Grit removal design CTB3365x Introduc1on to water treatment - PowerPoint PPT Presentation

Grit ¡removal ¡design ¡ CTB3365x ¡Introduc1on ¡to ¡water ¡treatment ¡ Prof.dr.ir. ¡Jules ¡B. ¡van ¡Lier ¡

Basic ¡WWTP ¡process ¡units ¡ Pre-­‑treatment: ¡ Sand ¡and ¡grit ¡removal ¡

Discrete ¡se8ling: ¡principles ¡ Se2ling ¡of ¡discrete, ¡non-­‑floccula9ng ¡par9cles: ¡ § classical ¡sedimenta6on ¡laws ¡by ¡Newton ¡and ¡Stokes ¡ Surface ¡area, ¡ 2 C A ρ v Newton: ¡ C d ¡ = ¡drag ¡coefficient ¡[-­‑] ¡ d p w p Diameter: F = d 2 A p ¡, ¡d p ¡ V p ¡, ¡ρ p ¡ F ( ) gV = ρ − ρ v p ¡ G p w p

Discrete ¡se8ling: ¡terminal ¡par:cle ¡velocity ¡ Newton’s ¡law ¡(spherical ¡par9cles): ¡ 3 2 d 4 d π π ⎛ ⎞ p p F = F V A = = ⎜ ⎟ G d 3 2 4 ⎝ ⎠ } F ( ) gV = ρ − ρ G p w p 4 g ρ − ρ ⎛ ⎞ p w v p d ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ p 3 C 2 C A ρ v ρ ⎝ ⎠ d w d p w p F = d 2 terminal ¡velocity ¡of ¡par9cle ¡[m/s] ¡

Discrete ¡se8ling: ¡factors ¡affec:ng ¡v p ¡ Nonspherical ¡par9cles: ¡ Value ¡C d ¡depends ¡ 4 g ρ − ρ ⎛ ⎞ p w v p d ⎜ ⎟ = on ¡flow ¡regime ⎜ ⎟ p 3 C ϕ ρ ⎝ ⎠ d w A p ¡, ¡d p ¡ Sphericity ¡factor ¡ϕ: ¡ V p ¡, ¡ρ p ¡ § Spheres: ¡ ¡ ¡ ¡ϕ ¡= ¡1.0 ¡ § Sand ¡grains: ¡ ¡ϕ ¡= ¡2.0 ¡ § Up ¡to ¡20+ ¡for ¡fractal ¡flocs ¡ v p ¡

Discrete ¡se8ling: ¡impact ¡of ¡liquid ¡turbulence ¡ Drag ¡coefficient ¡C d ¡ ¡ 24 3 C 0.34 = + + d N N R R Depends ¡on ¡turbulence ¡ v d ρ v d p p w p p N = = R µ ν µ ¡= ¡dynamic ¡viscosity ¡[Ns/m²] ¡ ν ¡= ¡kinema6c ¡viscosity ¡[m²/s] ¡

24 3 24 C 0.34 0.34 = + + + Discrete ¡se8ling ¡ d N N N R R R Transi9on ¡ Turbulent ¡ region ¡ region ¡ 1.0 ¡< ¡N R ¡< ¡2000 ¡ N R ¡> ¡2000 ¡ Laminar ¡region ¡ N R ¡< ¡1.0 ¡

Flocculent ¡se8ling ¡ § Floccula9on ¡causes ¡increasing ¡ ¡se2ling ¡veloci9es ¡ § Dilute ¡suspension ¡se2ling ¡ Inlet ¡ ¡ ¡ ¡Sedimenta9on ¡ ¡ ¡Outlet ¡ Floc ¡forming ¡

Flocculent ¡se8ling: ¡hindered ¡se8ling ¡

Applica:on ¡in ¡STP: ¡Grit ¡removal ¡ Discrete ¡se2ling ¡ W ¡ L ¡ V h ¡ H ¡ Q ¡ V b ¡

Applica:on ¡in ¡STP: ¡Grit ¡removal ¡ Discrete ¡se2ling ¡ W ¡ L ¡ H ¡ V h ¡ V b ¡ Q ¡

Applica:on ¡in ¡STP: ¡Grit ¡removal ¡ V HA ¡= ¡Hazen ¡velocity ¡ Independent ¡on ¡tank ¡ Discrete ¡se2ling: ¡Hazen’s ¡law ¡ height! ¡ § Par6cle ¡is ¡retained ¡if ¡t horizontal ¡ < ¡t ver6cal ¡, ¡or: ¡ Q Q V b Q Q V V b > and ¡ V V V h = = > > = h b HA A A H W H H W L H L ⋅ ⋅ ⋅ v h W ¡ L ¡ V h ¡ H ¡ Q ¡ V b ¡

Applica:on ¡in ¡STP: ¡Grit ¡removal ¡ Applica:on ¡in ¡STP: ¡Grit ¡removal ¡ § All ¡par6cles ¡with ¡seSling ¡velocity ¡v b ¡ < ¡v HA ¡will ¡be ¡removed ¡ Feed ¡water ¡distributed ¡over ¡H: ¡ § Also ¡par6cles ¡with ¡v b ¡ < ¡v HA ¡will ¡be ¡removed, ¡in ¡v b ¡ / ¡v HA ¡ra6o ¡ ¡ V h ¡ Q ¡ H ¡ V B ¡= ¡V HA ¡ L ¡

Grit ¡removal ¡ Important ¡design ¡features: ¡ 3 § Sand, ¡surface ¡load: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡or ¡0.011 ¡m/s ¡ m V V 40 = = O HA 2 m h ⋅ § V h ¡= ¡0.30 ¡m/s ¡= ¡V S ¡, ¡Cri6cal ¡‘scouring’ ¡or ¡‘slip’ ¡velocity ¡

Grit ¡removal ¡ Rectangular ¡grit ¡chamber ¡ § More ¡guSers ¡in ¡parallel ¡ § Long ¡guSer ¡with ¡constant ¡flow ¡rate ¡ § Constant ¡discharge ¡ Q 3 § Surface ¡loading ¡rate: ¡ ¡ m V 40 = = O 2 A m h ⋅ § Horizontal ¡velocity ¡V h ¡, ¡approx. ¡0.30 ¡m/s ¡ § Length/width ¡ra6o: ¡ ¡10:1 ¡– ¡15:1 ¡

Grit ¡removal: ¡removal ¡of ¡sand ¡with ¡air-­‑liI ¡

Grit ¡removal ¡ A ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡A’ ¡ Square ¡grit ¡chamber ¡ B ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡B’ ¡ § Water ¡depth ¡0.8 ¡– ¡1m ¡ C ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡C’ ¡ § Square ¡or ¡circular ¡ AA’ ¡ 3 m § ¡ ¡ V 30 = O, max 2 m h ⋅ § Fluctua6ng ¡discharge ¡ BB’ ¡ § External ¡sand ¡washer ¡ CC’ ¡

Grit ¡removal ¡ Aerated ¡grit ¡chamber ¡ § More ¡turbulent ¡ § Increased ¡V p ¡of ¡sand ¡par6cles ¡ Air ¡main ¡ § Slurry: ¡both ¡sand ¡and ¡solids ¡ § Ex-­‑situ ¡separa6on ¡ ¡ ¡ Swing ¡ diffusers ¡ ¡

BB’ ¡ Grit ¡removal: ¡Hydroclone ¡ A ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡A’ ¡ Slurries: ¡ sand ¡– ¡solids ¡separa9on ¡ AA’ ¡ Sludge ¡ Mix ¡ B ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡B’ ¡ Sand ¡

Grit ¡removal ¡design ¡ CTB3365x ¡Introduc1on ¡to ¡water ¡treatment ¡ Prof.dr.ir. ¡Jules ¡B. ¡van ¡Lier ¡