一种新型平流式沉淀池运行效果研究.pdf

一种新型平流式沉淀池运行效果研究 ＊ 华根福 刘焕芳 汤 骅 宗全利 高先刚 1.石河子大学水利建筑工程学院, 新疆 石河子 832003;2. 新疆生产建设兵团农十师勘测设计院, 新疆 北屯 836000 摘要 在进水口加设调流板、溢流堰上沿水流方向设置溢流槽两个方面对传统平流式沉淀池进行了改进, 设计提出了 一种新型平流式沉淀池 。通过试验研究分析了调流板和溢流槽对泥砂沉淀效果的影响, 得出新型平流式沉淀池可以 大大提高泥砂的沉淀效率, 出池水流平均含砂量最大降幅可达 94. 8, 特别是对细颗粒泥砂的沉淀具有较好的效果。 关键词 平流式沉淀池; 调流板; 溢流槽 AS T U D YO NR U N N I N GE F F E C TO FS E D I ME N TD E P O S I T I O NI N AN E W- T Y P ER E C T A N G U L A RS E T T L I N GT A N K H u aG e n f u L i uH u a n f a n g T a n gH u a Z o n gQ u a n l i G a oX i a n g a n g 1.C o l l e g eo f Wa t e r C o n s e r v a n c ya n dC o n s t r u c t i o n a l E n g i n e e r i n g , S h i h e z i U n i v e r s i t y , S h i h e z i 832003, C h i n a ;2.D i v i s i o n 10 H y d r o e l e c t r i cI n v e s t i g a t i o na n dD e s i g nI n s t i t u t e , P r o d u c t i o na n dC o n s t r u c t i o nC o r p so f X i n j i a n g , B e i t u n , 836000, C h i n a Ab s t r a c t T r a d i t i o n a l r e c t a n g u l a rs e t t l i n gt a n kh a s b e e ni mp r o v e di nt w oa s p e c t sb yp u t t i n ga na d j u s t i n gf l o wb o a r di nt h ee n - t r a n c eo f w a t e r , as p i l l w a yt r o u g ho ns p i l l w a yc r e s t a l o n gt h ef l o wd i r e c t i o n .T h u s an e w - t y p e r e c t a n g u l a r s e t t l i n gt a n kh a sb e e n d e s i g n e d .T h ei n f l u e n c eo f a d j u s t i n gf l o wb o a r da n ds p i l l w a yt r o u g ho nt h ee f f e c t o f s e d i m e n t d e p o s i t i o nh a s b e e na n a l y z e db y t h ee x p e r i m e n t a l s t u d y , t h er e s u l t s s h o wt h a t t h en e w - t y p e r e c t a n g u l a r s e t t l i n gt a n k s c a ng r e a t l yi m p r o v et h ed e p o s i t i o ne f f i c i e n - c yo f s e d i m e n t , a n dt h eb i g g e s t f a l l r a n g eo f s p i l l w a yc r e s t s s e d i m e n t c o n c e n t r a t i o ni s a b o u t 94. 8 p e r c e n t , s p e c i f i c a l l y i t h a s a b e t t e r e f f e c t o nt h ed e p o s i t i o no f f i n es e d i me n t . Ke y wo r d s r e c t a n g u l a r s e t t l i n gt a n k s ;a d j u s t i n gf l o wb o a r d ;s p i l l w a yt r o u g h ＊国家自然科学基金资助项目 50869008 ; 石河子大学“科技成果转化 引导 资 金 专 项 ” k j k f y z h 2006- c g z h 01 ; 石 河 子大 学 后 补 助项 目 z r k x 200721 。 0 引言 污水处理的主要目标是去除水中悬浮固体或溶 解态污染物, 如胶体粒子 、颗粒物质 、B O D 、C O D等。 在污水处理系统的各个处理单元设备中, 沉淀池作为 污水处理设施构筑物的重要一环 ,担负着去除原水中 大量悬浮物 80 ～ 90 的任务 , 是必不可少的主 体工艺 。它的类型很多,按池内水流方向可分为平流 式 、 竖流式和辐流式三种 [ 1] 。 平流式沉淀池有着其他沉淀池型不可比拟的优 势 ,其构造简单, 池深浅,造价低 ,沉淀效果稳定 ,操作 管理方便,对原水水质和水量变化的适应性较强, 能 耗低, 排泥设备如虹吸 、 泵吸或同时具备两种方式的 国产刮泥机技术已非常成熟。平流式沉淀池已成为 我国现有城市污水厂沉淀池的主要池型 。 平流式沉淀池的沉淀效果除受原水水质的影响 外 ,还与池中水平流速、沉淀时间、颗粒的沉降速度、 进出口布置形式及排泥效果等因素有关 。本文对传 统的平流式沉淀池进行了改进, 设计提出了一种新型 平流式沉淀池,即在传统的平流式沉淀池的进水口设 置开孔率适当的进水调流板,在出水溢流堰上沿水流 方向增设溢流槽 ; 分析了调流板和溢流槽对新型平流 式沉淀池沉淀效果的影响 。 1 新型平流式沉淀池的设计 1. 1 增设调流板 传统平流式沉淀池中 ,经过渡段调节后进人工作 段的水流紊动仍比较剧烈, 流场分布不均匀, 为改善 水流条件, 对传统平流式沉淀池进行了改进, 在进水 口加设调流板来对水流进行调节 ,调流板对水流调节 平面示意图如图 1所示。 23 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 图 1 调流板对水流调节示意 从设计原理分析 ,调流板的作用是消能和对水流 流场进行调节。经过渡段调节后进人工作段的水流 紊动仍比较剧烈 ,具有较大的动能 , 调流板将对这种 具有较大动能和紊动强度的水流产生拦截作用 ,减缓 其运动趋势 ,迫使其动能和紊动强度都有所降低, 并 对水流流场进行调节 ,使调节后的流场分布更利于泥 砂的沉降。在平流式沉淀池进水口设置调流板后, 来 水主流将直接顶冲在调流板上, 调流板将迫使其主流 向两侧横向扩散 ,甚至向底部扩散 , 使水流得到较充 分扩散 。当主流顶冲调流板时, 主流流速符合明渠水 流底部流速小、 上部流速大的特点 , 为使调流板能对 来流的这种流速分布进行调节 ,经过水力学分析, 认 识到可在调流板上布设不同孔径的孔洞作为出水 口 [ 2-4] ,调流板示意图如图 2所示。 图 2 调流板示意 图 3 加溢流槽后溢流堰出池水流示意 1. 2 增设溢流槽 根据含砂量沿垂线的分布曲线可知含砂量沿垂线 的分布是上稀下浓,即越靠近水表面, 含砂量越小,因 此要想提高平流式沉淀池的沉淀效率, 就应当尽量取 表层的清水。实际工程中由于平流式沉淀池的尺寸等 限制,溢流堰不能太长,这样就不能有效地降低溢流堰 上的水头以取得表层清水。此时可以在溢流堰上沿水 流方向增设几道溢流槽来解决这一问题 [ 5] ,加设溢流 槽后溢流堰出池水流示意如图 3所示。 2 试验结果分析 为了验证增设的调流板和溢流槽对提高平流式 沉淀池沉淀效率的作用 , 在长 10 m , 宽 0. 72 m的平 流式沉淀池模型中进行了试验 , 模型由进水段、渐变 过渡段 、 沉淀室段和集水区 4部分组成 ,其中进水段 长 1 m 、 渐变过渡段长 1 m 、沉淀室段长 6 m 、集水区 长 2 m 。整个模型的平面布置见图 4, 剖面见图 5。 图 4 平流式沉淀池模型平面布置 图 5 平流式沉淀池模型剖面 2. 1 调流板对沉淀效果的影响 主要考察调流板对平流式沉淀池含砂量沿程变 化的影响规律,试验中分别针对加调流板和不加调流 板对含砂量的沿程变化情况进行了研究, 在测量含砂 量时,各断面均取平均含砂量作为该断面含砂量的代 表值。当 Q 9. 5 L /s 时有无调流板对水流泥砂含量 沿程变化关系如图 6所示 。 图 6 含砂量沿程变化 从图 6可以看出, 含砂量沿程逐渐减少, 离调流 板最远的溢流堰处的含砂量最小 ,充分反映了泥砂的 分选沉降规律; 并且由于调流板的作用 ,虽然来水含 砂量较大,但经过调流板调节后 ,含砂量迅速减少 ,减 小的最大幅度为 80以上, 说明调流板对水流的调 24 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 节效果是非常明显的 。 加设调流板后,调流板不仅能对沿平流式沉淀池 纵向的流场产生调节作用, 同时也能对平流式沉淀池 沿水深方向的流场产生调节作用 。在未加设调流板 时 ,在池首部水流表面流速较大, 不利于细颗粒泥砂 的沉降 ; 加设调流板后 ,在池首部水流表面流速较小, 有利于细颗粒泥砂的沉降, 能够提高细颗粒泥砂在池 首部沉降的机率 ,从而最终达到提高泥砂在平流式沉 淀池内沉降的效率。 2. 2 溢流槽对沉淀效果的影响 在平流式沉淀池溢流堰区增设溢流槽后, 可直接 降低溢流堰水头 ,也间接的降低了平流式沉淀池内水 流的有效深度。图 7和图 8所示分别为有 、 无溢流槽 时平流式沉淀池含砂量沿程变化图。 ◇ S o 13. 27; □ S o 11. 96; △ S o 11. 37; S o 10. 63 图 7 加溢流槽时含砂量沿程变化 ◇ S o 12. 53; □ S o 11. 86; △ S o 10. 83; S o 10. 29 图 8 不加溢流槽时含砂量沿程变化 比较图 7和图 8可以看出 加溢流槽后含砂量沿 程逐渐减小的幅度比不加溢流槽时要大, 尤其是在溢 流堰处 ,不设溢流槽时出池水流含砂量在 2 g /L 左 右 ,增设溢流槽时出池水流含砂量 1 g /L , 出池水流 平均含砂量最大降幅可达 94. 8, 可见溢流槽的影 响作用显著 。 2. 3 调流板和溢流槽共同作用对沉淀效果的影响 通过分析试验数据表明 ,在设置调流板后, 平流 式沉淀池对粒径 0. 10m m以上的杂质处理率达 95 以上, 沉淀室内水流的扩散比较充分 , 没有回流和偏 流现象 ,流场分布比较均匀 ,有利于泥砂的沉降 ; 加设 溢流槽后, 泥砂的截砂率有了较大提高 ,并且粒径越 细 ,提高的越明显 , 表明溢流槽对细颗粒泥砂的排除 效果良好。不同粒径的泥砂沉降效果见表 1。 表 1 不同粒径的泥砂沉降效果 分组 粒径/m m 截砂率 / 不设调流板和 溢流槽 设置调流板和 溢流槽 提高率 / 0. 0570. 687. 418. 8 0. 05～ 0. 1077. 391. 814. 5 0. 10～ 0. 1585. 296. 911. 7 0. 15～ 0. 2588. 599. 110. 6 0. 25～ 0. 5089. 899. 910. 1 3 结语 对传统的平流式沉淀池进行了改进, 设计提出一 种新型平流式沉淀池 。并通过试验研究和理论分析 讨论了调流板和溢流槽对泥砂沉淀效果的影响 ,从含 砂量沿程变化规律和泥砂的粒径级沿程变化规律方 面对泥砂沉淀效果进行了分析 ,得出 1 在进水口处设置了调流板对水流流态进行调 整 ,使流速分布更加均匀, 泥砂沉降速度明显加快 ,沿 程含砂量的迅速减小 ,有利于泥砂的沉降 。 2 在溢流堰上沿水流方向增设了溢流槽 , 从而 增加了溢流长度 ,有利于取得表层含砂量较小的水, 提高了平流式沉淀池的沉淀质量 ,同时也提高了细颗 粒泥砂的沉淀效率。 参考文献 [ 1] 张希衡. 水污染控制工程 [ M] . 2 版. 北京 冶金工业出版 社, 1993. [ 2] 刘焕芳, 宗全利. 一种新型平流式沉砂池的设计[ J ] . 工业水处 理, 2005, 25 4 71- 74. [ 3] 宗全利, 刘焕芳, 李强, 等. 一种新型冲洗式沉沙池的设计探讨 [ J ] . 长江科学院院报, 2005, 22 2 13- 16. [ 4] 刘焕芳, 杨文兴. 流水鱼池设计中的几个问题[ J ] . 水利渔业, 1993, 17 1 44- 45. [ 5] 宗全利. 微灌用新型冲洗式沉沙池水力特性研究[ D ] . 石河子 石河子大学, 2005. 作者通信处 华根福 832000 新疆石河子大学水利建筑工程学院 E - ma i l h u a 19850120s h z u 163. c o m 2009-03-18 收稿 25 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期