CN104707370A - 一种斜管沉淀池配水整流装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种斜管沉淀池配水整流装置，所述整流装置包括若干块导流板，每块导流板分为上下两部分，上半部分为设置可调导流窗的垂直导流板，下半部分为倾斜导流板，所述导流板下方设置反馈装置，所述反馈装置利用若干测速探头对各导流板之间间隙内的流量进行测量，根据反馈装置测得的流量对所述可调导流窗的开窗方向进行调节。本发明不同导流窗的组合作用可保证正常絮凝作用的条件下，最大程度降低异重流、紊流等因素造成的不均匀现象，充分利用配水区有效容积进行絮凝作用，增强絮凝效果。通过削减不均匀流现象，可有效降低进入沉淀区的最大流速，从而实现絮凝至沉淀的平稳过渡，减少沉淀区进水对悬浮泥渣的扰动作用。

Description

一种斜管沉淀池配水整流装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种斜管沉淀池配水整流装置及其控制方法，该方法主要用于控制斜管沉淀池配水区内的流态均匀性，通过降低配水区流态的Froude数，减弱由于配水不均匀造成的底泥上翻现象，提高出水水质。

背景技术

斜管沉淀池是水处理工艺中最常见的处理构筑物之一，可显著提高沉淀效率，节约占地面积。很多水处理构筑物，例如高密度沉淀池等，都是以斜管沉淀池为原型发展起来的新型沉淀池。理想的斜管沉淀池沉淀效率应主要由颗粒沉速和上升流速决定。但斜管沉淀池泥水分离区与进水口相连，很容易受到侧向进水流速的影响。当侧向流速很小，使流态处于层流状态，则对自由沉降的絮体影响较小。但当侧向流速由于不均匀流的影响造成部分区域流速过大，则会提高该区域流体的雷诺数，产生局部紊流。紊流会影响自由沉降的絮体，甚至破坏由于网扑卷扫现象造成的集团沉降絮体，从而造成本应沉降的小絮体却随着上升水流上浮，影响泥水分离效果，造成沉淀区底泥上翻，降低沉淀效率与出水水质。当进水流量接近设计流量时，更易出现此情况，从而影响斜管沉淀池的实际使用效率。因此，在进水流量一定的情况下，应尽量保证流态均匀，降低进水同一断面的流速方差。但由于速度差、温差以及密度差等因素的影响，实际运行时很难做到流态均匀。这种不均匀的流态，是造成斜管沉淀池运行不稳定的主要原因之一。

为解决此问题，现有技术通常关注配水区末端的斜挡墙对配水均匀性的影响，通过改变斜挡墙的角度、长度甚至弯曲度，分析配水均匀性。但现有技术忽略了配水区前端由于进水Froude数较高造成的紊乱现象。通过仿真模拟发现配水区前端的设计对于配水均匀性起到了至关重要的作用，但是单纯依靠配水区设计优化存在瓶颈，配水均匀性达到某一极值后较难继续提升。进一步提升配水均匀性的难点是针对不同流量、水温等进水条件，进行相应的调整。固定的配水区难以实现对不同条件进行调整，这也是现有斜管沉淀工艺尚未解决的技术关键点。

另外，斜管沉淀池配水的过程也是絮凝作用的一部分。目前斜管沉淀池为了节约占地面积，通常搭配机械絮凝池。机械絮凝池内部G值差异性很大，很多较大絮体易被搅拌桨打碎成小絮体。这些小絮体进入斜管沉淀池配水区后会再次聚集，从而在沉淀区完成泥水分离。因此斜管沉淀池配水区的设计除了考虑配水均匀性外，还应该考虑絮凝作用的效果。传统的斜管沉淀池配水区基本不具备专用的絮凝区域，不利于破碎絮体的再次聚集。造成这一因素的原因之一是斜管沉淀池的斜管占用大量面积，配水区通常兼顾设备检修孔的功能，无法利用该区域设置絮凝措施。如何充分发挥配水区的絮凝效能，且不影响斜管沉淀池总体功能，是斜管沉淀工艺进一步发展所面临的新问题。

斜管沉淀池内部流态控制手段一直未能得到有效解决，这也是斜管沉淀池运行效果经常不稳定的技术瓶颈。因此，本发明从斜管沉淀池起端配水区作为突破口，通过独有的配水整流控制方法，实现对斜管沉淀池内部流态的自动优化，并为相关配水整流装置的制作提供理论依据。

发明内容

本发明目的是提供一种斜管沉淀池配水整流装置，可通过实时监测出水均匀性情况选择相适应的配水整流方案，从而提升斜管沉淀池配水均匀性，增强絮体再凝聚效果，提升沉淀效果和出水水质。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种斜管沉淀池配水整流装置，所述整流装置包括若干块导流板，每块导流板分为上下两部分，上半部分为设置可调导流窗的垂直导流板，下半部分为倾斜导流板，所述导流板下方设置反馈装置，所述反馈装置利用若干测速探头对各导流板之间间隙内的流量进行测量，根据反馈装置测得的流量对所述可调导流窗的开窗方向进行调节。所述垂直导流板上设置n行可调导流窗，其中上部的k行可调导流窗为快速整流窗，向同一方向开窗，其它行是慢速整流窗，相邻行之间开窗方向交错设置。根据本发明的优选实施例，所述若干块导流板通过伸缩装置固定在斜管沉淀池内，所述伸缩装置包括固定在斜管沉淀池内的滑动基座，滑动基座内设置有滑块，所述导流板通过伸缩杆与滑块连接，所述滑块还与一收纳杆连接，所述收纳杆在电动执行器控制下竖直滑动。滑动基座包括基架，基架内设置有滑杆，以及与滑杆相配合的滑块，滑块分为下滑块和上滑块，下滑块固定在基架上，上滑块与滑杆滑动连接，上滑块与收纳杆连接。

本发明的另一目的在于提供一种斜管沉淀池配水整流装置的控制方法，可通过实时监测出水均匀性情况选择相适应的配水整流方案，从而提升斜管沉淀池配水均匀性，增强絮体再凝聚效果，提升沉淀效果和出水水质。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种斜管沉淀池配水整流装置的控制方法，其特征在于所述整流装置包括若干块导流板，每块导流板分为上下两部分，上半部分为设置可调导流窗的垂直导流板，下半部分为倾斜导流板，所述导流板下方设置反馈装置，所述反馈装置利用若干测速探头对各导流板之间间隙内的流量进行测量，根据反馈装置测得的流量对所述可调导流窗的开窗方向进行调节。所述垂直导流板上设置若干行可调导流窗，其中上部的部分可调导流窗为快速整流窗，向同一方向开窗，其它行是慢速整流窗，相邻行之间开窗方向交错设置，若反馈装置测得左侧导流板之间间隙内的流量小于右侧导流板之间间隙内的流量，则控制所述快速整流窗向左开窗，反之亦然。

本发明的导流窗的组合开启方式是根据整流装置末端的监测反馈装置对整流效果的实时分析，传导信号至导流窗电动执行器，从而优化导流窗的组合方式。这种控制方法可不断适应由于季节变化、水源性质变化带来的斜管沉淀池内部流态变化。

附图说明

图1为整流装置样图。

图2为整流原理图。

图3为导流窗布置图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

本发明一种用于斜管沉淀池的配水整流控制方法，它主要包括具有絮凝增效作用的整流装置，如图1所示，所述整流装置包括导流板1，所述导流板分为上下两部分，上半部分为垂直导流板，下半部分为倾斜导流板，倾斜导流板与水平面的夹角介于60到90°之间。所述整流装置设置若干块导流板1，所述若干块导流板通过伸缩装置固定在斜管沉淀池内，距离配水区末端的斜挡墙距离越远，则导流板的下半部分与水平面的夹角越大。导流板分为上下两部分。导流板上半部分为垂直导流板，垂直导流板上设置若干可调整方向的导流窗8。导流窗采用电动控制，通过调节开启度，保持不同导流板间流态均衡，同时提升配水区的絮凝效果，弥补机械絮凝工艺中絮体破碎及短流效果。

导流板下半部分为倾斜导流板，与水平面呈一定角度倾斜设置，四块导流板(数量可增减)与水平面的夹角由60°至90°逐渐增大。下半部分导流板主要控制各空隙水流的流向，充分利用斜管沉淀池配水区下部空间，避免不均匀流对沉淀区的影响。

伸缩杆3连接导流板1，通过调节伸缩杆3可控制导流板1的间距。

收纳杆4通过滑动基座2带动伸缩杆3，由电动执行器5控制上下运动，起到传动作用，并可增设加固结构。

电动执行器5的作用是通过收纳杆4等的传动来控制伸缩杆3的伸缩，同时控制导流窗8的组合开启方式。电动执行器具有自锁功能防止伸缩杆3误操作。

冲洗装置6位于导流板1旁边，可定期通过高压水冲洗导流板，避免导流板上杂质的沉积。冲洗开关使用电磁阀控制，采用侧向冲洗水，避免扰动沉淀区。

反馈装置7位于导流板1下方，采用若干测速探头对各导流板间隙内的流量进行测量，并反馈至电动执行器。可通过电动执行器调节导流窗的开启来对整流装置进行优化调整，也可人工根据反馈信息调整整流装置。根据装置中反馈系统对出水不均匀情况的实时监测，通过一定算法自动对不均匀情况进行判断并控制导流窗组合方式，提升配水均匀性。导流窗采用电动控制，共设置三种方式，分别为左侧45°开窗、右侧45°开窗和中间关窗。不同导流板的间距宜与导流窗的长度相等。当同排同方向45°开窗时，可确保多数流体通过导流窗导流至相邻列下行，少量流体通过导流窗开启时的未闭合间隙流至同列下行。未闭合间隙的设置可增加流体中的微小漩涡从而增强絮凝效果，同时避免因导流窗完全阻隔导致的积泥现象。

根据图2所示，本发明设置m+1个导流板，每个导流板上设置n行导流窗，其中前k行为快速整流区，其它行是慢速整流区。从两块相邻导流板之间流入的流速分别为V₁、V₂、…、V_i、…、V_m-1、V_m，m个测速探头分别设置在两块相邻导流板之间，测得的流速分别为V₁’、V₂’、…、V_i’、…、V_m-1’、Vm’，本整流控制方法可实现实时监测整流效果，若整流效果变差时，通过分析最大流速与最小流速的比值大小，自动改变导流窗组合方式。分析控制规则按照如下整流控制公式进行：

其中k—需同向整流次数，即快速整流区的导流窗行数

a—测得的最大流速与最小流速比值

m—导流通道数，即导流板数量减1。

通常情况下斜管沉淀池的快速整流区为3行。快速整流区的运行方式应根据整流装置起端的流速分布情况进行设置，并最终根据末端的流速监测情况，反馈至控制系统对导流窗组合方式进行调节。下面结合通常情况下的斜管沉淀池，列举几种常见的整流工况，监测反馈控制系统可根据下表对导流窗组合形式进行自动判断并发出调节指令。

根据图3所示，垂直导流板上设置p列n行导流窗。其中单一导流窗宽度为L，高度为H。导流窗宽度L和高度H可根据配水区尺寸及p、n值确定，但不宜超过200mm。为保证整流区域内具有一定的絮凝作用，同时避免G值过大破坏絮体，导流窗采用等分布置，即导流窗水平间距和垂直间距亦为L和H。导流窗与导流板的关系如下：

其中A—垂直导流板总宽度

B—垂直导流板总高度

通过设置导流窗，可以有效利用配水区进行整流和强化絮凝的作用。导流窗的布置方式是根据斜管沉淀池配水区水流特点设置的，间隔设置可增强水流絮凝效果，实现了水流通过导流窗不同开启方式的相互传导作用，同时等间距布置方式适应多数情况下配水区进水的不均匀度。如各导流板间隙水流流速比例接近1:1:1时，通过奇数行导流窗与偶数行导流窗开启方向相反的组合方式，可不改变各间隙水流流速比例，同时增加水流中絮体碰撞概率，强化絮凝作用。

它区别于现有技术之处在于：

1.现有配水区由于速度差和温差等因素影响通常配水不均匀，且无法根据周围条件的变化进行相应调整。通过可调节开启方向的导流窗的不同组合方式，可对导流板间隙流量进行调整，提高配水均匀性，同时增强絮凝作用。

2.导流窗分为k行快速导流区和(n-k)行慢速导流区。通过整流控制公式，自动分析整流效果并自动优化导流窗组合。

3.相比现有斜管沉淀池，本发明在斜管沉淀池配水区前端利用导流板对进水流态进行整流，将原本一个配水区分成若干个导流板间隙，降低Froude数，提高配水效率，避免短流现象，提高出水水质。同时整流末端通过60°至90°的渐变导流，扩散效果更好，保证进入沉淀区后流态更均匀。

4.配水区除了配水功能外，通过导流板和电动导流窗的水力絮凝作用，可增强破碎絮体的再次凝聚效果，弥补上游絮凝工艺由于短流或破碎絮体带来的不利影响。

5.本发明具有伸缩收纳功能，检修时可收起整流设备不影响检修人孔的正常使用。

6.反馈装置是检验整流装置效果的有效途径。通过安装流量探头，可实现对整流装置效果的在线监测，同时反馈信息至控制系统，实现整流装置的自动控制，自动优化整流装置的运行参数。

7.受原水水质及加药种类等因素的影响，整流装置及其附属设备可能出现部杂质沉积表面等现象，影响装置正常使用。通过设置冲洗装置，可实现自动冲洗，避免人工清洗的繁琐，冲洗过程也不影响斜管沉淀池的正常使用。

8.本整流装置可安装在斜管沉淀池及其衍生池型，重量轻，安装简便，可广泛用于斜管沉淀池的新建或改造项目，提高斜管沉淀池使用效率。

Claims (8)

1.一种斜管沉淀池配水整流装置，所述整流装置包括若干块导流板，每块导流板分为上下两部分，上半部分为设置可调导流窗的垂直导流板，下半部分为倾斜导流板，所述导流板下方设置反馈装置，所述反馈装置利用若干测速探头对各导流板之间间隙内的流量进行测量，根据反馈装置测得的流量对所述可调导流窗的开窗方向进行调节。

2.权利要求1所述的一种斜管沉淀池配水整流装置，其特征在于所述垂直导流板上设置n行可调导流窗，其中上部的k行可调导流窗为快速整流窗，向同一方向开窗，其它行是慢速整流窗，相邻行之间开窗方向交错设置。

3.权利要求1所述的一种斜管沉淀池配水整流装置，其特征在于所述若干块导流板通过伸缩装置固定在斜管沉淀池内，所述伸缩装置包括固定在斜管沉淀池内的滑动基座，滑动基座内设置有滑块，所述导流板通过伸缩杆与滑块连接，所述滑块还与一收纳杆连接，所述收纳杆在电动执行器控制下竖直滑动。

4.权利要求1所述的一种斜管沉淀池配水整流装置，其特征在于滑动基座包括基架，基架内设置有滑杆，以及与滑杆相配合的滑块，滑块分为下滑块和上滑块，下滑块固定在基架上，上滑块与滑杆滑动连接，上滑块与收纳杆连接。

5.权利要求1所述的一种斜管沉淀池配水整流装置，其特征在于导流板旁边设置冲洗装置，采用侧向冲洗水冲洗导流板。

6.一种斜管沉淀池配水整流装置的控制方法，其特征在于所述整流装置包括若干块导流板，每块导流板分为上下两部分，上半部分为设置可调导流窗的垂直导流板，下半部分为倾斜导流板，所述导流板下方设置反馈装置，所述反馈装置利用若干测速探头对各导流板之间间隙内的流量进行测量，根据反馈装置测得的流量对所述可调导流窗的开窗方向进行调节。

7.权利要求6所述的一种斜管沉淀池配水整流装置的控制方法，其特征在于所述垂直导流板上设置若干行可调导流窗，其中上部的部分可调导流窗为快速整流窗，向同一方向开窗，其它行是慢速整流窗，相邻行之间开窗方向交错设置，若反馈装置测得左侧导流板之间间隙内的流量小于右侧导流板之间间隙内的流量，则控制所述快速整流窗向左开窗，反之亦然。

8.权利要求7所述的一种斜管沉淀池配水整流装置的控制方法，其特征在于，所述可调导流窗设置三种开窗方式，分别为左侧45°开窗、右侧45°开窗和中间关窗。