《污水处理厂巴氏计量槽实用性研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《污水处理厂巴氏计量槽实用性研究.pdf（2页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、循环经济研究 污水处理厂巴氏计量槽实用性研究 北京建筑工程学院环境与能源工程学院牛住元张雅君王文海 摘要：经过对北京某大型市政污水处理厂( A 厂) 调研，发现出水干管巴氏计量槽存在较大的计量误差。本文通过实测研究，结合巴氏计量槽工 作原理，分析其产生误差的根本原因。同时，对其在大型市政污水处理厂的实用价值进行评价。 关键词：巴氏计量槽喉管上游液位 前言 巴氏计量槽在工程应用中已有近百年的历史，是污水处理厂应用 最为普遍的计量设施之一。经调研发现，北京某污水厂( 以下简称A 厂) 出水总干线上的巴氏计量槽长期存在计量不准确的问题，一直处在弃 用的状态。巴氏计量槽施工复杂，造价较高，而且上下游水
2、位会形成一 定的水位差，造成污水处理全流程水头头损失的增加。可见，巴氏计量 槽不能正常计量，对于基建投资和污水提升能耗都是一个不小的浪费。 所以，研究其误差产生的原因和在污水处理厂中的实用价值具有十分 显著的意义。 一、巴氏计量槽计量原理 巴氏计量槽是一种明渠形式流量计，在研究过程中通常可以把污 水在明渠中的流动，近似看作理想流体的定常流动。根据流体在定常流 条件下的伯努利方程，任意时刻的总能量( 位置势能、压力能、流体动能 之和) 保持恒定，见式1 。 n 2 - - m v 2 + p 崩= c ( 1 ) 。 式中，c 一常擞，P 一压能，二m v 2 流 ： = 动能，p g h 位置
3、势能。 2 明渠中的流体可以看作是在无压状态下的流动，因此在明渠流中 应用伯努利方程时，可不予考虑。根据伯努利方程，若在明渠中设置一 收缩段，液体在流经此处时，流速就会增大，同时致使液流液位下降，节 流使液位能变成了流速能，测量这个液位的下降高度就可求得流量，用 这种方式计量流量的装置叫做文丘里水槽。水路的收缩节流方式有很 多种，有的在侧壁收缩，有的使水路底部隆起节流，也有两者都采用的， 由此产生了各种形状的文丘里水槽，巴氏计量槽便是应用最广泛的文 丘里水槽之一。 1 9 2 2 年美国的R L P a r s h a l l 在文丘里水槽的基础上经过改进，研 究制造出了巴歇尔水槽，即巴氏计量
4、槽。巴氏槽由三部分组成：喉道上 游具有水平底面的均匀收缩段；具有下降坡度底面、侧面宽度狭窄且互 相平行的喉道段；下游具有上升坡度底面的均匀扩散段。根据喉道的宽 度( 用表示) ，可以把巴歇尔水槽分为三种类型：小型槽( W = 0 0 7 5 m 、 0 1 5 2 m 、0 2 2 8 m ) ；标准型槽( W = 0 2 5 2 4 0 m ) 和大型槽( W = 3 0 5 “5 2 4 m ) 1 。 自然流动的液流在坡度平缓的水路中流速缓慢，而经水面传播的 波的速度却比液流的速度要快，这种液流状态称为稳定流。在流经文丘 里水槽时，这种液流的变化会产生波，并向上游传播到很远的地方，从 而
5、对上游液位产生影响。如果水路的坡度很陡，液流的速度比波的传播 速度快，这种液流称为射流。射流在经过水槽时，波无法向上游侧传播， 一4 8 一 就不会对上游的液位造成影响。巴氏计量槽就是利用这一原理，使喉管 的流速增加，变成射流状态，使喉管上游液位保持相对稳定，作为计算 流量的重要参数，从而简化了流量计算公式。巴氏计量槽流量计量使用 的多是试验得来的经验公式。见公式2 。 0 = 0 3 7 2 W ( 3 2 8 H ) 1 , 5 6 9 W o “6 ( 2 ) 式中：玎7 喉锊蹴艘；卅， L 游水深；肌 二、影响计量准确性的因素 ( 一) 设计参数的合理性 一 1 合理设计水槽规模 如果
6、选用的量水槽太大，不仅价格昂贵，需要把水路拓得很宽，而 且液位变化很小，测量精度较低：而如果选用的量水槽太小，液流的流 动损失太大，上游侧的液流有可能溢出。因此，选择量水槽尺寸时，应同 时考虑最大流量和最小流量的工作条件，应使整个流量测量范围内水 槽液位的变化范围在1 0 0 嗍以下。 2 严格依照设计要求 计量槽应设在渠道的直线段上，直线段的长度应不小于渠道宽度 的8 1 0 倍。在计量槽上游，直线段不小于渠宽的2 3 倍；下游不少于 4 5 倍。计量槽的轴线应与渠道中心重合，且上下游渠道的坡度应保持 均匀。巴氏计量槽对于设计和施工的要求都很高，如尺寸不符就会影响 计量精度。 ( 二) 喉管
7、上下游液位比国，H ，) 上游液位不受下游影响的流动称为自由流，巴氏计量槽的流量计 算就是基于自由流条件下得出的，其流量由上游测量液位和水槽的喉 管尺寸决定。但是，在水路中满水流动而无法产生足够的上下游液位 差，或受潮水涨落的影响使下游侧的液位产生大幅度的变化时，巴氏计 量槽就不得不在潜没流条件下计量。对于巴氏计量槽而言，下游侧液位 的上升会使流经量水槽的液流流量减少，当喉管上下侧的液位差小于 一定值时，上游侧的液位就会受到下游液位的影响而发生变化。采用标 准型巴氏计量槽时( w = O 2 5 2 4 0 1 1 1 ) ，当喉管下游与上游的液位高度比 H 2 H 1 兰0 7 时为自由流，
8、超过此数值即为潜没流。上下游水位如图1 所 上游 燃l巴氏计鲻：槽喉管一f - F 游水位示意嘲 万方数据 循环经济研究 刁i 。 上游液位受下游影响时的流动称为潜没流。如果巴氏计量槽处在 潜没流状态下，流量计算时就要同时考虑上下游的液位高度，选择潜没 流公式计算。巴氏计量槽的计算方法，通常在水槽设计阶段直接按自由 流设定。此时如果流量计算方法不能得到及时更正，测量结果就会产生 较大误差。由此可见，在设计和施工可靠的基础下，巴氏计量槽喉管上 下游的液位差变化导致潜没流状态是影响计量精度的重要因素。 三、A 厂巴氏计量槽实测分析 ( 一) 总出水巴氏计量槽设计特征 A 厂采用的巴氏计量槽分为两种
9、，一种为设置在总出水管线上，喉 管尺寸为2 m ，计量污水处理总量；另一种设置在污泥回流渠道上，喉管 尺寸为0 9 m ，计量污泥回流量。 出水巴氏计量槽设在D N 2 0 0 0 的总出水管线上，采用喉管尺寸为 W = 2 O O m 的标准型槽。槽宽为2 8 8 m ，上游渠道总长l O m ，下游渠道长 l m ，上下游渠道均按0 0 1 5 放坡，并在上游设置观测井，具体设计特征 鞴2 A ，。巴氐弹噩燃潮瓣俐 如图2 所示： 通过对巴氏计量槽设计参数和污水厂设计平均处理流量的分析， 喉管前后水深比H 2 H 1 耋0 7 ，设计符合自由流的要求。运用自由流流量 计算公式，得出出水巴氏
10、计量槽设计平均计量流量为4 0 2 万m 3 d ，与A 厂设计处理水量4 0 万m 3 d 相吻合。污泥回流设计平均计量流量为 喉篱宽艘 t 游东深F 游水潍求深比计翳潍壁 傍谶 ( m )n ) ( b , q t j ) ( 1 矿n ) 3 d ) 出承 2 0 009 60 60 6 2 54 02 翮滤0 9f ) 9 1 60 40 4 41 68 嵌1 * 。 巴& 甜嫩端哦m 黔戳 1 6 8 万m 。d ，与8 0 的设计回流比基本一致。设计参数见表2 7 ： ( 二) 计量误差实测研究分析 利用公式2 ，对污水于管巴式槽( = 2 O O m ) 在最大和最小上游液位水
11、深时的计量流量进行计算，将计算结果与日进水流量变化曲线对比。清 河污水处理厂日平均最小进水流量约为1 5 0 0 0 m 。h 左右，最大流量平均 l 漶箍公j 敛久墩深蠢)最犬流凝秆m )墩小水嚣毹)皱小漉赫i n l h ) I IQ ：49 7 l ” l0 51 9 3 4 70 7m l l 7 l 爰2 。! 式搦茹硼甜+ 蟾f 托嘲讨弭 在2 2 0 0 0 m 。h 以上。计算得出巴式槽的计量流量大幅度小于实际处理水 量，可见其误差十分明显，计算数据如表所示。 A 厂实际每天平均处理水量为4 5 万吨左右，已经远远超过了设计 处理能力4 0 万吨。由于污水进水流量每天变化幅度较
12、大，所以经过对 水槽喉管上游液位测量发现其随时间推移变化也很大。上游水深变化 趋势与总进水最的变化趋势一致，但是由于处理构筑的停留调节作用， 具有明显的时间延后性。实测结果表明，喉管上游水位变化最大时超过 了3 0 a m ，变化幅度远大于设计手册中规定的l O c m 。由此可见，污水厂处 理流量负荷过大，超过了巴式槽计量范围，且喉管上游水位随时间大幅 妒寸铲妒妒争 管争爹争 审寸时阍 手 妒妒铲舻毋带妒妒毋罅 毋 “譬 母争 o4龟 母孛 燃3 燃髓计赫横 游承深f = _ ：蹙7 七魁终 变化，是导致巴氏槽较大计量误差的原因之一。上游液位变化趋势见图 3 。 出水巴氏计量槽喉管下游渠道设
13、计长度仅为1 m ，明显小于渠道 4 5 倍长的设计要求。经计算，明渠的过流能力明显大于设计排水管线 的过流能力。又因明渠段长度太短，所以导致排水不畅。因此，喉管下游 发生壅水现象，使得下游水位上升，上游水位降低，上下游水位差逐渐 减小变成潜没流，从而导致计量数值偏小。 另外，雨季由于清河水位上涨，造成出水管线末端排放不畅，会加 剧喉管下游的壅水现象，加大巴氏计量槽计量误差。由于下游壅水，造 成上下游的水位相差很小，实际测得喉管上下游液位比H 2 H 1 普遍大 于0 7 ，表明水槽一直处在潜没流的状态下。因此可见，巴氏计量槽喉管 下游产生的壅水现象导致的潜没流状态| ，是水槽计量不准确的另一
14、原 因。 四、结论 综合A 厂出水干线巴氏计量槽计量误差实测分析，日处理水量负 荷过大，超过巴氏计量槽设计计量范围较多，是导致计薰不准确的主要 原因。另外，巴氏槽同时设计存在缺陷，下游管渠设计长度过短且排水 干管过水能力不强，也是影响计量精度的重要因素。由此可见，巴氏计 量槽在进水流量变化较大的污水厂，误差较大，适用性不强。由于A 厂 处水流量在排放以前已由二沉池薄壁三角堰控制，所以出水干线设计 巴氏计量槽的必要性不大。 参考文献： f 1 齐伟污水排放计量系统的研究太原理工大学硕士学位论 文，2 0 0 7 ，18 ，2 2 【2 】张自杰排水工程( 下) 中国建筑工业出版社，第四版：4 3 3 4 9 _聪繁籀q 万方数据