集水槽主要承受集水槽內(nèi)的內(nèi)水壓力作用，其次是單層配水槽傳來(lái)的集中荷載及風(fēng)荷載。內(nèi)水壓力隨水深增加，壓力越大，在內(nèi)水壓力作用下，集水槽壁板同時(shí)承受彎矩與拉力作用。采用傳統(tǒng)平面假定方法不易準(zhǔn)確計(jì)算出集水槽壁板承受的拉力，且不能根據(jù)水壓力的特點(diǎn)進(jìn)行變截面設(shè)計(jì)，同時(shí)忽略了暗框架與集水槽壁板作為一個(gè)整體，共同承受內(nèi)水壓力。

對(duì)于集水槽的樁基布置，傳統(tǒng)的豎向荷載平均法計(jì)算出的樁數(shù)偏多，不易準(zhǔn)確計(jì)算出樁承受的水平力。由集水槽結(jié)構(gòu)形式及受力特點(diǎn)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(jiǎn)化計(jì)算只能顧此失彼，不能進(jìn)行整體計(jì)算。因此，為準(zhǔn)確真實(shí)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(shè)計(jì)的目的，集水槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有必要采用三維有限元整體分析計(jì)算。

在上述荷載及工礦組合下，采用ANSYS 有限元軟件進(jìn)行靜力計(jì)算，通過(guò)后處理后便能對(duì)集水槽各部分構(gòu)件進(jìn)行內(nèi)力分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。集水槽內(nèi)力分析可以分為集水槽壁板和暗框架( 包括暗框架柱、暗框架頂梁、拉梁及承臺(tái)梁)。

二沉池集水槽是污水沉淀過(guò)程中泥水、固液分離的后一道環(huán)節(jié)和工序,在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中,常見(jiàn)有3種布置形式: 內(nèi)置雙側(cè)堰式、內(nèi)置單側(cè)堰式、外置單側(cè)堰式 。內(nèi)置單側(cè)堰式、外置單側(cè)堰式均為單側(cè)堰進(jìn)水,設(shè)計(jì)堰上負(fù)荷基本一致,從構(gòu)造和水力條件來(lái)看,兩者沒(méi)有明顯的優(yōu)劣之分。內(nèi)置雙側(cè)堰式的集水槽因堰上負(fù)荷小、出水水質(zhì)好而應(yīng)用較多。 但在近的工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)雙側(cè)堰進(jìn)水集水槽主要存在2個(gè)現(xiàn)象:

因集水槽內(nèi)平衡孔開(kāi)孔過(guò)大使三角堰均勻集水作用降低。 為此在泉州市水質(zhì)凈化中心的大力幫助下,結(jié)合泉州寶洲污水處理廠二沉池運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題和現(xiàn)象進(jìn)行了試驗(yàn)及分析。

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(duì)這類(lèi)集水槽產(chǎn)生的影響 ,集水槽應(yīng)設(shè)平衡孔。 泉州寶洲污水處理廠一期規(guī)模為5.0萬(wàn) 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(kāi)一個(gè)平衡孔 ,孔徑為 40 mm,共 80孔。 實(shí)際運(yùn)行過(guò)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?gòu)亩绊懗鏊|(zhì)。 為解決平衡孔開(kāi)設(shè)影響三角堰均勻溢流出水的問(wèn)題 ,結(jié)合泉州寶洲污水處理廠二沉池平衡孔的開(kāi)設(shè)方式 ,平衡孔的水量可按薄壁小孔口淹沒(méi)出流公式進(jìn)行計(jì)算 ,平衡孔對(duì)三角堰進(jìn)水的影響按 5% 以內(nèi)考慮 ,則計(jì)算平衡孔孔徑經(jīng)推導(dǎo)計(jì)算表達(dá)式可寫(xiě)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(shè)計(jì)污水量 ( m3 /s)。

按給水澄清池環(huán)行集水槽計(jì)算公式計(jì)算得出堰上水頭為 0. 03 m ,跌水頭為 0. 07 m , h 值按經(jīng)驗(yàn)取值為 0. 1 m。 結(jié)合寶洲污水處理廠二沉池工程實(shí)例,經(jīng)計(jì)算孔徑值為 19 mm。 而該項(xiàng)工程開(kāi)孔為 40 mm ,可以看出與計(jì)算值的明顯差異 ,成為導(dǎo)致沉淀后的出水大部分直接從底部平衡孔流出 ,設(shè)計(jì)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(jì)算 ,平衡孔數(shù)只有17個(gè)。為此本項(xiàng)工程在實(shí)際的運(yùn)行中的平衡孔現(xiàn)已減少了 60個(gè) ,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(shè)置方式及位置在現(xiàn)行設(shè)計(jì)水力負(fù)荷和停留時(shí)間下是影響出水水質(zhì)的一個(gè)主要因素 , 上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)雖然進(jìn)一步驗(yàn)證了由污水處理廠運(yùn)行維護(hù)與管理等相關(guān)文章提出的圓形中心進(jìn)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(méi)有較全面的解釋和分析 ,仍然有深入研究的必要。
在工程應(yīng)用中 ,為確保沉淀效果和出水水質(zhì) ,設(shè)計(jì)除依照規(guī)范盡可能減少堰上負(fù)荷外 ,還避免堰的設(shè)置位置不當(dāng)對(duì)出水帶來(lái)的影響 ,應(yīng)避免采用外置單側(cè)堰方式出水; 二沉池出水設(shè)計(jì)為內(nèi)置雙側(cè)堰出水時(shí) ,也宜設(shè)計(jì)離池壁 2～ 3 m處。 另外二沉池出水堰槽設(shè)計(jì)平衡孔時(shí) ,也應(yīng)在設(shè)計(jì)中選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算方法確定 ,使二沉池出水槽和溢流堰處在合理的運(yùn)行狀態(tài)。

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