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

Prof.dr.ir. ¡Jules ¡B. ¡van ¡Lier ¡

Grit ¡removal ¡design ¡

CTB3365x ¡Introduc1on ¡to ¡water ¡treatment ¡

Basic ¡WWTP ¡process ¡units ¡

Pre-­‑treatment: ¡ Sand ¡and ¡grit ¡removal ¡

Se2ling ¡of ¡discrete, ¡non-­‑floccula9ng ¡par9cles: ¡ § classical ¡sedimenta6on ¡laws ¡by ¡Newton ¡and ¡Stokes ¡

Discrete ¡se8ling: ¡principles ¡

p w p

gV ) ( F

G

ρ ρ − =

Cd ¡= ¡drag ¡coefficient ¡[-­‑] ¡

2 C F

2 d d p w p

v A ρ =

Newton: ¡ Surface ¡area, ¡ Diameter: Vp ¡, ¡ρp ¡ Ap ¡, ¡dp ¡ vp ¡

Newton’s ¡law ¡(spherical ¡par9cles): ¡

Discrete ¡se8ling: ¡terminal ¡par:cle ¡velocity ¡

2

4

p

d A π =

3

4 3 2

p

d V π ⎛ ⎞ = ⎜ ⎟ ⎝ ⎠

2 C F

2 d d p w p

v A ρ =

p w p

gV ) ( F

G

ρ ρ − =

d G

F F =

}

p w w p d

d C g ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − = ρ ρ ρ 3 4 vp

terminal ¡velocity ¡of ¡par9cle ¡[m/s] ¡

Discrete ¡se8ling: ¡factors ¡affec:ng ¡vp ¡

Nonspherical ¡par9cles: ¡

p w w p d

d C g ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − = ρ ρ ρ ϕ 3 4 vp

Value ¡Cd ¡depends ¡

• n ¡flow ¡regime

Sphericity ¡factor ¡ϕ: ¡ § Spheres: ¡ ¡ ¡ ¡ϕ ¡= ¡1.0 ¡ § Sand ¡grains: ¡ ¡ϕ ¡= ¡2.0 ¡ § Up ¡to ¡20+ ¡for ¡fractal ¡flocs ¡ Vp ¡, ¡ρp ¡ Ap ¡, ¡dp ¡ vp ¡

Drag ¡coefficient ¡Cd ¡ ¡

Discrete ¡se8ling: ¡impact ¡of ¡liquid ¡turbulence ¡

0.34 N 3 N 24 C

R R d

+ + =

p p w p p R

v d ρ v d N µ ν = =

µ ¡= ¡dynamic ¡viscosity ¡[Ns/m²] ¡ ν ¡= ¡kinema6c ¡viscosity ¡[m²/s] ¡

Depends ¡on ¡turbulence ¡

0.34 N 3 N 24 C

R R d

+ + =

Discrete ¡se8ling ¡

Laminar ¡region ¡

NR ¡< ¡1.0 ¡

Transi9on ¡ region ¡

1.0 ¡< ¡NR ¡< ¡2000 ¡

Turbulent ¡ region ¡

NR ¡> ¡2000 ¡

R

N 24 0.34 +

Flocculent ¡se8ling ¡

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

Flocculent ¡se8ling: ¡hindered ¡se8ling ¡

Discrete ¡se2ling ¡

Applica:on ¡in ¡STP: ¡Grit ¡removal ¡

Vb ¡ Vh ¡ W ¡ H ¡ L ¡ Q ¡

Discrete ¡se2ling ¡

Applica:on ¡in ¡STP: ¡Grit ¡removal ¡

Vb ¡ Vh ¡ W ¡ H ¡ L ¡ Q ¡

Discrete ¡se2ling: ¡Hazen’s ¡law ¡ § Par6cle ¡is ¡retained ¡if ¡thorizontal ¡< ¡tver6cal ¡, ¡or: ¡

Applica:on ¡in ¡STP: ¡Grit ¡removal ¡

L V H V

h b >

Vb ¡ Vh ¡ W ¡ H ¡ L ¡ and ¡

W H Q A Q V

v h

⋅ = = L W H Q H Vb ⋅ ⋅ >

HA h b

V A Q V = >

VHA ¡= ¡Hazen ¡velocity ¡ Independent ¡on ¡tank ¡ height! ¡ Q ¡

§ All ¡par6cles ¡with ¡seSling ¡velocity ¡vb ¡< ¡vHA ¡will ¡be ¡removed ¡ Feed ¡water ¡distributed ¡over ¡H: ¡ § Also ¡par6cles ¡with ¡vb ¡< ¡vHA ¡will ¡be ¡removed, ¡in ¡vb ¡/ ¡vHA ¡ra6o ¡ ¡

Applica:on ¡in ¡STP: ¡Grit ¡removal ¡ Applica:on ¡in ¡STP: ¡Grit ¡removal ¡

VB ¡= ¡VHA ¡ Vh ¡ L ¡ H ¡ Q ¡

Grit ¡removal ¡

Important ¡design ¡features: ¡ § Sand, ¡surface ¡load: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡or ¡0.011 ¡m/s ¡ § Vh ¡= ¡0.30 ¡m/s ¡= ¡VS ¡, ¡Cri6cal ¡‘scouring’ ¡or ¡‘slip’ ¡velocity ¡

h 2 m 3 m HA O

40 V V

⋅

= =

Grit ¡removal ¡

Rectangular ¡grit ¡chamber ¡ § More ¡guSers ¡in ¡parallel ¡ § Long ¡guSer ¡with ¡constant ¡flow ¡rate ¡ § Constant ¡discharge ¡ § Surface ¡loading ¡rate: ¡ ¡ § Horizontal ¡velocity ¡Vh ¡, ¡approx. ¡0.30 ¡m/s ¡ § Length/width ¡ra6o: ¡ ¡10:1 ¡– ¡15:1 ¡

h 2 m 3 m O

40 A Q V

⋅

= =

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

Grit ¡removal ¡

A ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡A’ ¡ B ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡B’ ¡ C ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡C’ ¡ AA’ ¡ BB’ ¡ CC’ ¡ Square ¡grit ¡chamber ¡ § Water ¡depth ¡0.8 ¡– ¡1m ¡ § Square ¡or ¡circular ¡ § ¡ ¡ § Fluctua6ng ¡discharge ¡ § External ¡sand ¡washer ¡

h 2 m 3 m max O,

30 V

⋅

=

Grit ¡removal ¡

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

Grit ¡removal: ¡Hydroclone ¡

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

Prof.dr.ir. ¡Jules ¡B. ¡van ¡Lier ¡

Grit ¡removal ¡design ¡

CTB3365x ¡Introduc1on ¡to ¡water ¡treatment ¡