劉靜曉 牛 勇 高向榮

（上海凈邦建筑工程有限公司，上海 200331；蘭州生物制品研究所有限責(zé)任公司，甘肅蘭州 730046）

1 污水處理排放系統(tǒng)問題的提出

生物所某漿站位于蘭州市某郊縣，其污水主要成分為NH4+、懸濁物和血漿乳濁液，漿站污水處理主要是靠加入堿離子和絮凝劑后沉淀來去除水中的這些物質(zhì)，但排放系統(tǒng)自建成半年來，一直存在排水不及的問題，開始懷疑過進(jìn)水水量變化過大、水中鐵細(xì)菌腐蝕排水口造成排水不暢、排水口孔徑過小等方面的原因，但經(jīng)測(cè)試小時(shí)水量較為均勻，排水口經(jīng)多次疏通處理，未解決問題，只能加大開口孔徑，卻影響處理效果，混凝土污水沉淀池上清液檢測(cè)發(fā)現(xiàn)三種污染物去除效果較差，不能滿足排放要求。于是，所里專門組織技術(shù)力量對(duì)此問題進(jìn)行了分析、解決。

2 現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)查

經(jīng)查，本污水系統(tǒng)采用重力自流將需處理的廢水收集到一個(gè)5 m3的水箱中，經(jīng)過加藥處理后再排入鋼筋混凝土污水處理池，見圖1。

通過詳細(xì)了解，此漿站污水量約為3.5 m3/h，主要為清洗、消毒廢水、NH4+、懸濁物和血漿乳濁液為主的污染成分，在工作時(shí)間水量相對(duì)穩(wěn)定，水中雜質(zhì)較少，進(jìn)入水箱的水管共兩條，分別來自二樓和三樓，水管管徑均為DN50，下泄入混凝土池的開口為圓形，直徑約為20 mm，開始運(yùn)行時(shí)排水量一直不能滿足進(jìn)水要求，出現(xiàn)溢水，曾采取加大開口孔徑至50 mm、做分支管直接接入混凝土池等措施，但加大開口孔徑后出水效果難以滿足要求，只能做分支管引入混凝土池，在混凝土池中也做加藥處理，出水水質(zhì)又難以穩(wěn)定。

圖1 原有排水系統(tǒng)示意圖

3 模擬模型的建立和計(jì)算處理

在多方分析后，我們建立了排水模擬模型，認(rèn)為開口水箱自由出流滿足孔口自由出流條件，見圖2：

圖2 孔口自由出流模型示意圖

開口尺寸e 為20 mm，小于水深H=1 000 mm 的1/10，認(rèn)為其為小孔口；開孔處的壁厚遠(yuǎn)比開口尺寸e小，認(rèn)為其為薄壁。由于流動(dòng)的慣性，自孔口噴出時(shí)，流股會(huì)出現(xiàn)收縮，在距開口e/2 處斷面達(dá)到最小，此斷面成為收縮斷面，c～c，根據(jù)連續(xù)方程c～c 斷面的流速VC最大。

式中 φ — 流速系數(shù)，無單位；取值大約為0.97；

H0— 作用水頭，單位是m。

H 是o-o 斷面的總水頭，此容器很大，水面流速很小，忽略上游速度水頭。則作用水頭近似為上游水位H，式中以H 代替H0作為流速公式[1]。由于收縮的影響，c-c 斷面的面積A0比開口面積A 小，定義收縮系數(shù)為：

完善收縮的薄壁小孔口出流的收縮系數(shù)€=0.64，根據(jù)連續(xù)方程，出流的流量可以寫成：

式中，μ=φ €稱為流量系數(shù)，完善收縮的薄壁小孔口μ 值約為0.62，經(jīng)過計(jì)算，流量約為3.15 m3/h，實(shí)際測(cè)算的出流量為3 m3/h，略小于計(jì)算值，小于3.5 m3/h 的實(shí)際排水量。

找到原因后，大家開始分析簡(jiǎn)單的解決辦法，經(jīng)查資料，管嘴出流的出流量會(huì)稍大于孔口出流。根據(jù)分析我們準(zhǔn)備從兩方面入手，一是推算管嘴出流的出流量能到多少，是否能滿足要求，二是通過孔口出流倒算開口直徑，看在推算直徑下的出水水質(zhì)是否能滿足要求。

所謂管嘴出流，是通過在容器的開口接一與開口直徑相同，長(zhǎng)度為3～4 被開口直徑的短管，此時(shí)通過短管的出流稱為管嘴出流[2]，見圖3。

圖3 管嘴出流模型示意圖

圓柱形外管嘴出流最為常見，最典型的管嘴出流，其出流速度，流量分別為：

兩式中符號(hào)的意義與孔口出流的情況完全相同，但出流斷面為b-b 斷面，與開口斷面相同，收縮系數(shù)€=1，流速系數(shù)φ=0.82，所以，流量系數(shù)μ=φ €=0.82?？梢?，在開口直徑、作用水頭相同的前提下，孔口出流的流速大于管嘴出流的流速，而孔口出流的流量小于管嘴出流的流量。經(jīng)過計(jì)算，管嘴出流的流量可以達(dá)到4.06 m3/h。

倒算孔口出流開口孔徑，可得開口孔徑為DN21，考慮到部分余量，建議開口孔徑為DN25，拆除原來擴(kuò)口后封堵的鋼板，重新增加開口為DN25 鋼板后，測(cè)得實(shí)際出水水量可達(dá)到4.6 m3/h，出水水質(zhì)滿足要求，再考慮以后增容，又在孔口處增加一長(zhǎng)度為80 mm 的短管，測(cè)得實(shí)際出水水量達(dá)到5.8 m3/h，改造完成，達(dá)到使用要求。水量水質(zhì)均得到了保證。見圖4。

圖4 現(xiàn)有排水系統(tǒng)示意圖

4 結(jié)束語

采用管嘴出流代替小孔口自由出流，直觀上給人的感覺是增加了沿程阻力和局部阻力，出水量會(huì)變少，但通過計(jì)算和實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)結(jié)果恰恰相反，這說明在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中不能僅憑主觀判斷，還要做詳細(xì)的理論推理和實(shí)際試驗(yàn)，才能得到正確的結(jié)果。

管嘴出流在實(shí)際的工程中有較多應(yīng)用，在風(fēng)管清洗、排水等方面都可以根據(jù)水量和管口直徑關(guān)系來進(jìn)行推算，有一定的經(jīng)濟(jì)效益，而且如果原來為孔口出流，改動(dòng)較少，具有較大的使用前景。

[1] 西南交通大學(xué)水力教研室.水力學(xué)[M].北京：北京高等教育出版社，1991.

[2] 李玉柱、苑明順.流體力學(xué)[M].北京：北京高等教育出版社，1998.

[3] 劉鶴年.水力學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2001.