مصفيات لاميلا استخدم ألواحًا مسطحة ومائلة، يتم تركيبها عادةً بزوايا تتراوح بين 55-65 درجة مع تباعد 50-75 ملم.
في معظم تطبيقات مياه الصرف الصناعي، تسمح هندسة اللوحة المفتوحة هذه لمصفاة الصفائح بالتعامل مع معدلات تحميل المواد الصلبة أعلى بكثير من مستوطني الأنابيب.
مستوطنو الأنبوب تعتمد على الأنابيب المغلقة - التي يبلغ قطرها عادةً 50 مم - والتي تميل بزاوية 55-60 درجة، والتي تكون أكثر عرضة للتلوث في ظل ظروف المواد الصلبة العالية.
في حين أن أنظمة الصفائح قد تكون لها تكلفة رأسمالية أولية أعلى قليلاً في بعض التكوينات، فإنها عادةً ما تحقق تخفيضات في البصمة تصل إلى 80-90٪ وتتطلب صيانة أقل على المدى الطويل بسبب تحسين تصريف المواد الصلبة.
تعتمد أجهزة التنقية التقليدية على الترسيب الأفقي حيث يجب أن تنتقل الجزيئات إلى عمق الخزان بأكمله. تعمل مستوطنات الصفائح/الأنبوب المائلة على تقليل مسافة الاستقرار بنسبة 85-90% من خلال مبدأ بسيط: تستقر الجسيمات بشكل عمودي على التدفق، وبالتالي فإن إمالة السطح تقصر رحلتها بشكل كبير.
الرياضيات وراء ذلك: وفقا لقانون ستوكس، سرعة الترسيب (Vs) = (g × d² × (ρp - ρf)) / (18 × μ)
حيث يستقر جسيم حجمه 10 ميكرون بسرعة 0.00088 م/ث تقريبًا في الماء عند درجة حرارة 20 درجة مئوية. في المصفي التقليدي بعمق 4 أمتار، يحتاج هذا الجسيم إلى 75 دقيقة حتى يستقر. بفضل الألواح المائلة بزاوية 60 درجة، مما يقلل مسافة التثبيت الفعالة إلى 0.05 متر، وينخفض وقت التثبيت إلى 57 ثانية فقط .
تتكون مستوطنات الأنابيب من وحدات PVC أو البولي بروبيلين التي تحتوي على أنابيب متوازية متعددة. الأبعاد الحرجة:
رقم رينولدز في الأنابيب: إعادة = (V × D) / ν
لسرعة التدفق النموذجية 0.15 م/ث في أنابيب 50 مم: Re ≈ 7500 (التدفق المضطرب)
وهذا يخلق مفارقة: نحن بحاجة إلى تدفق الصفحي (Re < 2000) لتحقيق الاستقرار الأمثل، ولكن التشغيل الفعلي غالبا ما يكون انتقاليا أو مضطربا. هذا هو السبب يحدث التسوية الفعالة في الطبقة الحدودية بالقرب من جدران الأنبوب، وليس في التدفق الأساسي.
الكفاءة الفعلية مقابل الكفاءة النظرية: تظهر الاختبارات المعملية إزالة 85-95% من الجسيمات التي تزيد عن 50 ميكرون، لكن التركيبات الميدانية تحقق 70-85% بسبب:
يرتبط تردد التنظيف مباشرة بتحميل المواد الصلبة:
| مؤثر SS (ملغ / لتر) | الفاصل الزمني للتنظيف | الطريقة النموذجية |
|---|---|---|
| 50-100 | 6-12 شهرا | رذاذ الضغط العالي |
| 100-300 | 3-6 أشهر | بخاخ التنظيف الكيميائي |
| 300-500 | 1-3 أشهر | مطلوب إزالة الوحدة النمطية |
| > 500 | غير مستحسن | انسداد متكرر |
بروتوكول التنظيف الكيميائي: يزيل محلول هيدروكسيد الصوديوم 2-3% عند درجة حرارة 40-50 درجة مئوية لمدة 4-6 ساعات الأغشية البيولوجية. وهذا يتطلب توقف النظام ويضيف ما بين 3000 إلى 8000 دولار سنويًا في تكاليف التشغيل لنظام 100 متر مكعب/ساعة.
تستخدم أنظمة Lamella صفائح مائلة متوازية مع اعتبارات هندسية محددة:
حساب تباعد اللوحة:
التباعد الأمثل (S) = √(8 × Q × L × sinθ) / (Vs × W × N)
أين:
لنظام معالجة المياه بقدرة 200 متر مكعب/ساعة بجزيئات 30 ميكرون (Vs = 0.008 متر/ثانية):
Lamellas تتفوق بسبب تصريف المواد الصلبة المستمر . تخلق الزاوية الأكثر انحدارًا (60-65 درجة مقابل 55-60 درجة للأنابيب) فرقًا حاسمًا:
تحليل الاحتكاك المنزلق:
الأداء الكمي:
| المعلمة | مستوطنو الأنبوب | مصفي لاميلا |
|---|---|---|
| ماكس التأثير SS | 300 ملغم/لتر | 1500 ملغم/لتر |
| معدل التحميل السطحي | 1.5-2.5 م/ساعة | 3-6 م/ساعة |
| قدرة تدفق المواد الصلبة | 5-8 كجم/م²·ساعة | 15-25 كجم/م²·ساعة |
| كفاءة إزالة TSS | 70-85% | 80-92% |
| تقليل البصمة | 75-85% | 85-92% |
ملف السرعة بين صفائح الصفيحة:
على مسافة 50 مم وبسرعة متوسطة 0.2 م/ث:
هذا يخلق نظام المنطقة المزدوجة : نقل سريع في المركز، استقرار هادئ بالقرب من اللوحات. تظهر نماذج عقود الفروقات أن هذا يولد منطقة استقرار أكثر فعالية بنسبة 35-40% مقارنة بمستوطني الأنابيب حيث تخلق الهندسة الدائرية مناطق ميتة.
نظام تسوية الأنبوب:
نظام توضيح لاميلا:
فرق التكلفة الأولي: 2.7% (وليس ما يقتبس في كثير من الأحيان 20-30٪)
مستوطنو الأنبوب:
مصفيات لاميلا:
مقارنة دورة الحياة الحقيقية:
استخدم مستوطني الأنبوب عندما:
اختر مصفيات الصفيحة عندما:
تأثير درجة الحرارة (حرج ولكن يتم تجاهله غالبًا):
| درجة الحرارة | اللزوجة الحركية | تسوية تأثير السرعة | أداء النظام |
|---|---|---|---|
| 5 درجة مئوية | 1.52 × 10⁻⁶ م²/ث | 68% من معدل 20 درجة مئوية | الأنبوب: -25% كفاءة الصفيحة: -15% كفاءة |
| 20 درجة مئوية | 1.00 × 10⁻⁶ م²/ث | خط الأساس (100%) | الأنبوب: خط الأساس لاميلا: خط الأساس |
| 35 درجة مئوية | 0.72 × 10⁻⁶ م²/ث | 139% من معدل 20 درجة مئوية | الأنبوب: كفاءة 18% الصفيحة: كفاءة 22% |
لماذا تعمل الصفيحة بشكل أفضل في البرد: يحافظ تصميم القناة المفتوحة على توزيع أفضل للتدفق حتى عند زيادة اللزوجة. يقوم مستوطنو الأنابيب بتطوير مناطق ميتة أكثر وضوحًا وقصر الدائرة عند درجات حرارة منخفضة.
تجمع التطورات الأخيرة بين التقنيتين:
التكوين الهجين الأنبوبي الصفيحي:
بالنسبة للأنظمة التي تعالج أقل من 150 متر مكعب في الساعة باستخدام تطبيقات المياه النظيفة: توفر مستوطنات الأنابيب أداءً مناسبًا بأقل تكلفة أولية.
بالنسبة للأنظمة التي تعالج > 150 مترًا مكعبًا في الساعة أو أي تطبيق عالي الصلابة: توفر أجهزة تنقية الصفائح قيمة دورة حياة فائقة على الرغم من الاستثمار الأولي الأعلى بنسبة 3-5%.
حساب التعادل:
إذا تم تقدير توفير المساحة بمبلغ 150 دولارًا أمريكيًا للمتر المربع وخفض تكاليف التشغيل بمبلغ 4000 دولارًا أمريكيًا سنويًا، فإن أنظمة الصفائح تتعادل في حدود 18-24 شهرا للتطبيقات الصناعية.