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周進(jìn)周出二沉池設(shè)計(jì)之探討

論文類(lèi)型 技術(shù)與工程 發(fā)表日期 2002-12-01
來(lái)源 《工業(yè)用水與廢水》2002年第6期
作者 葉鼎
關(guān)鍵詞 周進(jìn)周出沉淀池 異重流 配水均勻性 穩(wěn)定性 計(jì)算方法 設(shè)計(jì)
摘要 在分析周邊進(jìn)水周邊出水幅流式沉淀池工藝特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,論述了該池型運(yùn)用于由于進(jìn)出水懸浮物濃度差所引起的異重流,容積利用率高,池子表面負(fù)荷可適當(dāng)提高。通過(guò)對(duì)配水系統(tǒng)幾種不同計(jì)算方法的比較,介紹了在保證配水均勻穩(wěn)定性上的一些做法。

葉鼎(武漢凱迪電力股份有限公司,湖北武漢 430070)

  摘 要:在分析周邊進(jìn)水周邊出水幅流式沉淀池工藝特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,論述了該池型運(yùn)用于由于進(jìn)出水懸浮物濃度差所引起的異重流,容積利用率高,池子表面負(fù)荷可適當(dāng)提高。通過(guò)對(duì)配水系統(tǒng)幾種不同計(jì)算方法的比較,介紹了在保證配水均勻穩(wěn)定性上的一些做法。
  關(guān)鍵詞:周進(jìn)周出沉淀池;異重流;配水均勻性;穩(wěn)定性;計(jì)算方法;設(shè)計(jì)
  中圖分類(lèi)號(hào):TU99I.23
  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
  文章編號(hào):1009-2455(2002)06-0051-03

  沉淀池是水處理工程中常用的構(gòu)筑物,為提高水處理能力、穩(wěn)定出水水質(zhì)、降低運(yùn)行成本和控制基建投資,各種類(lèi)型的沉淀池都有了較大的改進(jìn)和革新。筆者在某污水處理廠工程的設(shè)計(jì)中,針對(duì)出水水質(zhì)要求高、用地面積少的情況,二沉池選用了圓形周邊進(jìn)水周邊出水幅流式沉淀池。該工程總設(shè)計(jì)規(guī)模17×104m3/d,近期實(shí)施10×104m3/d。4座周進(jìn)周出的沉淀池作二沉池,單池處理能力Qd=3.25×104m3/d。下文對(duì)周進(jìn)周出沉淀池的選擇及配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)談一些具體做法。

1 周進(jìn)周出與中進(jìn)周出沉淀池的比較

1.1 沉淀區(qū)的流態(tài)
  二次沉淀池進(jìn)水為活性污泥混合液,懸浮物固體MLSS的質(zhì)量濃度在3000-4000mg/L之間,遠(yuǎn)高于池內(nèi)的澄清水。由于二者間的密度差、溫度差而存在二次流和異重流現(xiàn)象。中進(jìn)周出和周進(jìn)周出兩種不同池型內(nèi)的混合液流態(tài)各不相同,詳見(jiàn)圖1與圖2:

  在中進(jìn)式沉淀池中,活性污泥混合液從池中心進(jìn)水管以相對(duì)較高的流速進(jìn)入池內(nèi),形成渦流,經(jīng)布水筒逐漸下降到污泥層上,再沿沉淀區(qū)中部向池壁方向流動(dòng)并壅起環(huán)流。分離出的澄清水部分溢流入出水槽,部分在上面從池邊向池中心回流;密度大的混合液則在下面從池邊向池中心流動(dòng),形成了反向流動(dòng)的環(huán)流。這種環(huán)流不利于沉淀,限制了池子的水力負(fù)荷。
  而在周邊進(jìn)水周邊出水的沉淀池中,密度流的方向與中心進(jìn)水式相反。混合液經(jīng)進(jìn)水槽配水孔管流入導(dǎo)流區(qū)后經(jīng)孔管擋板折流,下降到池底污泥面上并沿泥面向中心流動(dòng),匯集后呈一個(gè)平面上升,在向池中心匯流和上升過(guò)程中分離出澄清水,并反向流到池邊的出水槽,形成大環(huán)形密度流,污泥則沉降到池底部。因此,周進(jìn)周出沉淀池的異重流流態(tài)改變了沉淀區(qū)的流態(tài),有利于固液分離。
1.2 容積利用率
  異重流現(xiàn)象在中進(jìn)式沉淀池中會(huì)形成短流,部分容積沒(méi)有得到有效利用,池子的實(shí)際負(fù)荷比設(shè)計(jì)負(fù)荷大得多。而周進(jìn)式由于大環(huán)形密度流的形成,容積利用率要高得多。
  對(duì)應(yīng)進(jìn)。出水槽位置的不同,中心進(jìn)水與周邊進(jìn)水沉淀池的容積利用率各不相同,詳見(jiàn)表1。

表1 幅流式沉淀池容積利用率[1]

進(jìn)水槽位置 出水槽位置 容積利用率/% 中心進(jìn)水 周邊出水 48 周邊進(jìn)水 R/4處 85.7   R/3處 87.5   R/2處 79.7   池周R處 93.6

1.3 導(dǎo)流筒的作用
  
中進(jìn)式中心導(dǎo)流商內(nèi)的流速相對(duì)較高,常在0.1m/s以上,水流向下流動(dòng)的動(dòng)能大,易沖擊底部污泥,活性污泥在其間難以形成絮凝、澄清作用。而周進(jìn)式由于池周長(zhǎng),過(guò)水?dāng)嗝娲?,進(jìn)水流速小得多。流速小,雷諾數(shù)和弗勞德數(shù)都比中迸式小,雷諾數(shù)小,慣性作用??;弗勞德數(shù)小,粘滯力作用大,這些都有效地促進(jìn)了簡(jiǎn)內(nèi)流態(tài)向?qū)恿靼l(fā)展,產(chǎn)生同向流,促使活性污泥下沉。同時(shí),由于活性污泥層的吸附澄清作用,混合液中的污泥顆粒不斷與懸浮層中的活性污泥碰撞、吸附、結(jié)合、絮凝,產(chǎn)生良好的澄清作用,提高了沉淀效果。

2 周進(jìn)式二沉池配水均勻性分析

  沉淀池的處理效果與池表面負(fù)荷及水力停留時(shí)間有關(guān)。對(duì)于周進(jìn)式二沉池,還有一個(gè)關(guān)鍵因素就是配水系統(tǒng)的均勻穩(wěn)定性,只有沿圓周各點(diǎn)的進(jìn)、出水量一致,布水均勻,才能充分發(fā)揮該池型的優(yōu)點(diǎn)。
  周進(jìn)式沉淀池環(huán)形布水、均勻出流的水力學(xué)模型比較復(fù)雜,在計(jì)算中,因池直徑D遠(yuǎn)大于配水槽槽寬B,圓弧的影響忽略不計(jì),配水槽簡(jiǎn)化為校柱形水渠,水流為沿程底孔泄流的直線漸變流。計(jì)算示意圖見(jiàn)圖3。

  均勻配水,距進(jìn)水點(diǎn)L段上對(duì)應(yīng)的流量為:
     Q=Q0(1-L/L0
  孔口出流量:
     q=μ.ω(2gZ)0.5
  配水水頭Z=H-H,為槽內(nèi)水位與池液位差。
  槽內(nèi)水流能量微分方程為:
     dH+(dV2/2g)+idL=0
  

  影響配水系統(tǒng)均勻性q/Q0的因素較多,有進(jìn)水流量Q0、配水槽槽寬B、槽內(nèi)水深H、流速?gòu)S配水孔徑d、孔距l(xiāng)等。通過(guò)對(duì)各設(shè)計(jì)參數(shù)的取定,有不同的處理方法,雙向?qū)α髋渌騿蜗颦h(huán)槽配水,配水槽等競(jìng)或變寬,配水孔等間距或變間距,配水槽平坡或變坡等。種種方法有各自的特點(diǎn)和適用范圍,工程中不僅要考慮到工藝的合理性、穩(wěn)定性,還要便于土建施工、設(shè)備安裝等,以臻工藝先進(jìn)、施工便利。管理維護(hù)方便。目前常用的計(jì)算方法有3種:
 ?、俚瓤拙喾?br>   配水槽槽內(nèi)水面為一水平線,水高H不變,各配水孔配水水頭Z一致,孔口出流量q相等,配水孔間距ι恒定。

    

  由式(2)可知,槽寬B與槽長(zhǎng)L相關(guān),隨L的變化而變化,與進(jìn)水水量從無(wú)關(guān)。實(shí)際工程中,B、H0的選擇取決于進(jìn)水流量Q0,H0越大,V越小,配水的效果越理想。
  等孔距法配水的優(yōu)點(diǎn)是:配水孔管大小一致,孔距均等,沿池周均布并與池中心對(duì)稱(chēng)。但工程實(shí)用性并不理想,槽寬B沿程變化復(fù)雜,施工難度大。
 ?、诘葘挾确?br>   等寬度法即配水槽槽寬B一致,將dB/dL=0代人式(1),得:

    

  由式(3)可知,隨槽長(zhǎng)L的變化,槽內(nèi)水深H、水流流速V也相應(yīng)改變。H的改變說(shuō)明各孔口配水水頭Z、出流量q各不相同。由于各配水孔管的直徑一致,各孔距ι各不相同。
  等寬度法由于同時(shí)還存在另一變量:流速V,較適用于恒定流量,即進(jìn)水水量變化不大的情況。實(shí)際工程中,隨進(jìn)水水量。污泥回流量的改變,會(huì)存在一定的誤差。
  ③等流速法
  此方法強(qiáng)調(diào)配水槽內(nèi)水流流速?gòu)S恒定,從式(1)可知dH/dL ∝V,當(dāng)流速V為定值且較小時(shí),V2=O,則:dH=0,H≈H0。因:
       V=(Q0/B0H0)=Q0/BH0(1-L/L0
  得:B=B0(1-L/L0),即槽寬B與槽長(zhǎng)L呈線性變化,代入式(1),得:
        dH/dL=(HV2/(gH-V2)[-B0/BL0)+[1/(L0-L)-n2g(2/B)+(/H)4/3]
  因gH-V2≈gH,得:
     dH/dL=-(nV)2[2L0/[(B0(L0-L)+1/H]4/3     (4)
  由式(4)可知,H隨L順?biāo)鞣较蛑饾u降低,通過(guò)確定水深H,各配水孔配水水頭Z,進(jìn)而可得出各配水孔孔距ι。
  等流速法的槽寬B隨槽長(zhǎng)L呈線性關(guān)系,變化不復(fù)雜,施工可控制。同時(shí)由于流速V不變,受實(shí)際進(jìn)水水量變化的影響并不大。

3 配水計(jì)算實(shí)例

  本文所述工程實(shí)例中的周進(jìn)周出二沉池的池內(nèi)徑45m,池邊水深4.60m,總高度5.10m,單池處理能力Qd=3.25×104m3/d,表面負(fù)荷q=0.85m3/(m3.d)。
  設(shè)計(jì)計(jì)算中,限定工藝邊界條件:槽寬不宜小于0.3m;進(jìn)出水槽槽底為平底;為防止混合液槽內(nèi)沉淀,環(huán)槽流速V不宜低于0.3m/s;配水孔口不宜過(guò)小,均采用同一規(guī)格φ100,孔深與底板厚度相同。計(jì)算采用了等流速法和等寬度法組合。
 ?、倥渌燮鸲?,為滿(mǎn)足水量變化要求,采用等流速法計(jì)算。根據(jù)最小設(shè)計(jì)流量Qmin槽內(nèi)水流流速V=0.3m/s確定起始槽寬B0及B=B0(1-L/L0);根據(jù)平均設(shè)計(jì)流量Qave水力坡降線△H=0.01m將槽水面曲線劃分為幾段,按每段平均配水水頭確定平均孔距ι。
 ?、谂渌勰┒耍?dāng)計(jì)算槽寬B<0.3m時(shí),取槽寬B=0.3m,采用等寬度法確定各配水孔孔距ι。此時(shí)因槽內(nèi)流量小,配水均勻穩(wěn)定性受流量變化的影響亦較小。
  通過(guò)以上計(jì)算,該沉淀池配水槽寬B=1.1-0.3m,渠內(nèi)水深H=1.2m,配水水頭Z≈0.14m,配水孔管直徑100mm,孔距ι為1.014-0.744m??紤]進(jìn)水量變化的影響,實(shí)際配水效果maxιq-q0ι<2%q0。出水水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

4 二沉池其他部件的設(shè)置

4.1 單向環(huán)流配水
  理論上采用雙向環(huán)槽配水可減少渠道斷面,但工程中很難保證雙向?qū)ΨQ(chēng)分流,一旦發(fā)生偏流,誤差會(huì)更大,采用單向環(huán)流配水更可靠。另外,配水槽內(nèi)的刮渣板隨吸泥機(jī)單向旋轉(zhuǎn),雙向配水不利于配水槽內(nèi)撇渣。
4.2 配水槽與集水槽
  
配水槽和集水槽沿池周布置,兩槽合建,共底共壁,配水孔管中心。擋水裙板。出水堰環(huán)與池周同心,保證進(jìn)出水均勻。
4.3 進(jìn)水區(qū)擋水裙板
  擋水裙板延伸至水面下1.5m處以保證良好的澄清絮凝效果。
4.4 除渣
  
浮渣集中在配水渠道的小塊面積上,通過(guò)安裝在撇渣設(shè)備豎臂上的葉片刮集,驅(qū)動(dòng)配水渠末端的浮閘堰門(mén)排除。
4.5 排泥
  排泥設(shè)備選用中心傳動(dòng)單管吸泥機(jī)。吸泥機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向與進(jìn)水形成的水流方向一致,攪動(dòng)池底污泥和帶走輕的活性污泥絮體的可能性亦較小。吸泥管斷面由池邊到池中心逐漸放大,可保證污泥在吸泥管內(nèi)流速均勻,防止孔口堵塞及污泥在管內(nèi)沉積。

5 結(jié)語(yǔ)

  周進(jìn)周出幅流式沉淀池與傳統(tǒng)的中心進(jìn)水式相比,具有較大的有效容積、高溢流率、最佳水力穩(wěn)定性、最大范圍進(jìn)水面、進(jìn)水渠道表面撇渣等優(yōu)點(diǎn),在保證配水均勻穩(wěn)定性的前提下,可以得到良好的處理效果。

參考文獻(xiàn):

  [1] 張自杰,顧夏聲 排水工程[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1996


  作者簡(jiǎn)介:葉鼎(1971~),男,湖北武漢人,在讀研究生,從事污水處理工程技術(shù)工作,電話(huà)(027)87655806。

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