关于转刷曝气氧化沟中挡流板设置位置的讨论

关于转刷曝气氧化沟中挡流板设置位置的讨论在转刷曝气氧化沟工艺中，为了增加氧化沟的底部流速，促进沟内的水流混合,需要在曝气转刷下游设置挡流板。但是对挡流板设置位置国内尚无十分成熟的设计经验，国内的转刷生产商也未对此进行深入的试验研究，提供的挡流板定位尺寸未必合理，往往造成工程的缺憾。本文针对某城市污水处理厂挡流板设置出现的问题及其改造过程，提出挡流板设置位置的建议。1转刷挡流板位置的确定某城市污水处理厂氧化沟有效水深4m,沟宽8.7m，采用Φ1m×7.5m转刷，挡流板尺寸为8.6m×0.6m×0.1m，设有Φ800水下推流器，出口安装2台L=5.0m出水堰，调节高度为0.5m。氧化沟的廊道、曝气转刷及挡流板布置见图1。图1氧化沟廊道、转刷及挡流板布置示意工程投入运行后，出现了2个问题：①从廊道底与挡流板顶之间空隙中飞溅的混合液落向廊道外壁和栏杆上，严重影响着厂区的环境卫生；②曝气转刷后的水流在挡流板顶产生了强烈的水跃，改变了曝气转刷的运转条件，导致曝气转刷的淹没水深局部增大，驱动电机的电流相应升高，过流保护频繁作用。上述2个问题主要是由于挡流板淹没深度和挡流板与曝气转刷安装间距不合适造成的。通过现场试验研究后，确定改进方案为：保留挡流板两端导轨的固定膨胀螺栓，仅将导轨沿60°倾斜方向下降，使图1所示挡流板顶的淹没深度由15cm增加到20cm。该方案的优点是不需要更换膨胀螺栓，改造工作量最小。实施改造后，曝气转刷的电流已下降并趋于正常，也基本消除了向廊道外侧和顶部飞溅混合液的问题，尽管在冬季仍会出现廊道受潮结冰行走不便的现象。至于导流效果，则存在两方面的变化：一方面由于挡流板顶的淹没深度增加5cm后，基本上消除了挡流板顶部的水跃，从而降低了沟内水流的能量消耗，有助于提高沟内流速；另一方面，考虑到曝气转刷的淹没深度仅有30cm，挡流板顶下降5cm，占转刷淹没深度的1/6，明显减少了导流表层高速水流的比例，必然会降低挡流板向沟底导流的效果，这一点从氧化沟出现漂浮泥块数量的增加可以推断（漂浮污泥与沟深过大、水下推流器选型欠周也有很大的关系）。2氧化沟水位变化对挡流板的影响如果设计不周，造成氧化沟内水位变化较大，不仅会使曝气转刷的曝气与推动功效降低，电机的电流不稳定，还会因水位降低使挡流板露顶，造成严重的水跃溅水现象，这一情形在转刷曝气Carrousel氧化沟工艺中已有发生。由于Carrousel氧化沟工艺一般不需较长的出水堰，堰上水头常达10～20cm，如果未采用自动控制调节堰高以维持恒定水位，则氧化沟水位会随着提升泵及回流泵开启数量的变化而明显波动，最小流量与最大流量之间的水位变幅可达5～10cm，足以促成挡流板顶在低水位时发生水跃。因此，转刷曝气Carrousel氧化沟应对出水堰实行恒水位自控调节堰高。3挡流板安装位置的确定通过对若干氧化沟工艺城市污水处理厂的考查可以看出，目前国内关于曝气转刷挡流板设置位置并无一致意见，一些工程通过加宽廊道或将曝气转刷在廊道内偏置，以确保挡流板完全被廊道覆盖，避免混合液飞溅或随风飘落至廊道上部；也有工程将挡流板设置在廊道外，与曝气转刷的距离适当增大，个别情形直接在挡流板顶部水面上方增加水平挡板。为了解决挡流板设置问题而进行的试验表明：①挡流板最高顶边的淹没深度控制在15cm左右是比较合适的，既能较大限度地将表面高速水流向纵深导流，又可避免形成强烈的水跃。②挡流板与曝气转刷的间距以2.5m左右为宜。在曝气转刷后1.5m以内，由于水流强烈紊动，设置挡流板是不适宜的；在1.5～2m之间，仍然会受到紊动水流的影响，但在2m左右水流紊动明显减弱。当距离达到2.5～3m时，水流趋于平稳，而表面高速水流尚未明显向下扩散。故本文认为：在采用廊道覆盖措施时，为了减少廊道宽度，可以将挡流板与曝气转刷的间距定在2m左右，但廊道底超出挡流板的水平距离宜取L≥(H1+H2)tg60°(见图2)，以避免混合液溅出廊道之外；若将挡流板置于廊道外，且无覆盖措施，则与曝气转刷相距2.5～3m为宜。图2廊道覆盖挡流板布置示意4挡流板顶部形状的影响与改进挡流板的顶部形状也是造成该处溅水的一个原因。当氧化沟渠宽较大时，为了保证刚度要求，挡流板厚度需达8～10cm。目前采用的挡流板均为矩形截面，当按图3所示将挡流板与水流成60°角安装时，其顶面与水流成150°角。顶面高度不仅无助于向下导流，反而促使水流向水面以上溅出，起着加剧该处水跃的作用。以图1为例，挡流板顶厚10cm，在过水断面投影高度达5cm，占曝气转刷30cm淹没深度的1/6，这也正是板顶形状不容忽视的原因。如果在加工挡流板时按图3所示改变顶部形状，保持安装后挡流板顶面呈水平，则挡流板顶溅水问题就会有大的改善。图3挡流板外形示意5结论(1)挡流板安装位置不当不仅影响导流效果，也可能促成挡流板顶部水跃溅水，影响氧化沟廊道上的环境卫生，甚至还会改变曝气转刷的浸没条件，导致曝气转刷驱动电机的电流超限。本文建议：①挡流板最顶边淹没水深宜取15cm左右。②挡流板与曝气转刷轴的水平距离视廊道条件而定：若采用廊道覆盖，则水平距离以2m左右为宜，能正常发挥导流效果，又不致要求廊道过宽；若不设廊道覆盖，则水平距离取2.5～3m为宜。(2)若氧化沟水位波动幅度较大，不仅会造成曝气转刷的曝气与推动效率低，出现电机电流不稳定现象，也会因水位降低使挡流板露顶，产生水跃溅水情况。因此，在出水堰的堰顶水头较大的氧化沟工艺中应采取恒水位自控调节堰高的工程措施。(3)挡流板厚度较大时，宜改变顶部形状，减少使水流向水面喷溅的条件，建议按倾斜为60°安装后挡流板顶面呈水平形状，在过水断面的投影面积为零。