虹吸滗水器设计

一种滗水器的设计刘建广孟宪栋李俊策摘要：介绍了虹吸式滗水器的特点及工作原理，提出了虹吸式滗水器的设计要点、设计步骤及计算方法，推导出了计算关系式。关键词：SBR；滗水器；污水处理中图分类号：X505文献标识码：A文章编号：1003-5990（2000）01-0027-03DesignofakindofwaterdecanterLIUJian-guang（Dept.ofEnvironmentEngineering,ShandongInstituteofArchitectureandEngineering,Jinan,250014,China）AbstractThecharacteristicandworkprincipleofsiphonwaterdecanterisintroduced.Designstepsandcalculationmethodsarepresented.KeyWordsSBR;waterdecanter;wastewatertreatment间歇式活性污泥法(SBR)污水处理工艺由于不设二沉池、不需污泥回流、且具有工艺简单、基建和运行费用低、出水水质好、通过调节运行过程可取得较好的脱氮除磷效果等优点［1］，逐渐得到较广泛的应用，目前在工业废水处理中，SBR工艺应用较广［2～5］。SBR反应器的滗水器种类较多［6］，但现有实际运行的SBR工艺中，有相当一部分所采用的是一种简易的滗水器，即在反应池最低水位处设置排水管与阀门，阀门为手动或电动，此种形式的滗水器具有出水带沉渣影响出水水质的缺点，而且由于排水管直径较大，需使用大直径阀门，因此，应进行改进。1虹吸式滗水器的特点及工作原理在众多形式的滗水器中，虹吸式滗水器具有以下优点：(1)结构简单；(2)无转动部件，维修简便；(3)运行可靠，容易加工，成本低。在整个滗水器系统中，唯一的运动部件是一个小直径的电磁阀，在国外应用较多，但有关设计计算的报道很少。虹吸式滗水器见图1。其工作原理是：在进水与曝气阶段，池内水位不断上升，短管内的水位也上升，但由于U型管中水封作用，管内空气被阻留而且受压。当池内水位到达最高设计水位时，短管内的水位也达到最高，但仍低于横管管底，U型管中上升管与下降管中的水位差达到最大，管内被阻留的空气的压力使短管内水位保持在横管管底以下，以避免水流出池外。沉淀阶段过后，进入排水阶段，此时打开放气电磁阀门，管内空气被压出，池内上清液在水位差的压力作用下，从短管进入收集横管并通过U型管排出，直至到达最低水位。当排水开始后，关闭电磁阀，这样可保证当池内水位低于横管时，仍能通过虹吸作用到达最低水位。图1滗水器工作原理示意图2虹吸式滗水器的设计要点及计算2.1设计注意事项(1)短管数量应足够多，在SBR反应池平面上均匀分布，以减小进口流速，防止搅动沉泥。(2)短管管口与污泥层应用一定高度的缓冲层。(3)应采取措施防止浮渣进入排水管。设计合理的滗水器必须保证满足以下几个条件：(1)在池内水位处于最高水位时，短管内水位必须低于横管管底，绝对不能进入横管。(2)U型管高度应大于水封所需水位差。(3)U型管出水口应位于池子最低水位，这样可保证在池内任何水位均能排水。要保证第一个条件，必须使得滗水器各段管路的设计能保证管内气体经压缩后，管内气体压力足以平衡池内最高水位与短管内的水位差压，这是设计要点，是滗水器正常工作的关键。若不能满足此条件，则随池内水位上升，短管内水位上升至横管而使水流至U型管内，并流至池外，这样就无法起到关闭出水的作用。2.2设计步聚(1)根据池容积与排水时间确定U型管径。(2)根据池面积布置横管及确定管径。(3)根据最低水位确定短管口标高位置、短管长度、横管标高。(4)根据最高水位与短管内水位差，确定U型管高度。(5)根据各段管道容积关系，确定短管的数量与管径。2.3滗水器的计算2.3.1为了保证U型管高度大于水封所需高度，应满足下式：h1＞Δh（1）可取h1≥Δh＋0．5（2）式中：h1为U型管最小高度，m；Δh为池内最高水位与短管内最高水位差，m。2.3.2管内空气符合理想气体状态方程(温度不变)，则P1V1＝P2V2（3）式中：V1为池内最低水位时，管内气体容积，m3；V2为池内最高水位时，管内气体容积，m3；P1为最低水位时管内气体压强(即大气压)，Pa；P2为最高水位时管内气体压强，Pa。为了保证受压气体的压力与水位差Δh相平衡，必须满足下式：P2≥P1＋Δh×9．8×103(4)滗水器中气体容积的变化(压强变化)，是由于短管内水位上升与U型管下降管中水位下降引起的，因此，为了讨论方便，将滗水器分成三部分，即短管部分、横管部分、U型管。假设在池内处于最低水位时，U型管内满水，则V1＝Vd＋Vh（5）V2＝Vh＋Vu（6）式中：Vd为所有短管容积之和，m3；Vh为所有水平横管总容积，m3；Vu为池内最高水位时U型管下降管中空气容积，m3。将式(4)、(5)、(6)代入(3)中得：整理得：一般取P1＝1．013×105（Pa）则（7）滗水器三部分容积必须满足(7)关系式，即只有短管总容积足够大，才能保证在短管内充满水时，气体受到较大压缩，而且有足够的压强。根据Vd，即可确定短管数量与管径。为了防止浮渣随清水流出，应使池内最低水位高于短管口2cm以上，这可以通过在短管下部最低水位处打孔来破坏虹吸实现，也可以利用液位控制器打开电磁阀实现。另外，在实际运行中，应注意电磁阀的气密性，只有保证了电磁阀关闭后气体不泄漏，虹吸式滗水器才能正常工作。在实际工程中，虹吸式滗水器特别适合于Lipp钢结构罐体，因Lipp技术采用的是防腐性能好的镀锌钢板或复合钢板等薄壁板，厚度仅2～5mm。在施工中应尽量避免管道穿罐壁，以防因焊接而破坏防腐层或因焊口处理不当而引起腐蚀，进出水管尽量采取从罐顶敷设及从池底基础预埋的方法，具体做法参见图1。作者简介：刘建广（1964-），男，山东章丘人，山东建筑工程学院环境工程系副教授，硕士，主要从事水处理技术的教学与研究.刘建广（山东建筑工程学院环境工程系，山东济南250014）孟宪栋（聊城市规划设计院，山东聊城252060）李俊策（山东建筑工程学院环境工程系，山东济南250014）参考文献：［1］彭永臻.SBR法的五大优点［J］.中国给水排水，1993，9(2)：29-32.［2］曾科，等.SBR法处理白酒生产废水的设计与运行［J］．给水排水，1998，24(10)：40-43.［3］毕学军，高廷耀，等.肉食加工废水的DAF—SBR法处理［J］.中国给水排水，1998，14(2)：22-23.［4］宋颉.莲花味精集团污水处理厂SBR自控系统［J］.中国给水排水，1999，15(6)：41-43.［5］关卫省，张立柱，等.SBR—COR工艺在港口洗舱化学品废水处理中的应用［J］.给水排水，1999，25(9)：32-34［6］张大群，王秀朵.SBR工艺新DAT—IAT法及新型滗水器［J］.中国给水排水，1996，12(1)：26-29.