周進周出二沉池設計之探討
沉淀池是水處理工程中常用的構筑物，為提高水處理能力、穩定出水水質、降低運行成本和控制基建投資，各種類型的沉淀池都有了較大的改進和革新。筆者在某污水處理廠工程的設計中，針對出水水質要求高、用地面積少的情況，二沉池選用了圓形周邊進水周邊出水幅流式沉淀池。該工程總設計規模17×104m3／d，近期實施10×104m3／d。4座周進周出的沉淀池作二沉池，單池處理能力Qd=3.25×104m3／d。下文對周進周出沉淀池的選擇及配水系統的設計談一些具體做法。
1 周進周出與中進周出沉淀池的比較
1.1 沉淀區的流態 二次沉淀池進水為活性污泥混合液，懸浮物固體MLSS的質量濃度在3000－4000mg／L之間，遠高于池內的澄清水。由于二者間的密度差、溫度差而存在二次流和異重流現象。中進周出和周進周出兩種不同池型內的混合液流態各不相同，詳見圖1與圖2：
在中進式沉淀池中，活性污泥混合液從池中心進水管以相對較高的流速進入池內，形成渦流，經布水筒逐漸下降到污泥層上，再沿沉淀區中部向池壁方向流動并壅起環流。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，形成了反向流動的環流。這種環流不利于沉淀，限制了池子的水力負荷。
而在周邊進水周邊出水的沉淀池中，密度流的方向與中心進水式相反。混合液經進水槽配水孔管流入導流區后經孔管擋板折流，下降到池底污泥面上并沿泥面向中心流動，匯集后呈一個平面上升，在向池中心匯流和上升過程中分離出澄清水，并反向流到池邊的出水槽，形成大環形密度流，污泥則沉降到池底部。因此，周進周出沉淀池的異重流流態改變了沉淀區的流態，有利于固液分離。
1．2 容積利用率
異重流現象在中進式沉淀池中會形成短流，部分容積沒有得到有效利用，池子的實際負荷比設計負荷大得多。而周進式由于大環形密度流的形成，容積利用率要高得多。
對應進。出水槽位置的不同，中心進水與周邊進水沉淀池的容積利用率各不相同，詳見表1。
|
1．3 導流筒的作用
中進式中心導流商內的流速相對較高，常在0.1m/s以上，水流向下流動的動能大，易沖擊底部污泥，活性污泥在其間難以形成絮凝、澄清作用。而周進式由于池周長，過水斷面大，進水流速小得多。流速小，雷諾數和弗勞德數都比中迸式小，雷諾數小，慣性作用小；弗勞德數小，粘滯力作用大，這些都有效地促進了簡內流態向層流發展，產生同向流，促使活性污泥下沉。同時，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、結合、絮凝，產生良好的澄清作用，提高了沉淀效果。
2 周進式二沉池配水均勻性分析
沉淀池的處理效果與池表面負荷及水力停留時間有關。對于周進式二沉池，還有一個關鍵因素就是配水系統的均勻穩定性，只有沿圓周各點的進、出水量一致，布水均勻，才能充分發揮該池型的優點。
周進式沉淀池環形布水、均勻出流的水力學模型比較復雜，在計算中，因池直徑D遠大于配水槽槽寬B，圓弧的影響忽略不計，配水槽簡化為校柱形水渠，水流為沿程底孔泄流的直線漸變流。計算示意圖見圖3。
均勻配水，距進水點L段上對應的流量為：
Q=Q0（1－L／L0）
孔口出流量：
q=μ.ω（2gZ)0.5
配水水頭Z=H－H池，為槽內水位與池液位差。
槽內水流能量微分方程為：
dH+（dV2/2g）+idL＝0
影響配水系統均勻性q／Q0的因素較多，有進水流量Q0、配水槽槽寬B、槽內水深H、流速廠配水孔徑d、孔距l等。通過對各設計參數的取定，有不同的處理方法，雙向對流配水或單向環槽配水，配水槽等競或變寬，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和適用范圍，工程中不僅要考慮到工藝的合理性、穩定性，還要便于土建施工、設備安裝等，以臻工藝先進、施工便利。管理維護方便。目前常用的計算方法有3種：
①等孔距法
配水槽槽內水面為一水平線，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L相關，隨L的變化而變化，與進水水量從無關。實際工程中，B、H0的選擇取決于進水流量Q0，H0越大，V越小，配水的效果越理想。
等孔距法配水的優點是：配水孔管大小一致，孔距均等，沿池周均布并與池中心對稱。但工程實用性并不理想，槽寬B沿程變化復雜，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L的變化，槽內水深H、水流流速V也相應改變。H的改變說明各孔口配水水頭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。
等寬度法由于同時還存在另一變量：流速V，較適用于恒定流量，即進水水量變化不大的情況。實際工程中，隨進水水量。污泥回流量的改變，會存在一定的誤差。
③等流速法
此方法強調配水槽內水流流速廠恒定，從式(1)可知dH／dL ∝V，當流速V為定值且較小時，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順水流方向逐漸降低，通過確定水深H，各配水孔配水水頭Z，進而可得出各配水孔孔距ι。
等流速法的槽寬B隨槽長L呈線性關系，變化不復雜，施工可控制。同時由于流速V不變，受實際進水水量變化的影響并不大。
3 配水計算實例
本文所述工程實例中的周進周出二沉池的池內徑45m，池邊水深4.60m，總高度5.10m，單池處理能力Qd=3.25×104m3／d，表面負荷q＝0.85m3/（m3.d）。
設計計算中，限定工藝邊界條件：槽寬不宜小于0.3m；進出水槽槽底為平底；為防止混合液槽內沉淀，環槽流速V不宜低于0.3m/s；配水孔口不宜過小，均采用同一規格φ100，孔深與底板厚度相同。計算采用了等流速法和等寬度法組合。
①配水槽起端，為滿足水量變化要求，采用等流速法計算。根據最小設計流量Qmin槽內水流流速V＝0.3m/s確定起始槽寬B0及B=B0(1-L／L0）；根據平均設計流量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，當計算槽寬B＜0.3m時，取槽寬B=0.3m，采用等寬度法確定各配水孔孔距ι。此時因槽內流量小，配水均勻穩定性受流量變化的影響亦較小。
通過以上計算，該沉淀池配水槽寬B＝1.1-0.3m，渠內水深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。考慮進水量變化的影響，實際配水效果maxιq-q0ι＜2%q0。出水水質達到排放標準。
4 二沉池其他部件的設置
4.1 單向環流配水
理論上采用雙向環槽配水可減少渠道斷面，但工程中很難保證雙向對稱分流，一旦發生偏流，誤差會更大，采用單向環流配水更可靠。另外，配水槽內的刮渣板隨吸泥機單向旋轉，雙向配水不利于配水槽內撇渣。
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。出水堰環與池周同心，保證進出水均勻。
4.3 進水區擋水裙板
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，通過安裝在撇渣設備豎臂上的葉片刮集，驅動配水渠末端的浮閘堰門排除。
4.5 排泥
排泥設備選用中心傳動單管吸泥機。吸泥機轉動方向與進水形成的水流方向一致，攪動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流速均勻，防止孔口堵塞及污泥在管內沉積。
5 結語
周進周出幅流式沉淀池與傳統的中心進水式相比，具有較大的有效容積、高溢流率、最佳水力穩定性、最大范圍進水面、進水渠道表面撇渣等優點，在保證配水均勻穩定性的前提下，可以得到良好的處理效果。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
