不銹鋼集水槽具有表面光潔、不銹蝕、強度高、堰齒(水孔)均勻、槽體平整、可任意調(diào)節(jié)、安裝簡便等優(yōu)點;不僅能安裝時的水平,即使在池體因自然沉降影響平衡時,通過簡便的調(diào)整仍能保持水平,有利于出水的水質(zhì)水量,解決了傳統(tǒng)集水槽存在的弊病,免除了除銹防腐的成本和定期清洗的繁雜勞動,簡化了管理,美化了廠容廠貌。
集水槽為地面式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),百萬機組集水槽的高度在14 ~23 m,根據(jù)高位收水冷卻塔淋水構(gòu)架的柱網(wǎng)間距,沿集水槽縱向布置暗框架,暗框架頂梁上擱置單層配水槽,暗框架沿高度方向從上至下一定間距設置拉梁。暗框架與集水槽形成一個整體,共同受力。
對于集水槽的樁基布置,傳統(tǒng)的豎向荷載平均法計算出的樁數(shù)偏多,不易準確計算出樁承受的水平力。由集水槽結(jié)構(gòu)形式及受力特點分析可以看出,集水槽各部分構(gòu)件之間是相互協(xié)同作用,共同承受集水槽內(nèi)水壓力及其他荷載。平面假定簡化計算只能顧此失彼,不能進行整體計算。因此,為準確真實地模擬集水槽結(jié)構(gòu)整體受力的特性,滿足結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的目的,集水槽的結(jié)構(gòu)設計有必要采用三維有限元整體分析計算。
通過有限元三維仿真計算分析可知,集水槽壁板豎向及水平向同時承受彎矩和拉力,應按拉彎構(gòu)件進行結(jié)構(gòu)設計;能準確計算出暗框架各構(gòu)件所受的彎矩、拉力或壓力,對暗框架進行優(yōu)化設計,減少集水槽混凝土工程量,節(jié)省工程造價。
對于集水槽樁基而言,三維有限元仿真計算,能準確計算出每根樁的樁頂豎向力及水平力,進行樁基優(yōu)化布置和選型設計。
一般的二沉池和集水槽較多地采用玻璃鋼或不銹鋼材料 ,為減少浮力對這類集水槽產(chǎn)生的影響 ,集水槽應設平衡孔。 泉州寶洲污水處理廠一期規(guī)模為5.0萬 m3 /d, K總 = 1. 3,現(xiàn)有 2座圓形輻流二沉池即采用了不銹鋼材料做集水槽和三角堰板 ,集水槽采用雙側(cè)集水環(huán)行集水槽 ,環(huán)行槽每 4. 5°開一個平衡孔 ,孔徑為 40 mm,共 80孔。 實際運行過程中沉淀后出水很大比例均從平衡孔中冒出 ,三角溢流堰出水較少從而影響出水水質(zhì)。 為解決平衡孔開設影響三角堰均勻溢流出水的問題 ,結(jié)合泉州寶洲污水處理廠二沉池平衡孔的開設方式 ,平衡孔的水量可按薄壁小孔口淹沒出流公式進行計算 ,平衡孔對三角堰進水的影響按 5% 以內(nèi)考慮 ,則計算平衡孔孔徑經(jīng)推導計算表達式可寫為nd2 = 0. 023 2K總 Q / h1 /2 ( 2) 式中 , n 為平衡孔數(shù); d 為平衡孔孔徑 ( m ); K總為污水總變化系數(shù); Q 為單座二沉池設計污水量 ( m3 /s)。按給水澄清池環(huán)行集水槽計算公式計算得出堰上水頭為 0. 03 m ,跌水頭為 0. 07 m , h 值按經(jīng)驗取值為 0. 1 m。 結(jié)合寶洲污水處理廠二沉池工程實例,經(jīng)計算孔徑值為 19 mm。 而該項工程開孔為 40 mm ,可以看出與計算值的明顯差異 ,成為導致沉淀后的出水大部分直接從底部平衡孔流出 ,設計均勻分布的三角堰作用降低的根本原因。為解決三角堰不能均勻集水的現(xiàn)象 ,主要的措施只能是減少平衡孔數(shù)。 按式 ( 2)計算 ,平衡孔數(shù)只有17個。為此本項工程在實際的運行中的平衡孔現(xiàn)已減少了 60個 ,其配水的均勻性及出水水質(zhì)均得到了較大的改善。
出水堰槽的設置方式及位置在現(xiàn)行設計水力負荷和停留時間下是影響出水水質(zhì)的一個主要因素 , 上述試驗數(shù)據(jù)雖然進一步驗證了由污水處理廠運行維護與管理等相關(guān)文章提出的圓形中心進水二沉池出水水質(zhì)位置不在靠近池壁處這一現(xiàn)象 ,但理論上還沒有較全面的解釋和分析 ,仍然有深入研究的必要。 在工程應用中 ,為確保沉淀效果和出水水質(zhì) ,設計除依照規(guī)范盡可能減少堰上負荷外 ,還避免堰的設置位置不當對出水帶來的影響 ,應避免采用外置單側(cè)堰方式出水; 二沉池出水設計為內(nèi)置雙側(cè)堰出水時 ,也宜設計離池壁 2~ 3 m處。 另外二沉池出水堰槽設計平衡孔時 ,也應在設計中選擇適當?shù)挠嬎惴椒ù_定 ,使二沉池出水槽和溢流堰處在合理的運行狀態(tài)。