周边进水辐流式沉淀池配水均匀性的设计探讨.pdf

周边进水辐流式沉淀池配水均匀性的设计探讨 罗本福 张学兵 张明杰 蒋 岭 中国市政工程西南设计研究院深圳分院, 广东 深圳 518003 摘要 在此从周边进水辐流式沉淀池配水槽内水力学的角度分别介绍了等水深和等渠宽两种配水方式的计算方法, 分析了各自的工艺特点, 以工程实用为原则, 并结合工程实例得出等宽度变孔距法能较好地实现均匀配水。并从配水 槽内能量微分方程的角度分析了变孔距法的配水均匀性和稳定性。 关键词 沉淀池 周边进水 配水槽 等孔距法 变孔距法 0 引言 辐流式沉淀池的进水方式有中心进水和周边进 水两种 ,其中周边进水具有耐冲击能力强 、 水力负荷 高、 沉降历时短 、 沉淀区容积利用率高等优点 ,成为较 为常见的进水形式 。但在实际工程设计中发现周边 进水沉淀池沉淀效果与其配水槽配水均匀性关系较 大。但我国现今的设计规范和设计手册中均尚未对周 边进水辐流式沉淀池进水布置提出明确的指导性措 施,致使实际工程中配水槽布水不均的现象较为常见。 影响配水槽配水均匀性的因素较多 ,有配水槽槽 宽 B 、槽内水深 H 、 配水孔距 l 、 配水孔径 d 、槽内流速 υ 、 底坡 i 等因素。本文基于周边进水沉淀池配水槽 内水力学的分析, 并结合工程实际中施工的难易程 度,对现今工程设计中常见的等水深法和等渠宽法作 出分析,以期提出较为合理和易于操作的计算方法 。 1 配水槽主要水力学关系 1 配水均匀即是在配水槽任何一处单位渠长的 配水量相等,根据配水孔口单孔出流公式 q μ ω 2g ΔH 1 式中 q 孔口出流量 m 3 s; μ 流量系数 取 0. 62 ΔH 孔口作用水头 m ; ω 孔口面积 ,采用圆孔则 ω 1 4 πd 2 。 配水槽距起端 x1处单位渠长配水量 qx1和距起 端 x2处单位渠长配水量 qx2可表示为 qx1 μ ω 2gΔHx1 nx1 qx2 μ ω 2gΔHx2 nx2 根据 qx1qx2,可得出 nx1 nx2 ΔHx2 d 2 x2 ΔHx1 d 2 x1 2 2 配水槽内水深按下式计算 H k υ 2 2g 3 式中 υ 槽内流速 ; g 重力加速度 ; k 断面修正系数。分以下 3种情况 [ 1] ① 当槽内水深不变时 , k 4 B2 B1-1 4 ② 当渠宽不变时 , k 4 H2 H1 2 -1 5 ③ 其它情况 , k 4 B2H 2 2 B1H 2 1-1 6 设配水槽起端、末端水深分别为 H1、H2为 H1k υ 2 1 2g 7 H2k υ 2 2 2g 8 2 配水槽断面参数的确定 配水槽过水断面形式有以下 3种较为常见的方式 1 正方形断面 B H ; 2 最佳水力断面 B 2H ; 3 矩形断面 H 2B 。 当流量较大时,采用最佳水力断面配水槽占池表面 积过大; 当流量较小时,采用 H 2B 断面渠宽过窄, 不 利于施工。因此,推荐采用正方形断面 B H 。 配水槽内流速应防止槽内沉淀 ,据陆少呜 [ 2] 等人 认为槽内流速应保证 υ min≥ 0. 3 m s,考虑到配水槽中 水流除受重力、阻力作用外 ,同时受到惯性离心力的 作用而产生螺旋流 ,使水流紊动加大, 所以实际中起 18 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 端流速不妨取0. 8 m s。 根据 Q υ A υ BH ,正方形断面参数有如下 关系 B H Q υ 9 3 配水方式 3. 1 等水深配水槽 当采用等水深渠即配水槽宽沿渠长增大 ,等水深 可保证孔上作用水头相等 , 则每个孔口出流量亦相 等,则可采用均匀布孔实现配水均匀。 配水孔直径 d 不宜100 mm , 以防堵塞, 孔上作 用水头 ΔH 一般取 0. 1～ 0. 3 m ,代入式 1 ,可计算出 单孔出流量 q ,由此可计算出 所需布水孔数 n 为 n Q q 10 布水孔间距 Δl 为 Δl L n 11 式中 L 配水槽长度 m 。 配水槽采用等水深布孔必然导致渠宽沿程非线 性增大,在工程施工中难度较大。实际中采用的等渠 宽配水槽是通过变坡度、变孔距或变孔径方式解决这 一矛盾的 。 3. 2 等渠宽配水槽 3. 2. 1 变坡度 当采用等宽配水槽时, 由于槽内流速降低, 形成 壅水 ,水面逐渐增高 ,其水面坡度计算如下 i H2-H1 L 12 在施工中抹面将渠底坡度抹成水面坡度等值的 反向坡 i0i , 则槽内水面就近似成为水平面 ,沿程 孔上作用水头均近似相等, 只要采用等孔径 ,则可等 间距布孔 ,均匀配水 。 以设计流量20 000 m 3 d为例说明变坡度法计算 方法 。起端流速 υ 1为0. 8 m s,配水槽长 L 为64. 70 m 按二沉池直径计算确定 , 孔口直径 d 取100 mm, 配 水槽起端孔上作用水头 ΔH1取0. 02 m。 由配水槽渠宽和渠深 即槽内水深 按式 9 B1H1Q υ1 20 000 86 400 0. 8 0. 54 m 由式 3 计算出 k H 12g υ 2 1 16. 54 根据式 5 计算出 H2 H1 1. 11 所以配水其末端水深 H2 0. 60 m 则渠底坡度 i0 0. 93‰。由于槽内底坡度小 ,采 用变坡度配水槽在实际中难以把握施工精度 ,导致配 水均匀性受到影响。 3. 2. 2 变孔距 如果渠底采用平坡 即 i00 , 则沿渠长配水孔 上作用水头逐渐增加, 若采用等孔径, 则布孔间距应 逐渐增大以达到配水均匀的目的,即布孔沿渠长前密 后疏布置。同样以 3. 2. 1 算例加以说明 。 根据配水槽起端和末端水深可计算出末端孔上 作用水头 ΔH2 H2-H1 ΔH1 0. 080 m 。 另据 式 1配 水 槽起 端 孔 口 出 流量 q1为 3. 047 L s, 末端孔口出流量 q0为6. 094 L s。 单位渠长的泄流量 q 为 q Q L 3. 58 L sm 则第 2 个孔口距第 1 个孔口为 x1 q1 q 3. 047 3. 580 0. 851 m 单位配水槽长出流量的增量为 Δq q 0-q1 L 0. 047 L sm 则第 2 个孔口的泄流量为 q2q1Δq x13. 087 L sm 则第 3 个孔口距第 2 个孔口为 x2 q2 q 0. 862 m 以此类推, 得出变孔距配水槽计算的通式 作用距离 xiq i q 13 孔口流量 qiqi -1Δqxi -1 14 但这种布孔方法同样存在施工过程中孔与孔之 间的间距难以达到精度要求。因此 ,一般以水面曲线 的变化率 dH 约1 cm将配水槽水面曲线划分为 3 ～ 5 段, 按各段平均配水水头ΔH确定该段平均孔距。 3. 2. 3 变孔距法配水稳定性分析 以下从变孔距配水槽能量微分方程的角度求证 这种配水方法的稳定性。 变孔距法以最大限度降低环槽流速着手 ,以强调 流速基本不变为设计思路 。 υ Q BH Q0 BH 1 -L L0 15 当 υ 常数时 ,按最小时流量 Qm对应的环槽流 速 υmin 0. 8 m s确定断面尺寸,距进水点 L 段上对应 19 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 的流量为 Q Q0 1 -L L0 L0πD 16 将之代入能量微分方程 dH dυ 2 2g idL 0 17 用 B 、 H 表示配水槽宽度和水深, 水深沿槽长变 化的能量微分方程为 dH dL Hυ 2 gH -υ 2 1 B dB dL 1 L0-L -n 2g2 B 1 H 4 3 18 由此可见 , dH dL ∞υ 2 ,当 υ 很小时, ΔH ≈0, H H0 ≈1,则 Q0 BH 1 -L L0 ≈ Q0 BH0 1 -L L0 υ 0 19 由上式推出 B Q0 υ 0H0 1 -L L0 B01 - L L0 20 配水槽最小宽度 B ≥ 0. 3 m, 则 B B01 - L L0 0 ≤L ≤Lc 0. 3 LcL ≤L0 21 其中 Lc 1-0. 3 B0 L0,由式 21 可见,槽宽 B 变化简单 , 易于施于 。将式 21 代入 18 , 取 gH - υ 2 ≈ gH , 则 dH dL - n Qh B0H 2 2L0 B0 L0-L 1 H 4 3 0 ≤L ≤Lc Qh L0-L 0. 3 HL0 2 1 L0-L g -n 22 0. 3 1 H 4 3 LcL ≤L0 22 设二沉池相应的平均流量 Qh、 最小进水水量 Qm 对应的配水水头为 ΔH h、ΔHm, 则 Qm对应的起点配 水水头 ΔHm0≈ Hh0 Hm0 Qh 2 ΔHh0 23 由此可得出Qh对应的起点水深为 Hh0≈Hm0 1 - Hh0Qm Hm0 Qh ΔHh0 24 选择合适 ΔHh0,解方程 24 可相应确定 Hh0, 代 入式 22 求出水面曲线 H ≈H Qh,Hh0, Zh0,L 。距 起点 Li处配水水头 Δ HiΔHh0Hi-Hh0, 该点设 布水孔时, 对应孔距为 Ci μ ω 2gΔ Hi L0 Qh 25 由于 Zi沿程变化, Ci也因孔而异。当差别很小 时,对配水均匀性的影响很有限, 施工精度也难以保 证。因此一般以dH 约1 cm将配水槽水面曲线划分为 3～ 5段 ,按各段平均配水水头 Z 确定该段平均孔距 C μ ω 2gZ L0 Qh 26 以 QcQ0 1 -L L0 表示对应于 Q0的理想配 水环槽流量 。将 Qc与配水槽环槽流量 Q ≈Q0 1 - L L0 a 比较 其中 a ≈0. 95～ 1. 05 可得 [ 3] max |Q -Qc| 2 Q0 27 即实际环槽配水流量很好地拟合了设计流量 ,误 差较小,表明变孔距配水的均匀性基本不受日常流量 变化影响。此外 ,环槽流速小, 设计及施工误差影响 也较小。因此, 变孔距法较等孔距法的配水稳定性及 可靠性强。 4 结论 1 周边进水配水槽内配水方法主要有等水深法 和等渠宽法 ,这两种方法理论上均可达到配水均匀性 的要求。 2 等水深布孔法将导致渠宽沿程非线性增大, 在工程施工中难度较大 。等槽宽变坡度法则受施工 水平制约较大。 3 等槽宽变孔距按公式 13 和公式 14 进行设 计,配水均匀性 、 稳定性均较好 。 参考文献 [ 1] 龙腾锐, 张智等. 周边进出水沉淀池配水渠的计算. 重庆建筑工 程学院学报, 1994, 16 2 118 -124. 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The results showed that in the condition of high influent concentration, CODCrand ammonia nitrogen removal rateswere 10. 0 and 42. 4, respectively, and in the condition of low influent concentration, CODCrand ammonia nitrogen removal rates were 38. 5 and 63. 0, respectively. Potsherd waste is a kind of economical and effective packing medium for constructedwetland. Keywords constructed wetland, polluted river water, potsherdwaste and medium STUDY ON THE THERMOPHILIC 55 ℃ ANAEROBIC TREATMENTOFSALINE DYE WASTEWATERGao Huan ZhouYuexi Hu Xiang et al9 Abstract The characteristics of anaerobic granules degrading saline dye wastewater were investigated in a laboratory -scale upflow anaerobic sludge blanket UASBreactor at 551 ℃. Experimental results demonstrated when ambientflocculent digester sludge was used as seed, HR T hydraulic retention time was12 h, salinity was 50 000 mg L, influentCODCr chemical oxygen demand was 900～ 1 000 mg L, and reactive red2 RR2dye concentration was 100 mg L. The quasi -steady state of the UASB reactor was achieved after 78 running days. The CODCrand RR2 removal rateswere above 44 and 85 respectively. The diameter of the thermophilic salt -tolerant anaerobic granular sludge was from 1. 0～ 2. 0 mm, bacilli, cocci and filamentous bacteria were found. Keywords saline dye wastewater, thermophilic, anaerobic, UASB reactor, RR2 and granular sludge TREATMENTOFOILYWASTEWATER BYMAGNETICFLOCCULATION SEPARATION PROCESSWang Liping He Youqing Fan Hongbo et al 12 Abstract The oily wastewater was treated by magnetic flocculation separation process. The proper dosages of magnetic particle, flocculant and coagulant aidswere determined, and the effects of adding sequence andmixing condition onthe treatment were studied. Meanwhile, the contrast testbetween magnetic flocculation process and common flocculation process was carried out. It was shown that when the content of oil in the wastewater is 100～ 200 mg L the optimum technological parameters are that the dosages of magnetic particle, PFC and PAM are 280 mg L, 25 mg L and 0. 5 mg L respectively, the magnetic particle and PFC should be put into wastewater simultaneously before PAM and the suitable stirring speed should be 250 r min. Keywords oily wastewater, magnetic particle and magnetic flocculation REMOVAL OF ENDOCRINE DISRUPTING CHEMICALS IN CHEM -BIOFLOCCULATION CBF TREATMENT PROCESSLiu Yi Xia Siqing Chen Ling et al 15 Abstract Endocrine disrupting chemicals EDCsexisted in chem-bioflocculation CBFtreatment process of Anting Sewage Treatment Plant, Shanghai were analyzed by liquid-liquid extraction process -GC MS. Eight EDCs were detected in the influent. The removal perance of EDCs in CBF reactor was also investigated and the results showed that all EDCs could partly be removed by CBF treatment process. Each channel showed different removal perances in CBF reactor. All types of EDCswere removed obviously during the first channel, while some of them were desorbed during the second channel. Phenols were partly removed during the third channel. Keywords CBF treatment process, EDCs, alkylphenol and PAEs THE RESEARCH ON THE DISTRIBUTION UNIITY OFTHE PERIPHERAL FEED SETTLING TANKLuo Benfu Zhang Xuebing Zhang Mingjie et al 18 Abstract The article focused on the calculationof equalwater depth and equal service through board through the hydraulics analyses that is the distributing water ways of the peripheral feed setting tank, and analyzed the characteristics of these two distribution ways. Combinaton of the examples and through the practicability of distribution way, it is concluded that variational distance of hole in the distribution trough can realize uni distribution. The distributio uniity and stabilization of the distribution trough with variational distance hole is relatively good, through the analyses of energy differential equation. Keywords clarifier, peripheral feed, distribution trough, equidistant hole for distributing water and variational distance of hole for distributing water BIOREACTOR MODEL AND ITS SIMULATION OF SYNTHETIC WASTEWATER TREATMENT Yang Jun Li Hao Chen Jianbo et al 21 Abstract The mathematic model of MBR was developed based on ASM3 model, which consisted of bioreactor and membrane filtratration unit. Furthermore, the model was implemented using Matlab Simulink programming package and a flow-sheet simulation interface was developed. The result of the model verification shows that this modelis able to simulate the process in a membrane bioreactorwell and to predict the treatment results in the bioreactor and in the effluentwith a satisfying precision. Therefore, this model can analyze the internal microbiological process in the membrane bioreactor, and guide the design and running of membrane bioreactors. Keywords membrane bioreactor, model, simulation, sensitivity analysis and membrane flux OPTIMAL DESIGN FOR THESYSTEMOF ADVANCED TREATMENTOFDOMESTIC 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 25,No. 3, Jun. , 2007