周进周出二沉池设计之探讨

周进周出二沉池设计之探讨沉淀池是水处理工程中常用的构筑物，为提高水处理能力、稳定出水水质、降低运行成本和控制基建投资，各种类型的沉淀池都有了较大的改进和革新。笔者在某污水处理厂工程的设计中，针对出水水质要求高、用地面积少的情况，二沉池选用了圆形周边进水周边出水幅流式沉淀池。该工程总设计规模17×104m3／d，近期实施10×104m3／d。4座周进周出的沉淀池作二沉池，单池处理能力Qd=3.25×104m3／d。下文对周进周出沉淀池的选择及配水系统的设计谈一些具体做法。1周进周出与中进周出沉淀池的比较1.1沉淀区的流态二次沉淀池进水为活性污泥混合液，悬浮物固体MLSS的质量浓度在3000－4000mg／L之间，远高于池内的澄清水。由于二者间的密度差、温度差而存在二次流和异重流现象。中进周出和周进周出两种不同池型内的混合液流态各不相同，详见图1与图2：在中进式沉淀池中，活性污泥混合液从池中心进水管以相对较高的流速进入池内，形成涡流，经布水筒逐渐下降到污泥层上，再沿沉淀区中部向池壁方向流动并壅起环流。分离出的澄清水部分溢流入出水槽，部分在上面从池边向池中心回流；密度大的混合液则在下面从池边向池中心流动，形成了反向流动的环流。这种环流不利于沉淀，限制了池子的水力负荷。而在周边进水周边出水的沉淀池中，密度流的方向与中心进水式相反。混合液经进水槽配水孔管流入导流区后经孔管挡板折流，下降到池底污泥面上并沿泥面向中心流动，汇集后呈一个平面上升，在向池中心汇流和上升过程中分离出澄清水，并反向流到池边的出水槽，形成大环形密度流，污泥则沉降到池底部。因此，周进周出沉淀池的异重流流态改变了沉淀区的流态，有利于固液分离。1．2容积利用率异重流现象在中进式沉淀池中会形成短流，部分容积没有得到有效利用，池子的实际负荷比设计负荷大得多。而周进式由于大环形密度流的形成，容积利用率要高得多。对应进。出水槽位置的不同，中心进水与周边进水沉淀池的容积利用率各不相同，详见表1。表1幅流式沉淀池容积利用率[1]进水槽位置出水槽位置容积利用率/%中心进水周边出水48周边进水R/4处85.7R/3处87.5R/2处79.7池周R处93.61．3导流筒的作用中进式中心导流商内的流速相对较高，常在0.1m/s以上，水流向下流动的动能大，易冲击底部污泥，活性污泥在其间难以形成絮凝、澄清作用。而周进式由于池周长，过水断面大，进水流速小得多。流速小，雷诺数和弗劳德数都比中迸式小，雷诺数小，惯性作用小；弗劳德数小，粘滞力作用大，这些都有效地促进了简内流态向层流发展，产生同向流，促使活性污泥下沉。同时，由于活性污泥层的吸附澄清作用，混合液中的污泥颗粒不断与悬浮层中的活性污泥碰撞、吸附、结合、絮凝，产生良好的澄清作用，提高了沉淀效果。2周进式二沉池配水均匀性分析沉淀池的处理效果与池表面负荷及水力停留时间有关。对于周进式二沉池，还有一个关键因素就是配水系统的均匀稳定性，只有沿圆周各点的进、出水量一致，布水均匀，才能充分发挥该池型的优点。周进式沉淀池环形布水、均匀出流的水力学模型比较复杂，在计算中，因池直径D远大于配水槽槽宽B，圆弧的影响忽略不计，配水槽简化为校柱形水渠，水流为沿程底孔泄流的直线渐变流。计算示意图见图3。均匀配水，距进水点L段上对应的流量为：Q=Q0（1－L／L0）孔口出流量：q=μ.ω（2gZ)0.5配水水头Z=H－H池，为槽内水位与池液位差。槽内水流能量微分方程为：dH+（dV2/2g）+idL＝0影响配水系统均匀性q／Q0的因素较多，有进水流量Q0、配水槽槽宽B、槽内水深H、流速厂配水孔径d、孔距l等。通过对各设计参数的取定，有不同的处理方法，双向对流配水或单向环槽配水，配水槽等竞或变宽，配水孔等间距或变间距，配水槽平坡或变坡等。种种方法有各自的特点和适用范围，工程中不仅要考虑到工艺的合理性、稳定性，还要便于土建施工、设备安装等，以臻工艺先进、施工便利。管理维护方便。目前常用的计算方法有3种：①等孔距法配水槽槽内水面为一水平线，水高H不变，各配水孔配水水头Z一致，孔口出流量q相等，配水孔间距ι恒定。由式（2）可知，槽宽B与槽长L相关，随L的变化而变化，与进水水量从无关。实际工程中，B、H0的选择取决于进水流量Q0，H0越大，V越小，配水的效果越理想。等孔距法配水的优点是：配水孔管大小一致，孔距均等，沿池周均布并与池中心对称。但工程实用性并不理想，槽宽B沿程变化复杂，施工难度大。②等宽度法等宽度法即配水槽槽宽B一致，将dB／dL＝0代人式（1），得：由式(3)可知，随槽长L的变化，槽内水深H、水流流速V也相应改变。H的改变说明各孔口配水水头Z、出流量q各不相同。由于各配水孔管的直径一致，各孔距ι各不相同。等宽度法由于同时还存在另一变量：流速V，较适用于恒定流量，即进水水量变化不大的情况。实际工程中，随进水水量。污泥回流量的改变，会存在一定的误差。③等流速法此方法强调配水槽内水流流速厂恒定，从式(1)可知dH／dL∝V，当流速V为定值且较小时，V2=O，则：dH＝0，H≈H0。因：V=（Q0/B0H0）=Q0/BH0（1-L/L0）得：B=B0（1-L/L0），即槽宽B与槽长L呈线性变化，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随L顺水流方向逐渐降低，通过确定水深H，各配水孔配水水头Z，进而可得出各配水孔孔距ι。等流速法的槽宽B随槽长L呈线性关系，变化不复杂，施工可控制。同时由于流速V不变，受实际进水水量变化的影响并不大。3配水计算实例本文所述工程实例中的周进周出二沉池的池内径45m，池边水深4.60m，总高度5.10m，单池处理能力Qd=3.25×104m3／d，表面负荷q＝0.85m3/（m3.d）。设计计算中，限定工艺边界条件：槽宽不宜小于0.3m；进出水槽槽底为平底；为防止混合液槽内沉淀，环槽流速V不宜低于0.3m/s；配水孔口不宜过小，均采用同一规格φ100，孔深与底板厚度相同。计算采用了等流速法和等宽度法组合。①配水槽起端，为满足水量变化要求，采用等流速法计算。根据最小设计流量Qmin槽内水流流速V＝0.3m/s确定起始槽宽B0及B=B0(1-L／L0）；根据平均设计流量Qave水力坡降线△H＝0.01m将槽水面曲线划分为几段，按每段平均配水水头确定平均孔距ι。②配水槽末端，当计算槽宽B＜0.3m时，取槽宽B=0.3m，采用等宽度法确定各配水孔孔距ι。此时因槽内流量小，配水均匀稳定性受流量变化的影响亦较小。通过以上计算，该沉淀池配水槽宽B＝1.1-0.3m，渠内水深H=1.2m，配水水头Z≈0.14m，配水孔管直径100mm，孔距ι为1.014-0.744m。考虑进水量变化的影响，实际配水效果maxιq-q0ι＜2%q0。出水水质达到排放标准。4二沉池其他部件的设置4.1单向环流配水理论上采用双向环槽配水可减少渠道断面，但工程中很难保证双向对称分流，一旦发生偏流，误差会更大，采用单向环流配水更可靠。另外，配水槽内的刮渣板随吸泥机单向旋转，双向配水不利于配水槽内撇渣。4.2配水槽与集水槽配水槽和集水槽沿池周布置，两槽合建，共底共壁，配水孔管中心。挡水裙板。出水堰环与池周同心，保证进出水均匀。4.3进水区挡水裙板挡水裙板延伸至水面下1.5m处以保证良好的澄清絮凝效果。4.4除渣浮渣集中在配水渠道的小块面积上，通过安装在撇渣设备竖臂上的叶片刮集，驱动配水渠末端的浮闸堰门排除。4.5排泥排泥设备选用中心传动单管吸泥机。吸泥机转动方向与进水形成的水流方向一致，搅动池底污泥和带走轻的活性污泥絮体的可能性亦较小。吸泥管断面由池边到池中心逐渐放大，可保证污泥在吸泥管内流速均匀，防止孔口堵塞及污泥在管内沉积。5结语周进周出幅流式沉淀池与传统的中心进水式相比，具有较大的有效容积、高溢流率、最佳水力稳定性、最大范围进水面、进水渠道表面撇渣等优点，在保证配水均匀稳定性的前提下，可以得到良好的处理效果。