CN109231317B - 差程式调质池用的异形出流孔口配水装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种差程式调质池用的异形出流孔口配水装置，属于水处理技术领域。该配水装置包括进水器、出水器及差程式调质池；进水器包含进水槽、进水孔、第一闸板阀，进水孔的孔口形状为菱形，流量通过第一闸板阀的第一闸板提升高度进行控制；出水器包含出水分配板、调质孔、调量孔、出水槽及第二闸板阀，调量孔为倒置三角形自由出流孔口，位于出水分配板下部，调量孔流量通过第二闸板阀的第二闸板提升高度进行控制，出水槽底部低于池体底部。本发明装置能够将调质池改造成了同步调质调量池，克服了传统调质池使用过程中不能根据来水实时调控的缺陷，适用于差程式调质池进水水质水量均可能需要被调节的场合。

Description

差程式调质池用的异形出流孔口配水装置

技术领域：

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种差程式调质池用的异形出流孔口配水装置。

背景技术：

调质池作为预处理构筑物在污水处理中得到广泛应用，主要作用是削减来水的水质水量波动，为后续处理构筑物提供相对平稳的进水。调质池，也被称为均质池。

目前，工程中使用的差程式调质池只具有调质功能而不具有调量功能，然而工程中来水的水质水量均可能存在变化，当来水水量发生变化时，差程式调质池无法满足实际需要。范长华在《均质均量调节池》(CN203741133)设计了一种均质均量调节池，包括含曝气装置的高水位运行调质池和含提升水泵的低水位运行调量池，调质池与调量池串联使用，来水先从调质池上方进入调质池，调质池池内设置有曝气管路系统，调质池的出水口与调量池的进水口相连，调量池通过提升泵进行流量调节。这种形式的均质均量池，占地面积大，使用中运行费用高，能耗大。

朱永全在《一种低能耗均质均量污水调节池》(CN205634942)中设计了一种低能耗均质均量污水调节池，包括底部高度不同的相连均质池和均量池，均质池内设置螺旋状排水槽，均量池底部设置提升泵，利用两个较小容积的水池，缩减了均质均量池的无效容积，减少基建费用，螺旋状排水槽增加了均质池的均质效果，利用压差实现了污水的提升，这种方式降低了运行成本，减小了运行过程中的能耗。然而，这种低能耗的均质池在使用过程中的运行参数不能随着进水参数的变化得到及时的更改，可调节性能差。

发明内容：

本发明针对现有技术存在的缺陷，提供了一种差程式调质池用的异形出流孔口配水装置，该配水装置打破了传统调质池只能调质而不能调量、使用过程不可控的缺陷，可实现差程式调质池同步调质调量的功能，并且增加可控性能。

本发明所提供的差程式调质池用的异形出流孔口配水装置包括进水器、出水器及差程式调质池；所述进水器设置在所述差程式调质池进水端上方，所述出水器设置在所述差程式调质池出水端末端。

所述进水器包含进水槽1、进水孔2、第一闸板阀，所述进水槽1为细长型矩形水槽，所述进水槽1位于所述差程式调质池上方，所述差程式调质池由若干个大小不同结构相同的廊道8构成。

所述进水孔2的孔口形状为菱形且竖直方向的轴长于水平方向的轴，所述进水孔2的出流方式为自由出流，所述进水孔2均匀设置于所述进水槽1靠近所述廊道8进水端一侧的槽壁，每个所述进水孔2下方对应设置一个大小不同结构相同的所述廊道8。

所述第一闸板阀包括第一闸板3、第一连杆4、第一框架5、第一电动装置6及第一支架7，第一支架7连接第一电动装置6，第一电动装置6连接第一连杆4，第一连杆4连接第一闸板3，第一闸板3置于第一框架5的导槽内，第一闸板3安装于所述进水孔2一侧的所述进水槽1槽壁的内壁，每个所述第一闸板阀对应一个所述进水孔2，所述第一闸板3位于所述进水孔2正前方。

所述出水器包括出水分配板9、调质孔10、调量孔11、出水槽12、第二闸板阀，所述出水分配板9连接所述差程式调质池与所述出水槽12。所述调质孔10设置于所述出水分配板9上，所述差程式调质池的水面线位于所述调质孔10顶端和底端之间。所述调量孔11的孔口形状为倒置三角形，所述调量孔11的出流方式采用自由出流的方式，所述调量孔11位于所述出水分配板9底部。

所述第二闸板阀包含第二闸板13、第二连杆14、第二框架15、第二电动装置16及第二支架17，第二支架17连接第二电动装置16，第二电动装置16连接第二连杆14，第二连杆14连接第二闸板13，第二闸板13置于第二框架15导槽内，所述第二闸板13安装于与所述差程式调质池相连的所述出水分配板9一侧，每个所述第二闸板阀对应一个所述调量孔11，所述第二闸板3位于所述调量孔11正前方。

本发明中的进水孔2的孔口形状为菱形，出流方式为自由出流，进水孔2均匀设置于进水槽1靠近廊道8进水端一侧的槽壁，每一个进水孔2下方对应设置一个大小不同结构相同廊道8，进水孔2出水流量大小视第一闸板3的上升高度而定，进水孔2的出流流量方程为：

其中，Q为所述进水孔2的出流流量，μ为流量系数，大孔口的流量系数取值范围在0.65～0.85内，g为重力加速度，H为所述进水槽1水面线到所述进水孔2底部的高度，h为所述进水槽1水面线到所述进水孔2过水断面不同高度的作用水头，过水断面：指的是孔口的水面线与孔口所围成的形状，h此处为自变量，取值范围为H_上～H_下，H_上为所述进水槽1水面线到所述第一闸板3底部的高度，H_下为所述进水槽1水面线到所述进水孔2底部的高度，此处与H大小一致。

如图6所示，菱形孔口的出水流量随第一闸板3上升高度变化，第一闸板3底部靠近菱形上下尖端部位时，流量随着第一闸板3上升变化平缓，流量对第一闸板3上升高度不敏感，第一闸板3底部处于菱形中间部位时，流量随着第一闸板3上升基本呈现线性变化。当流量较小或者较大时，流量对第一闸板3上升不宜敏感，否则微小的变化可能造成调质效果变差的后果，当流量大小不极端时，进水孔2流量随第一闸板3上升基本呈现线性变化时，有利于增加调控的准确性，所以进水孔2的形状这里选择菱形。

本发明中调量孔11孔口形式的确定是通过计算面积大小相同的矩形、正置等腰三角形、倒置等腰三角形的流量变化率，最终确定为倒置等腰三角形，孔口的流量计算根据薄壁小孔口流量计算公式

推导而得，过程如下：

若将调量孔11设置为矩形孔口，则其出流流量为

对上式进行求导，求流量关于孔口高度的变化率，

其中，Q_j为调量孔11的出流流量，Q_j，为Q_j的导数，μ为流量系数，小孔口的流量系数取值为0.62，g为重力加速度，a为矩形水平方向长度，H为廊道8水面线到调量孔11过水断面形心的高度，h为调量孔11过水断面的高度；

若将调量孔11设置为正放三角形孔口，则其出流流量为

对上式进行求导，可得，

其中，Q_s为调量孔11的出流流量，Q_s，为Q_s的导数，μ为流量系数，小孔口的流量系数取值为0.62，g为重力加速度，a为三角形底边长度，h₁为三角形高度，H为廊道8水面线到调量孔11过水断面形心的高度，h调量孔11过水断面的高度；

若将调量孔11设置为倒置三角形孔口，则其出流流量为

对上式进行求导，可得

其中，Q_ds为调量孔11的出流流量，Q_ds，为Q_ds的导数，a为三角形底边长度，h₁为三角形高度，H为廊道8水面线到调量孔11过水断面形心的高度，h为调量孔11过水断面的高度。Q-h、Q'-h图形如图7、图8所示。

由图7、图8可知，矩形孔口出流流量随第二闸板13上升高度变化基本呈现直线上升，正置等腰三角形孔口的出流流量随第二闸板13上升高度呈现上凹曲线变化，倒置三角形孔口的出流流量随第二闸板13上升高度呈现下凹曲线变化；矩形孔口出水流量变化率随第二闸板13上升高度增加变化不大，正置三角形孔口的流量变化率随第二闸板13上升高度增加逐渐降低，倒置三角形孔口的流量变化率随第二闸板13上升高度增大逐渐增大，说明矩形孔口出流流量对第二闸板13上升高度的敏感性不高，正置三角形孔口出流流量对第二闸板13上升高度的敏感性随高度升高逐渐减低，倒置三角形孔口出流流量对第二闸板13上升高度的敏感性随高度升高逐渐上升，前期出流流量对第二闸板13上升高度的敏感性为：正置三角形>正方形>倒置三角形，后期出流流量对第二闸板13上升高度的敏感性为：倒置三角形>正方形>正置三角形。当差程式调质池发挥调量功能时，前期要求流量变化小，出流流量对高度变化不敏感，故选择倒置三角形孔口。

本发明提供的差程式调质池用的异形出流孔口配水装置的具体操作步骤如下：

(1)该配水装置使用过程中只发挥差程式调质池调质功能时，第二闸板13的上升高度为0，关闭调量孔11，根据来水的水质波动条件，计算各个大小不同结构相同的廊道8对应进水孔2的流量，根据自由出流的菱形流量方程计算第一闸板3的上升高度，调节第一闸板3的高度，调质孔10作为差程式调质池的出水孔口。

(2)该配水装置使用过程中不发挥差程式调质池调质功能只发挥调量功能时，调整第一闸板3高度至最大高度，以保持不同进水孔2流量相等，根据来水特征，计算各个调量孔11的流量大小，根据自由出流的倒置三角形孔口流量方程计算对应第二闸板13的上升高度，调整第二闸板13的高度，调量孔11作为差程式调质池的出水孔口。

(3)该配水装置使用过程中发挥差程式调质池调质功能的同时发挥调量功能时，调整第一闸板3高度至最大高度，保持进水孔2流量相等，根据来水特征，计算各个调量孔11的流量大小，根据自由出流的倒置三角形孔口流量方程计算对应第二闸板13的上升高度，调整第二闸板13的高度，调量孔11作为差程式调质池的出水孔口。

附图说明：

图1为本发明配水装置的结构示意图；

图2为图1的俯视结构示意图；

图3为本发明配水装置中进水器的结构示意图；

图4为图1的A-A剖面结构示意图；

图5为本发明配水装置中出水分配板的结构示意图；

图6为本发明中的进水孔流量随第一闸板上升高度变化曲线图；

图7为本发明中不同孔口流量随高度变化曲线图；

图8为本发明中不同孔口流量变化率随高度变化曲线图；

图9为本发明中进水波动周期60min下同心圆调质调量池的调质性能评价示意图；

图10为本发明中进水波动周期10min下同心圆调质调量池的调量性能评价示意图；

图11为本发明中进水波动周期10min下同心圆调质调量池的调质性能评价示意图。

图中：1：进水槽；2：进水孔；3：第一闸板；4：第一连杆；5：第一框架；6：第一电动装置；7：第一支架；8：廊道；9：出水分配板；10：调质孔；11：调量孔；12：出水槽；13：第二闸板；14：第二连杆；15：第二框架；16：第二电动装置；17：第二支架。

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说明。

本发明所提供的一种差程式调质池用的异形出流孔口配水装置，其使用的操作步骤如下：

步骤一：检测来水水质水量指标，分析来水的水质水量波动情况，判别调质池所需发挥的功能类型。

步骤二：若差程式调质池只需发挥调质功能，则根据来水特征，计算不同廊道对应的进水流量，获得对应进水孔2的出水流量，再根据自由出流的菱形孔口流量方程计算对应第一闸板3的上升高度，调整第一闸板3高度；若差程式调质池只需要发挥调量功能，则，调整第一闸板3高度至最大高度，保持不同进水孔2相等，根据来水特征，计算各个调量孔11的流量大小，根据自由出流的倒置三角形孔口流量方程计算对应第二闸板13的上升高度，调整第二闸板13的高度；若差程式调质池发挥调质功能的同时需要兼顾调量功能时，调整第一闸板3高度至最大高度，保持不同进水孔2相等，根据来水特征，计算各个调量孔11的流量大小，根据自由出流的倒置三角形孔口流量方程计算对应第二闸板13的上升高度，调整第二闸板13的高度。

步骤三：进水差程式调质池各廊道8的水流到达出水分配板9，根据该池发挥的功能，水流分别从调质孔10、调量孔11以自由出流的方式流至出水槽12，在出水槽12内汇集混合，再进入下一个处理单元。

以下结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明不局限于下述实施例。

实施例1：本实施例的种差程式调质池用的异形出流孔口配水装置应用于长20m、宽10m、高3.5m、有效容积500m³、廊道数为8、廊道宽度为2.5m的折流式调质池中，进水器的进水槽长20m、宽0.5m、有效水深为0.4m，进水孔的两条对角线长分别为0.3m、0.1m，建造于调质池廊道进水端上方；出水槽位于水流末端，长10m、宽0.5m，顶部高度与调质池顶部同高，底部高度低于调质池1m；调质孔为半径为0.1m的圆形孔口，高度高于调质池底部2.5m；调量孔是底长为0.1m、高0.4m的倒置等腰三角形，位于出水分配板底部。

实施例2：本实施例应用于有效容积为300m³、环形廊道数为5的同心圆调质池中，流量采用400m³/h，进水波动周期为4h，进水COD波动的振幅为100～300mg/L的正弦波。

此时进水水量无波动，水质波动大，则关闭调量孔11，让水流通过调质孔10流入出水槽12，保持第二、三、四、五廊道的流量相同，调整第二、三、四、五廊道前对应的第一闸板3的高度为0.2m，更改第一廊道前对应的第一闸板3的高度为0.13m，试验结果如图9所示，图中横坐标配比表示第一廊道与第二、三、四、五廊道出水流量的比例，即认为将总流量均分为50等分，第二、三、四、五廊道均分的10等分的流量，控制第一廊道的流量为1等分到10等分之间变化，k是指调质功能系数，由张新喜的《一种调质池调质功能评价方法及其应用》(CN105574664)提出，指示调质池调质效果的优劣，k值越大调质效果越好。

实施例3：本实施例应用于有效容积为300m³、环形廊道数为5的同心圆调质池中，采用的进水流量振幅为600～900m³/h，进水COD浓度波动范围为100～170mg/L，进水流量波动周期为1h。利用负载调质功能结构化数学模型计算可知，调整调量孔11的高度为0.02m，试验结果如图10及如图11所示，k_q调量功能系数，指示调量池调量功能的优劣，k_q值越大调量效果越好。

Claims (2)

1.差程式调质池用的异形出流孔口配水装置，其特征在于该配水装置包括进水器、出水器及差程式调质池；所述进水器设置在所述差程式调质池进水端上方，所述出水器设置在所述差程式调质池出水端末端；所述进水器包含进水槽(1)、进水孔(2)、第一闸板阀，所述进水槽(1)为细长型矩形水槽，所述进水槽(1)位于所述差程式调质池上方，所述差程式调质池由若干个大小不同结构相同的廊道(8)构成；所述进水孔(2)的孔口形状为菱形且竖直方向的轴长于水平方向的轴，所述进水孔(2)的出流方式为自由出流，所述进水孔(2)均匀设置于所述进水槽(1)靠近所述廊道(8)进水端一侧的槽壁，每个所述进水孔(2)下方对应设置一个大小不同结构相同的所述廊道(8)；所述第一闸板阀包括第一闸板(3)、第一连杆(4)、第一框架(5)、第一电动装置(6)及第一支架(7)，所述第一支架(7)连接所述第一电动装置(6)，所述第一电动装置(6)连接所述第一连杆(4)，所述第一连杆(4)连接所述第一闸板(3)，所述第一闸板(3)置于所述第一框架(5)的导槽内，所述第一闸板(3)安装于所述进水孔(2)一侧的所述进水槽(1)槽壁的内壁，每个所述第一闸板阀对应一个所述进水孔(2)，所述第一闸板(3)位于所述进水孔(2)正前方；所述出水器包括出水分配板(9)、调质孔(10)、调量孔(11)、出水槽(12)及第二闸板阀，所述出水分配板(9)连接所述差程式调质池与所述出水槽(12)；所述调质孔(10)设置于所述出水分配板(9)上，所述差程式调质池的水面线位于所述调质孔(10)顶端和底端之间；所述调量孔(11)的孔口形状为倒置三角形，所述调量孔(11)的出流方式采用自由出流的方式，所述调量孔(11)位于所述出水分配板(9)底部；所述第二闸板阀包含第二闸板(13)、第二连杆(14)、第二框架(15)、第二电动装置(16)及第二支架(17)，所述第二支架(17)连接所述第二电动装置(16)，所述第二电动装置(16)连接所述第二连杆(14)，所述第二连杆(14)连接所述第二闸板(13)，所述第二闸板(13)置于所述第二框架(15)导槽内，所述第二闸板(13)安装于与所述差程式调质池相连的所述出水分配板(9)一侧，每个所述第二闸板阀对应一个所述调量孔(11)，所述第二闸板(13)位于所述调量孔(11)正前方。

2.根据权利要求1所述的配水装置，其特征在于所述调量孔(11)的出水流量大小视所述第二闸板(13)的上升高度而定，所述调量孔(11)的出水流量方程为：

其中，Q_ds为所述调量孔(11)的出流流量，μ为流量系数，小孔口的流量系数取值为0.62，g为重力加速度，a为所述调量孔(11)底边长度，h₁为所述调量孔(11)的高度，H为所述进水槽(1)水面线到所述调量孔(11)过水断面形心的高度，h为所述调量孔(11)过水断面的高度。

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