Na engenharia de tratamento de água, processos unitários como tanques de coagulação, tanques de floculação e tanques de reação de amolecimento exigem uniformidade extremamente alta na mistura da água. Tradicionalmente, a mistura é conseguida através da instalação de agitadores mecânicos. No entanto, com o aumento dos custos de energia e a implementação de políticas de "duplo-carbono", cada vez mais projetos começam a tentar substituir a agitação mecânica por ar comprimido para alcançar objetivos de conservação de energia e redução de emissões. Este artigo compartilha os princípios, métodos de cálculo e valor de aplicação da tecnologia de mistura pneumática para profissionais de tratamento de água.
I. Pontos problemáticos da agitação mecânica tradicional
Nos processos convencionais de tratamento de água, agitadores de pás ou de estrutura são normalmente instalados em tanques de mistura, tanques de floculação e tanques de reação de amolecimento. O motor aciona a rotação das pás, criando vórtices e cisalhamento na água, promovendo assim uma mistura completa de produtos químicos e água bruta. No entanto, a agitação mecânica apresenta os seguintes problemas:
1. Alto consumo de energia
Em estações de tratamento de águas residuais de grande-escala, a potência dos agitadores mecânicos é geralmente entre 2 e 15 kW, com longos tempos de operação e alto consumo anual de energia.
2. Altos custos de manutenção
Os agitadores envolvem vários componentes facilmente danificados, como motores, redutores, acoplamentos e impulsores. A manutenção diária e a substituição de peças são demoradas-e exigem muita mão-de-obra-.
3. Campo de fluxo irregular no tanque
Em alguns tanques de formato irregular ou tanques de reação de grande-volume, a agitação mecânica cria facilmente "zonas mortas", resultando em efeitos de mistura insatisfatórios.
Portanto, encontrar tecnologias de agitação mais eficientes e{0}}que economizam energia tornou-se uma tendência.
II. Princípio de agitação de ar comprimido
A agitação por ar comprimido é uma tecnologia que gera bolhas através da introdução de ar comprimido no fundo ou nas paredes do tanque. À medida que as bolhas de ar sobem na água, elas geram um fluxo de ar ascendente, conduzindo simultaneamente a água circundante para formar um fluxo circulante. Comparada com a agitação mecânica, a agitação pneumática tem várias vantagens significativas: (1) Economia de energia e consumo reduzido; não há necessidade de instalar um agitador-de alta potência, apenas um único compressor de ar é necessário para fornecimento de ar centralizado; (2) Sem desgaste mecânico; praticamente nenhuma manutenção necessária; (3) Campo de fluxo mais uniforme; a distribuição razoável de bolhas evita “zonas mortas”; (4) Também possui função de aeração; em alguns processos, pode ajudar a aumentar o oxigênio dissolvido. III. Cálculo do Volume de Ar Muitos projetos envolvem esse tipo de modificação, mas muitas vezes sem qualquer base científica, conectando arbitrariamente um tubo de fornecimento de ar à piscina, resultando em desempenho insatisfatório.
III. Cálculo do volume de ar
Muitos projetos envolvem esse tipo de modificação, mas muitas vezes sem qualquer embasamento científico, conectando arbitrariamente uma tubulação de fonte de ar ao tanque, resultando em desempenho insatisfatório.
O volume de ar necessário para aeração e mistura pode ser calculado usando a seguinte fórmula.
Na fórmula: Qa é a vazão de ar necessária para aeração e mistura em condições padrão, m³/min; Pt é a potência do eixo do agitador original, kW, que pode ser considerada como 0,75 ~ 0,90 da potência do motor; h é a profundidade da água na entrada de distribuição de ar, m.
A pressão do ar (pressão manométrica) necessária para aeração e mistura pode ser calculada usando a seguinte fórmula.
Na fórmula: pc é a pressão do ar (pressão manométrica) necessária para aeração e mistura, kPa; Δph é a pressão estática na profundidade da água, kPa, Δph=9.81 × h; Δpf é a perda de pressão ao longo da tubulação e em pontos locais, kPa, que pode ser calculada consultando o conteúdo relevante no artigo “Métodos para Determinação da Potência e Pressão de Sopradores de Aeração” nesta conta pública através do link no final deste artigo; Δpd é a perda de pressão da cabeça de distribuição de ar, kPa, que pode ser consultada com o fabricante e geralmente é de 3~15 kPa.
4. Considerações de projeto para mistura pneumática
1. Diâmetro da bolha e velocidade crescente
De acordo com a literatura, o diâmetro da bolha é geralmente em torno de 5 mm, e o volume de ar geralmente representa 10% da vazão do líquido. Quanto menor o diâmetro da bolha, mais lenta será a velocidade de subida e melhor será o efeito de agitação do líquido, mas o consumo de energia do ar comprimido é ligeiramente maior; se o diâmetro da bolha for muito grande, a eficiência da mistura será reduzida.
2. Dispositivo de tubulação e distribuição de ar
Os cabeçotes de distribuição de ar devem ser distribuídos uniformemente e tubos porosos ou cabeçotes de aeração microporosos são comumente usados. O projeto deve garantir que as bolhas sejam distribuídas uniformemente no tanque para evitar “curtos-circuitos” locais.
3. Características Hidráulicas da Piscina
Para piscinas profundas, as bolhas de ar sofrem maiores perdas durante a subida, exigindo, portanto, ar comprimido com maior-pressão.
Resumo
No contexto do "carbono duplo" (dióxido de carbono, sequestro de carbono e emissões de carbono), a tecnologia de agitação de ar comprimido oferece às estações de tratamento de água um método de mistura altamente eficiente,-com economia de energia e baixa{1}}manutenção. Ao calcular racionalmente o consumo e a pressão do ar, otimizar o projeto de distribuição de ar e controlar o tamanho das bolhas, é possível obter uma mistura mais uniforme do que a agitação mecânica, reduzindo significativamente os custos operacionais. No futuro, com o desenvolvimento de sistemas de controle inteligentes, espera-se que a mistura pneumática seja vinculada ao monitoramento on-line da qualidade da água, permitindo o fornecimento de ar sob demanda e economias dinâmicas de energia, mostrando grande potencial de aplicação no tratamento de água municipal, circulação de água industrial e reações químicas.