処理工学においては、凝集槽、凝集槽、軟化反応槽などの単位プロセスにおいて、極めて高い水混合の均一性が要求されます。従来、混合は機械式撹拌機を設置することによって行われていました。しかし、エネルギーコストの上昇と「デュアルカーボン」政策の実施により、エネルギー節約と排出量削減の目標を達成するために、機械的撹拌を圧縮空気に置き換えようとするプロジェクトが増え始めています。-この記事では、水処理専門家向けの空気圧混合技術の原理、計算方法、応用価値について説明します。

従来の水処理プロセスでは、通常、混合タンク、凝集タンク、軟化反応タンクにパドルまたはフレーム撹拌機が設置されています。モーターによりパドルが回転し、水中に渦とせん断が発生し、薬品と原水の完全な混合が促進されます。しかし、機械的撹拌には次のような問題があります。

1. 高いエネルギー消費

大規模な廃水処理プラントでは、機械撹拌機の出力は通常 2 ～ 15 kW であり、稼働時間が長く、年間消費電力も高くなります。

2. 高額なメンテナンス費用

撹拌機には、モーター、減速機、カップリング、インペラなど、損傷しやすいコンポーネントが複数含まれています。毎日のメンテナンスと部品の交換には、-時間と労力がかかります-。

3. タンク内の不均一な流れ場

一部の不規則な形状のタンクや大容量の反応タンクでは、機械的撹拌によって容易に「デッドゾーン」が生じ、混合効果が不十分になります。{0}

したがって、より効率的でエネルギーを節約できる撹拌技術を見つけることがトレンドになっています。{0}

圧縮空気撹拌とは、タンクの底部や壁面に圧縮空気を導入し気泡を発生させる技術です。気泡が水中で上昇すると上向きの気流が発生し、同時に周囲の水を押し上げて循環流を形成します。機械的撹拌と比較して、空気圧撹拌にはいくつかの大きな利点があります。(1) エネルギーの節約と消費量の削減。高出力撹拌機を設置する必要はなく、集中空気供給には 1 台のエアコンプレッサーだけが必要です。- (2) 機械的摩耗がないこと。実質的にメンテナンスは必要ありません。 (3) より均一な流れ場。適切なバブル分布により「デッドゾーン」が回避されます。 (4)エアレーション機能も付いています。一部のプロセスでは、溶存酸素の増加に役立ちます。 Ⅲ．空気量の計算 多くのプロジェクトでこの種の変更が行われますが、多くの場合、何の科学的根拠もなく、恣意的に空気供給パイプをプールに接続するため、満足のいく性能が得られません。

多くのプロジェクトでこの種の改造が行われていますが、多くの場合科学的根拠がなく、空気源のパイプをタンクに勝手に接続し、満足のいく性能が得られません。

エアレーションと混合に必要な風量は次の式で計算できます。

式中: Qa は標準条件下での曝気と混合に必要な空気流量、m3/分です。 Pt は元の撹拌機のシャフト出力 kW で、モーター出力の 0.75 ～ 0.90 とみなすことができます。 h は空気分配入口の水深、m です。

エアレーションや混合に必要な空気圧（ゲージ圧）は、次の式で計算できます。

式中：pcは曝気と混合に必要な空気圧（ゲージ圧）、kPaです。 Δph は水深での静圧、kPa、Δph=9.81 × h; Δpf はパイプライン沿いおよびローカル ポイントでの圧力損失 (kPa) で、この記事の最後にあるリンクからこの公開アカウントの記事「エアレーション ブロワーの出力と圧力を決定する方法」の関連コンテンツを参照して計算できます。 Δpd は空気分配ヘッドの圧力損失 (kPa) であり、メーカーに問い合わせることができ、一般的には 3 ～ 15 kPa です。

1. 気泡の直径と上昇速度

文献によると、気泡の直径は通常 5 mm 程度で、空気の体積は液体流量の 10% を占めるのが一般的です。気泡径が小さいほど上昇速度が遅くなり、液体の撹拌効果が高くなりますが、圧縮空気のエネルギー消費量が若干多くなります。気泡径が大きすぎると混合効率が低下します。

2. 配管と空気分配装置

空気分配ヘッドは均等に分配される必要があり、多孔質パイプまたは微孔質エアレーション ヘッドが一般的に使用されます。設計では、局所的な「短絡」を避けるために、気泡がタンク内に均等に分散されるようにする必要があります。

3. プールの水圧特性
深いプールでは、気泡が上昇中に損失が大きくなるため、より高圧の圧縮空気が必要になります。{0}

まとめ
「デュアル カーボン」（二酸化炭素、炭素隔離、炭素排出）の観点から見ると、圧縮空気撹拌技術は、水処理プラントに高効率、省エネルギー、低メンテナンスの混合方法を提供します。-空気消費量と圧力を合理的に計算し、空気分配設計を最適化し、気泡サイズを制御することにより、機械的撹拌よりも均一な混合を達成しながら、運転コストを大幅に削減できます。将来的には、インテリジェントな制御システムの開発により、空気圧混合がオンラインの水質監視とリンクされ、オンデマンドの空気供給と動的なエネルギー節約が可能になり、都市水処理、工業用循環水、化学反応に大きな応用可能性が示されることが期待されています。{4}}