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周边进水沉淀池配水槽的设计计算

发布日期:2011-05-06  浏览次数:435

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文章摘要:周边进水沉淀池是一种新池型,它具有耐冲击能力强、水力负荷高、沉降历时短、沉淀区容积利用率高等优点,但其运行效果受配水槽配

周边进水沉淀池是一种新池型,它具有耐冲击能力强、水力负荷高、沉降历时短、沉淀区容积利用率高等优点,但其运行效果受配水槽配水均匀性的制约,若配水槽配水不均匀,则其优越性就难以体现,因而配水槽是周边进水沉淀池的关键部位。目前常用的配水槽设计方法有等孔距法和变孔距法两种。

1 设计方法

① 变孔距法?

  变孔距法是将配水槽分为变宽段和等宽段,配水槽宽度在变宽段沿程逐渐减少直至等宽段,这样环槽水流在槽内流速基本保持不变,从而最大限度地降低环槽流速。槽内水深在变宽段沿程减少,到达等宽段后由于壅水现象水深又沿程微增。为了防止污泥在槽内因流速过小而沉积,应按最小时流量和最小允许流速确定配水槽起始宽度,使得任何流量下流速v都能大于最小流速。按平均时流量计算槽内各点水深并绘出相应的水面曲线图,以水面曲线 落差(dH)约1cm将水面曲线分为若干段,计算出每一段内的平均配水头和单孔泄流量,最后计算出每一段的平均孔距和孔数。?

  ② 等孔距法?

  等孔距法与变孔距法以提高配水均匀稳定性为目标、最大限度降低环槽流速的设计思路不同,它强调保持槽内水深沿程不变(即H=H0),水面沿程为水平线,槽内外水位差沿程不变,由此可知配水槽内各点配水头也沿程不变。由孔口出流量q=μA(2gZ)1/2可得各孔出流量都相等,孔口数m=Q0/q,配水孔平均间距C=L0/m(常数)。

  ③ 两种方法比较

  采用等孔距法设计的配水槽布水孔沿池周均匀分布并与池中心对称,几何特性好,但二沉池配水槽内的水流运动属于缓流,其Fr=V/(gL)1/2<1,由此可见水流动能沿程减少,势能必然增加,但其增加的速率比机械能损失量快,于是出现了流量沿程减少而水流沿程壅高,这和配水均匀性相矛盾。因此必须沿程增加槽宽或变化槽底坡度以减少壅水高度ΔH。考虑到施工方便,一般采用改变槽宽来保持水深沿程不变。但由于壅水曲线不是直线变化,而是沿程变化复杂,因此不易保证施工精度。另外槽内流速沿程减少,不利于在保证速度vmin≥0.3m/s的前提下降低速度v,当取末端流速为0.3m/s时,前端流速>0.3m/s,而且越靠近起点流速越大,因而受施工精度、流量变化影响较大,配水均匀稳定性较差。?

  变孔距法虽没有等孔距法几何对称的优点,但它能够最大限度地降低流速使得计算结果与实际相符合。配水槽变宽段的槽宽沿直线变化,施工容易,而且配水均匀基本不受日常流量变化的影响,因此变孔距法较等孔距法配水的稳定性和可靠性都会增强。?

2 配水槽变孔距法的设计计算

  ① 配水槽宽度B计算?

  为了防止混合液在配水槽内发生淤积,环槽流速不应低于0.3m/s[1]。为方便施工,配水槽底宜采用平底,布水孔的孔径要一样大,槽宽不宜小于0.3m。因此令变宽段vm0=0.3m/s,等宽段B=0.3m,按最小流量Qm确定配水槽宽度得:

  

  变宽段长度Lc=(1-0.3/B0)L0,等宽段长度LE=0.3/B0L0。?

  ② 布水孔间距?

  按平均时流量Qh确定布水孔间距,把式(1)代入能量微分方程,且因流速v较小,将gH-v2≈gH,则能量微分方程可化为:?

  

  对应于Qh的起点水深Hh0为:

  ?Hh0≈Hm0+[1-(Hh0Qm/Hm0Qh)2]Zh0?  (3)?

  选择合适的配水水头Zh,解式(3)方程确定相应的Hh0,代入式(2)求出H并作出水面曲线H,则距起点Li处的配水水头Z=Zh0+Hi-Hh0。该点设布水孔时,对应的单孔泄流量q由孔口的孔径d和孔上配水水头所决定,即qi=μA[KF(]2gZi[KF)],孔距C=L0/(Qh/qi)。其中μ为流量系数,A为布水孔口断面面积。

3  应用实例

3.1 基本计算条件

  某城市污水采用活性污泥法处理,二沉池采用周边进水辐流式沉淀池,根据表面负荷率要求已定沉淀池直径D=36m,由配水井进入配水槽的流量Qh=1875m3/h,为了施工方便,配水槽底坡i=0。?

  ① 周边进水沉淀池一般用作大、中型污水处理厂二沉池,流量变化不大,Qm/Qh≥0.5,现取Qm=0.6×Qh=1125m3/h。?

  ② 布水孔孔径d的确定?

  在给水中采用孔口配水时孔径一般为100mm,但周边进水沉淀池多用于污水处理厂二沉池,二沉池进水悬浮物很多,其混合液浓度都在2000mg/L~4000mg/L之间,且絮凝性能较好。为了避免堵塞孔口,配水孔的孔径采用d=100~200mm为宜。本例采用d=100 mm。?

  ③ 配水槽为矩形过水断面,设槽内允许流速vm=0.3m/s:

?    B0=Hm0=(Qm/0.3)1/2=1.02m?

  ④ 等宽段槽宽B=0.3m,长度Lc,变宽段长度IE,则:

   ?LE=(1-0.3/B0)×L0=79.83m?

?   Lc=L0-LE=33.27m?

  当L≤LE时,B=B0×(1-L/L0)=1.02×(1-L/L0),当LE<L≤L0时B=0.3m。?

  ⑤ 计算对应于Qh的起点水深Hp0

  把式(3)化为Hn+1h0=Hm0+[(1-Hn0×Qm)/Hm0×Qh)2]×Zh0,对该方程采用循环迭代法求解,直至|Hn+1h0=Hhh0|<ε。现取初值H0h0=1.0m、Zh0=0.1m、控制因子ε=0.01,经计算得Hh0=Hn+1h0=1.0839m。

 
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