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)嗝娲螅M(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，慣性作用小；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_池，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：
　　①等孔距法
　　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。
　　②等寬度法
　　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。
　　①配水槽起端，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。
　　②配水槽末端，當(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。考慮進(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

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　　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（027）87655806。