中国农村水利水电#2009年第1期
文章编号:1007-2284(2009)01-0081-02
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宁东水厂斜管沉淀池与池底刮泥机的组合应用
郝建志,王 媛
(宁夏宁东水务有限责任公司,宁夏银川750004)
摘 要:宁东供水工程是宁东能源化工基地最重要的基础工程之一,是为宁东能源化工基地提供生产和生活用水的关键性供水工程。宁东水厂是宁东供水工程的重要组成部分,日处理能力为40万m3,根据用户分布和用水水质要求不同,采用分质处理、分压供水。宁东水厂供水安全保证率高,技术难度大,工程在建设和水处理工艺的选择上采用了很多新技术、新工艺并且在运营管理中取得了良好地效果。宁东水厂采用斜管沉淀池与池底刮泥机组合应用进行泥水分离,在水处理工艺中发挥了很好的作用。对宁东水厂斜管沉淀池与池底刮泥机的组合应用的特点进行了简要的介绍。 关键词:斜管沉淀池;池底刮泥机;组合应用 中图分类号:X703.3 文献标识码:B
沉淀效果亦较显著,故目前水厂中多采用斜管沉淀池。
1 工程概况
宁东水厂包括水处理、输配水、综合自动化控制和供电工程4部分,工程总投资3.2亿元。
工程按照不同用户的要求分质、分压、集中母管供水,统一规划,分期分批实施。水处理工程包括进水泵房、配水井、絮凝沉淀池、加药间、加氯间、滤站、清水池、送水泵房;输配水工程包括加压泵站和60km配水管网,自动化控制按照国内先进的集散型计算机系统进行自动控制和管理;宁东水厂供电采用35kV双电源供电,供水保证率97%。
工程按一、二期结合设计,一期工程按用户不同水质要求,采用两个不同的处理工艺流程实行分质供水。其中:电厂和煤矿用水水质悬浮物浓度[20mg/L,供水规模20万m3/d;煤化工企业用水水质悬浮物浓度[3mg/L,供水规模20m3/d。目前,一期工程已达到每天40万m3的供水能力,宁东水厂出水水质经国家城市供水水质监测网银川监测站检测,34项指标均符合国家5生活饮用水卫生标准6(GB5749O2006)。宁东供水工程为宁东能源化工基地的发展提供了用水保障,为招商引资创造了有利条件,发挥了较好的经济、社会和生态效益。
3 池底刮泥机
在水处理过程中,一般需用到排泥设备,池底刮泥机是排泥设备中的一种,它是保证水厂各种沉淀构筑物正常运转的关键设备。
3.1 桁架式刮泥机
桁架式排泥机(吸泥机或刮泥机)行走范围大,排泥效果好,适合各种规模水厂的沉淀池排泥。排泥机由池顶桁架和水下吸泥管或刮泥板等组成。水下部分或独立或相互连接以加强结构刚度,但均需要和上部桁架相连接,由上部桁架承重,因此要求池中没有阻碍桁架排泥机运动的物件。平流沉淀池的空池结构非常适合安装桁架式吸泥机(见图1)。由于斜管沉淀池的斜管容易阻挡机械,因此需要在池体两侧修建悬空墙支撑斜管,形成竖向空隙通道供排泥机运动(见图2),该通道将增加池体跨度2m左右。由于排泥机自重较大,对结构强度要求高,一般不适合太大的池体跨度。尤其是配合斜管沉淀池的类型,由于水下空间限制,下部机件连接尺寸过大,因此,斜管沉淀池一般不采用桁架式排泥机。
2 斜管沉淀池
斜管沉淀池的沉淀原理即在沉淀池内装置许多间隔较小的平行倾斜板。但由于斜管的水力半径比斜板更小,雷诺数更低(一般小于500),从水力条件来看,斜管要比斜板更为优越,
收稿日期:2008-11-12
作者简介:郝建志(1963-),男,高级工程师。
3.2 液压驱动底部刮泥机
液压驱动底部刮泥机采用国外技术,这是一种依据水力学原理设计、由液压驱动往返运动、连续去除池底沉淀污泥的排泥设备。
3.2.1 液压驱动底部刮泥机工作原理
工程所用刮泥机由液压驱动装置、推杆系统和楔形刮板焊接在一起所组成(如图3所示)。工作时,在液压动力所涉及到的区域前后移动,当部件向前移动,输送污泥的楔形凹面同污
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宁东水厂斜管沉淀池与池底刮泥机的组合应用 郝建志 王 媛
3.2.2 液压驱动底部刮泥机特性
(1)楔形刮板-流体动力设计:楔形刮板的凹面刮削污泥层下部的污泥,在其返回过程中,返回速度大约是前进速度的两倍,楔形刮板在污泥层底部滑动而不扰乱污泥沉淀进程。刮板在池底的往复动作,会增加池底污泥的浓度,并以稳定的流量流向污泥沟,刮板行程的长度大于两刮板间的间隙。沉淀池的测试显示出楔形凹面结构是解决不同形式的污泥或不同刮泥速度的最佳方案,且能得到最佳的浓缩效果。此外,它结合了液压设计获得污泥输送的最优方案。
(2)沉淀过程不间断,污泥连续输送:楔形刮板的凹面刮削污泥层下面的污泥,在其返回过程中,返回速度大约是前进速度的两倍,楔形刮板在污泥层底部滑动而不会间断沉淀过程,且使得污泥能连续输送。
1-轴承装置;2-车轮;3-联轴器;4-中间轴承装置;5-桁车钢架;6-吸口;7-吸泥管;8-集泥管;9-传动轴;10-减速箱;11-电动机;12-电源开关;13-排泥渠;14-钢轨
图1
虹吸式平流沉淀池吸泥机总体结构
(3)具有污泥浓缩功能:当污泥在沉淀池不同区域形成污泥覆盖层后,刮泥机将其刮掉,除在刮板下部外,污泥在区域内还沿池底流动,部件的反复移动提高污泥的浓缩进程,导引其流向污泥槽,同时增加了总固体含量。这种特性对净水厂来说尤为重要,增加总固体含量,减少废水量,从而减少能量损耗。
(4)安装简便、维修方便:液压驱动底部刮泥机的设计尽可能保持简单,也意味着安装简单。运动部件少,维护简便,不锈钢片与耐磨导轨间滑动,水即为其自然润滑,所以运动的摩擦力很小,驱动刮泥机沿池底移动的动力需求很小,这些因素使得设备操作灵敏,使用寿命长。
(5)液压装置:配置有不同的液压装置可供选择。单电机装置应用于单台刮泥机,双电机装置应用于双台刮泥机,还可提供三电机装置。液压采用低压型,装有压力表和压力调节阀,调节向前和返回移动的速度。输出到液压油缸压力为2.0~7.0MPa,从压力表读取压力,以助于压力设定。
1-钢轨;2-车轮;3-轴承装置;4-减速箱;5-联轴器;6-电动机;7-桁车钢架;8-排泥渠;9-吸口;10-集泥器;11-底架;12-垂直架;13-排泥阀
图2 虹吸式斜板(斜管)沉淀池吸泥机总体结构
4 斜管沉淀池与液压底部刮泥机组合应用的特点
斜管沉淀池为高效率沉淀池,表面负荷高使得沉淀池面积小,在室内建造更具优势。沉淀池的功能就是让泥水进行分离,分离后的排泥是沉淀池必须解决的关键问题。
传统的沉淀池排泥方法有水力排泥和机械排泥。水力排泥方式主要为穿孔排泥管和小斗池底阀排泥。穿孔管排泥由于排泥孔沿管道长度方向布置,距离穿孔管排出口远端与近端水力条件不一致且相互联系,即使通过理论计算结果来排布排泥孔,由于池底污泥浓度不同等原因,实际运行中很容易出现沿管长排泥不均匀问题,严重时甚至出现排泥短路问题(即某孔周边污泥排完后水阻变小,该孔大量进入清水,其他孔周边污泥无法排除的现象),排泥管越长越容易出现问题,污泥比重越大越容易出现问题。因此,一般单条穿孔排泥管不宜太长,最好控制在8m以内,同时主要用于絮凝段较轻污泥的排放(沉淀段污泥浓度高,泥沙比重大)。
泥沟在同一方向上,在返回运动中,楔入点插入覆盖的污泥层,因此污泥在刮泥机上面流动,返回速度大约是前进速度的两倍,
使得污泥不间断输送。
1-油压缸;2-活塞撑杆;3-三角臂架;4-三角臂固定架;5-污泥排放口;6-刮板;7-水平推杆;8-中心轴;9-固定板;10-固定支撑板;11-滑管
图3 液压驱动底部刮泥机结构图
小斗排泥依靠斗坡将沉降污泥集中到排放口排放,依据污泥的滑动性能来设计斗坡坡度。由于小斗平面面积越大池体深度也越大,因此每座沉淀池一般都有多个斗,每个斗由安装在水中的池底阀控制。泥斗如果太多,势必造(下转第85页)
楠溪江供水工程拦河闸枢纽水工模型试验研究 包中进 王富强
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(4)滩林地的壅水情况相对小一些,在0.05m以下,基本上不受闸室的阻水影响。
4.2 壅水影响
工程实施后,在不同设计工况下运行时,闸上400m范围内壅水比较明显,滩林地的壅水不大,具体情况如下:
(1)在200年一遇洪水(校核工况)行洪时,闸上2.0km的渔田村最大壅高值0.12m;闸上210m处最大壅高值0.36m;
(2)在50年一遇洪水(设计工况)行洪时,渔田村附近最大壅高值0.05m;闸上210m处最大壅高值0.21m;
(3)在20年一遇洪水工况行洪时,渔田村附近最大壅高值0.03m;闸上210m处最大壅高值0.20m;
表2 修改布置方案与工程前沿程洪水位比较表
P=2%Q=14600m3/s
断面
序号
位置
桩号/m
修改布置建闸前方案
程前)
[**************]13闸轴线1415
渔田村太平岩
2O5002O1502O1501O8221O4201O4201O1930O9500O6240O3950O2100O210
17.8117.7817.5317.5117.5717.5617.5817.5616.8716.8216.7016.6716.3916.3717.0917.00
0.030.020.010.020.050.030.020.09
19.5619.5419.3519.3319.3319.2919.3219.2618.5018.3818.3018.1917.9217.8718.7518.70
差值(工程后-工
修改布置建闸前方案
程前)0.020.020.040.060.120.110.040.050.000.040.360.01
左岸深槽右岸滩地左岸深槽右岸深槽右岸深槽左岸滩地左岸滩地右岸深槽左岸滩地右岸深槽右岸深槽左岸滩地
P=0.5%Q=18700m3/s
差值(工程后-工
备注
4.3 闸室过流能力
从试验成果来看,闸室过流量比较集中,滩林地的过流量比较小。通过闸室断面过流量测试分析表明,修改方案增加两孔调流闸参加行洪,使得大闸的过流能力明显增加。
表3 闸室、滩地过流量比较表(P=2%)
闸室过流
方案
过流量/(m3#s-1)
设计计算原布置方案试验修改布置方案试验
[1**********]350
百分比/%66.3179.2484.59
滩地过流过流量/(m3#s-1)[1**********]0
百分比/%33.6920.7615.41
5 结 语
楠溪江供水工程拦河闸地处潮区界位置,上游又存在大范围的经常行洪的滩林地,水流条件比较复杂。试验结果表明:闸轴线附近的水流流向基本上与闸轴线垂直,左右岸均无回流区存在,主流集中在河道右侧,从河道行洪的水流流态上来看,闸轴线的选取基本上是合理的;修改方案水流流态和泄流能力都较原方案有所改善。
通过水工模型试验研究,优化了拦河闸工程布置,为工程枢纽方案的最终确定提供了科学依据。参考文献:
[1] SL155O95,水工(常规)模型试验规程[S].
[2] 包中进,陆春芳,史 斌.浙江省曹娥江大闸水力特性试验研究
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[3] 高振海,康亮,刘 鹏.蕉东闸桥大跨度水闸流量模型试验研究
[J].广东水利水电,2006,12(6):18-20.
[4] 梁汉华,王震宇,刘西军,等.温头口电站整体水工模型试验研究
[J].中国农村水利水电,2004,(2):70-72.
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16.1816.21-0.0317.6017.6016.4416.4016.5716.36
0.040.21
17.8717.8318.1317.77
16.1216.14-0.0217.5317.51
0+00016.1316.15-0.0217.5317.54-0.01左岸滩地0+30015.9015.840+50016.0816.08
0.060.00
17.2617.2217.4917.49
0.040.00
右岸深槽右岸深槽
(上接第82页) 成排泥阀太多,水下排泥管道系统复杂。另外,池底阀安装于水中检修困难,底阀太多将增加损坏机率,某个底阀损坏漏水会造成停池来维修,影响生产。所以对于面积较大的沉淀区,一般小斗排泥用于较小规模。
池底刮泥机的全部运动机构均在池底,只在池长方向端头设计垂直连接杆连接池底机械和安装于池顶的驱动装置,与斜管沉淀池能够很好地配合工作,所以采用底部刮泥机。
(2)采用高效率的斜管沉淀池减少占地和车间面积,减小了池底刮泥机设备尺寸,节约了车间土建费用和设备采购费用。
(3)采用池底刮泥机配合斜管沉淀池,斜管对刮泥机工作没有阻碍,与传统桁架式排泥机比较可节约宽度方向两端的设备专用通道,没有上部轨道后处理车间墙壁可直接在池壁上建造,两因素进一步缩小了沉淀池和车间的土建尺寸,节约了土建投资。
(4)由于车间尺寸缩小,冬季保温采暖空间减少,节约了采暖保温费用。
(5)池底刮泥机特殊的刮板设计及工作方法,使机械对污泥扰动小,刮泥到排泥斗的浓度高(含固率2%或更高),加上锥形泥斗对污泥具有浓缩作用,使排泥浓度高,耗水率低,节约了水资源,尤其是鸭子荡水库水来自黄河二座串联泵站170m扬程提升,节省水源在经济上的意义也非常明显。参考文献:
[1] 中国市政工程西南设计研究院.宁东能源化工基地一期供水净配
水工程初步设计报告[R].2004.
5 斜管沉淀池与液压底部刮泥机在宁东水厂中的组合应用
宁东水厂规模大,地处干旱、寒冷的西北地区,取用鸭子荡水库水,将斜管沉淀池与底部刮泥机组合应用,具有明显的优点。
(1)处理水源为水库水,黄河泥沙在鸭子荡水库中大量沉淀,进入水厂的浑浊度主要是比重轻的悬浮物。因此,沉淀池中加药沉淀的污泥是含沙量非常少的絮体,对池底刮泥机来回运动磨损小,具有池底刮泥机的工作条件。
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