浮船式穿孔集水槽的製作方法

2023-06-06 20:52:41 2

專利名稱：浮船式穿孔集水槽的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種水處理工藝中使用的裝置，具體涉及一種用於水處理的沉澱過程中上清液的匯集裝置。
背景技術：
在汙水處理的沉澱過程中，需要將上清液排出，目前常見的是普通穿孔式集水槽，在槽體兩側開有集水孔，集體與出水管連通，並固定於池壁上，上清液從集水孔中流入，經出水管排出。這種結構，由於槽體固定，在需要間歇出水和變水位出水的場合無法使用。為此，亦有採用可變水位的上清液排出裝置，通常用電機控制其進水口高度，實現上清液的自上而下排出，其結構複雜、笨重，耗能高；還有報導在排出裝置中加設浮球，利用水的浮力使其保持在水池表面，但是，浮球的浮力必須採用氣閥控制，操控困難。

發明內容
本發明目的是提供一種不需動力，能自行控制變水位方式的上清液收集的浮船式穿孔集水槽。
為達到上述目的，本發明採用的技術方案是一種浮船式穿孔集水槽，包括帶有集水孔的槽體和出水管，出水管與槽體通連，集水孔分布於槽體側部，在槽體和出水管連通處設有水位調節結構，在槽體下部設有可控制開閉的充水活門；還包括有可驅動水位調節結構及充水活門的控制裝置，控制裝置使得集水槽具有三種狀態，起始狀態時，充水活門打開，水位調節結構位於高位，集水槽進水下沉，工作狀態時，充水活門關閉，水位調節結構位於排水位，通過集水孔以恆定速度排水，結束狀態時，水位調節結構位於低位，集水槽浮起。
上述技術方案中，所述槽體可以是頂面敞開的結構，也可以是封閉結構；所述水位調節結構可以為轉動式堰板調節結構，轉軸位於槽體底部；也可以為升降式堰板調節結構，上升時堰板擋水高度增加，下降時堰板擋水高底降低。
上述技術方案中，所述充水活門可以為轉動式活門，轉軸位於活門上部；也可以為升降式活門，上升時打開活門，下降時關閉活門。
上述技術方案中，所述槽體的橫截面形狀有多種，只要滿足集水槽的浮動平衡及穩定性要求，可以為矩形；也可以為多邊形的複式截面。當設計流量大時，用矩形斷面可能導致設計集水槽自重太大，可採用複式斷面如圖5示，但為方便防腐保養的操作，集水槽寬度不宜小於0.2M。增大集水槽上口寬度，有利於提高浮船式集水槽的穩定性。
槽體可以沿水平方向伸展成十字形，適應於間歇式活性汙泥處理工藝；也可以沿水平方向伸展成分叉的多支渠結構，適應於三槽式氧化溝的端部出水。
本發明使用時，控制裝置起動，提升堰板使水位調節結構位於高位，同時開啟充水活門進水，使集水槽充水下沉，當下沉到一定水面相對標高后，控制裝置再次動作，放低控制堰板到設計P高度，同時關閉充水活門，浮船式集水槽開始工作集水，此處，可以採用浮球拉動控制觸點自動控制；停止時，控制裝置將控制堰板放至最低，槽內水位降低集水槽浮起，直至集水孔脫離水面，停止集水。
本發明的浮船式穿孔集水槽能正常工作，必須滿足以下條件1.有一定的穩定性，能適應一定的水位的偶然波動和一定偶然荷載。並能在這些偶然作用消失後能自動恢復；2.開始集水時控制堰板提升高度必須保證能使集水槽下沉到設計標高，不致中途浮起；3.停止集水時，控制堰板下降導致的槽內水位降低應能保證集水槽上浮達到使集水孔脫離水面並最終離開水面有一定的保護高度，在非出水時段不會有水經集水孔排出。
在實際設計中，可以由水力學公式推算出合理的尺寸、重量。
集水槽流速水頭和水頭損失都很小，集水槽內水位主要由控制堰板控制，由堰流及孔口出流流量公式及浮力與重力的平衡條件，可得到浮船式穿孔集水槽的穩定條件，假設在整個過程中各流量係數不變。
由堰流公式Q＝m0b(2*g)1/2H1.5(1)由孔口出流公式Q＝μ∑f(2*g*hx)1/2(2)式中Q表示集水槽集水流量 H表示堰上水頭m0表示堰流流量係數 μ表示孔口流量係數b表示堰寬 ∑f孔口總面積g表示重力加速度hx表示孔上水頭設集水槽為矩形斷面，淨重為G。當集水槽內外水位差等於Δ，即L+hx-H-p＝Δ(3)時，浮力等於重力G。當集水槽穩定工作時，由(1)、(2)得m0b(2*g)1/2H1.5＝μ∑f(2*g*hx)1/2hx＝m02b2H3/μ2(∑f)2(4)對(4)求導得dhx/dH＝3m02b2H2/μ2(∑f)2(5)當設計平衡點dhx/dH＜1時，當hx變化一Δhx時，H變化ΔH，且|Δhx|＜|ΔH|，當hx減小時，由(3)L+hx+Δhx-H-ΔH-p＞Δ，浮力大於重力，集水槽繼續上浮，hx進一步減小。若hx增大，則L+hx+Δhx-H-ΔH-p＜Δ，浮力小於重力，集水槽下沉，hx進一步增大。由上可知，在此條件下的平衡是暫態平衡，在此條件下浮船式集水槽是不穩定的，不能正常工作。
當設計平衡點dhx/dH＝1時，同樣的分析可知浮船式穿孔集水槽對上浮是不穩定的。但不會進一步下沉。
當設計平衡點dhx/dH＞1時，當hx變化一Δhx時，H變化ΔH，當hx+Δhx＞時，有|Δhx|＞|ΔH|，當hx減小時，由(3)L+hx+Δhx-H-ΔH-p＜Δ，浮力小於重力，集水槽下沉，hx增大，直至恢復平衡點。若hx增大，則L+hx+Δhx-H-ΔH-p＞Δ，浮力大於重力，集水槽上浮，hx減小，直至恢復平衡點。由上可知，此條件下的平衡是穩定平衡，在此條件下浮船式集水槽可在一定的偶然作用下保持穩定工作。
以上分析可用函數圖解如圖2曲線為hx＝F(H)＝m02b2H3/μ2(∑f)2直線為hx＝G(H)＝H+Δ+p-L此時F(H)與G(H)有兩個交點第一點(h1，H1)為不穩定平衡點，第二點(h2，H2)為穩定平衡點即工作點，且hx因偶然原因上升，只要hx＞h1，當偶然作用消失時，集水槽仍可回到正常工作狀態。但最大提升荷載承受點是曲率等於1的點(H0，h0)。
在控制裝置中，必須確定堰板的工作高度P如圖2示，H0為曲線F(H)曲率等於1的點，即此點的曲線的切線平行於G(H)，只要F(H)左移(H2-H1)*(h0-h1)(h2-h1)+H1-H0]]>即當P=(H2-H1)*(h0-h1)(h2-h1)+H1-H0]]>時，當堰板降下時，集水槽將有一個平衡點，但當P>(H2-H1)*(h0-h1)(h2-h1)+H1-H0]]>時，當堰板降下，集水槽將不再有平衡點，且曲線上所有的點都在直線的上方，浮船式穿孔集水槽將一直上浮直至集水孔浮出水面。
堰板的提升高度應能使集水孔孔上水頭超過h1，在能在孔上水頭達到h1時浮球控制觸點動作，放下堰板後，集水槽能下沉到工作水位。首先應滿足能使集水空沒入水中，設堰板提升高度為S，即使S＞L-Δ，此時平衡曲線為hx＝F(H-S+P)，相當於把曲線右移S-P，當S＞L-Δ時，S-P＞L-Δ-P，大於G(H)在H軸的截距，此時hx＝F(H-S+P)與hx＝G(H)在hx＜h1的點沒有交點，且在直線hx＝G(H)下方，可一直下沉通過h1。同時可由hx＝F(H-S+P)與hx＝G(H)的交點求解集水槽保護高度，應使在堰板不放下時不至於集水沉沒。求解的高度會比較大，可採用增大上部集水槽面積的辦法減小保護高度。
由於上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點1.由於本發明集水槽靠浮力浮於水面，能隨水位的變化升降始終保持一定的上浮高度和孔上水頭，使浮船式集水槽在大的水位波動下能始終保持均勻出水，且不需動力。
2.由於本發明通過控制調節堰板和充水活門調節集水槽槽內水位以改變集水槽的總重，從而控制集水槽上浮的高度，因而能以此控制浮船式集水槽集水與否，可以簡便的實現間歇式活性汙泥法的變水位沉澱出水；也能用在UNITANK工藝中的沉澱出水，由於能隨水位升降，不僅可減少工藝管線(廢水管)，而且可調節反應池水位，使工藝運行更加靈活更趨合理；同時還可用於三槽式氧化溝等需間歇出水或變水位出水的水處理工藝中。
3.本發明的集水槽在漂浮時可保持平衡，根據水動力學原理，可以方便地推導得出集水槽正常工作的平衡條件和不同於固定式集水槽的設計要求。


附圖1為本發明實施例一的俯視示意圖；附圖2為圖1的A-A剖視示意圖(省略控制裝置)；附圖3為實施例一的一種控制裝置連接示意圖；附圖4為可採用的控制電路示意圖；附圖5為槽體設計計算示意圖；附圖6為槽體平衡條件的函數曲線圖；附圖7為實施例一的計算曲線圖；附圖8為集水槽形式一的斷面圖；附圖9為集水槽形式二的斷面圖；附圖10為集水槽十字布置形式示意圖；附圖11為集水槽多支渠布置形式示意圖；附圖12為實施例二的局部剖視示意圖。
其中[1]、槽體；[2]、池體；[3]、出水管；[4]、充水活門；[5]、集水孔；[6]、堰板；[7]、導向支架；[8]、控制浮球；[9]、電機；[10]、整流板。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述實施例一參見附圖1至附圖11所示，一種浮船式穿孔集水槽，包括帶有集水孔5的槽體1和出水管3，出水管3與槽體1通連，所述槽體1頂面敞開，集水孔5分布於槽體1兩側，在槽體1和出水管3連通處設有轉動式堰板調節結構，轉軸位於槽體底部，在槽體1下部設有可控制開閉的充水活門4，充水活門4為轉動式活門，轉軸位於活門上部；還包括有可驅動水位調節結構及充水活門的控制裝置，控制裝置使得集水槽具有三種狀態，起始狀態時，充水活門打開，水位調節結構位於高位，集水槽進水下沉，工作狀態時，充水活門關閉，水位調節結構位於排水位，通過集水孔以恆定速度排水，結束狀態時，水位調節結構位於低位，集水槽浮起。
控制裝置的設計意圖是實現浮船式穿孔集水槽的工作過程，可以採用各種控制電路來實現，附圖3給出一種控制裝置的示意圖，附圖4是其控制電路示意圖，利用該控制電路，可實現手動或PLC自動控制，按下啟動按鈕A1，電機正轉，帶動堰板及充水活門動作，達到設計高度，限位開關ST1斷開，電機停止，充水活門充水，集水槽下沉，當集水槽外水位達到h1時，浮球觸點FK閉合，電機反轉，帶動控制堰板下降，達到工作高度P時，限位開關ST2斷開，控制堰板保持在P高度，集水槽工作，當需停止集水時，按下關閉按鈕A2，控制堰板放到最底，集水槽內水位降低，集水槽上浮，直至集水孔離開水面。
在具體設計過程中，各參數的設計對集水槽的正常浮沉、工作有較大影響，現以一個日出水量10000M3的浮船式穿孔集水槽的設計為例，作為集水槽的設計示例，不考慮流量時變化係數。
先探討孔上水頭與堰上水頭的關係，設h0，H0分別是設計孔上水頭和堰上水頭。
由(5)式dhx/dH＝3m02b2H2/μ2(∑f)2當hx＝h0、H＝H0時，dhx/dH＝3m02b2H02/μ2(∑f)2＝3m02b2H02/μ2(∑f)2＝3m02b22gh0H02/μ2(∑f)22gh0＝3m022gh0H02/q2＝3m022gh0H02/m022gH03＝3h0/H0要求設計平衡點dhx/dH＞1，增大dhx/dH值，有利於增加浮船式穿孔集水槽的穩定性，這樣要求增加h0，減小H0，增加h0孔口流速增大，為保證沉澱效果不受影響，在孔口下相應增加一整流板如附圖8所示，整流板在停止集水時可起阻止汙水濺入集水槽的作用，為保證整流板不積水，整流板低點設置洩水小孔。取h0＝0.15M，H0＝0.25M，則由∑f＝Q/μ(2gh0)0.5＝0.1088M2＝1088CM2孔口出流自由跌水高度取0.08M，Δ＝0.23M，
則L-P＝0.33M，由(3)式L+hx-H-p＝Δhx-H＝-0.10 (6)又由(4)式hx＝m02b2H3/μ2(∑f)2＝9.692H3(7)取m0＝0.42，μ＝0.62，則b＝Q/m0H0(2gH0)0.5＝0.11574/0.42*0.25*(2*9.81*0.25)0.5＝0.498，取b＝0.5M由(6)，(7)作函數曲線如附圖7。當H＝0.185M時曲線斜率等於1，此時hx＝0.062M，對於(6)，當hx＝0.062時，H＝0.162，ΔH＝0.023M，堰板工作高度P＞ΔH＝0.023M，為保證停止集水時集水槽上浮高度，取P＝0.10M，此時，停止集水時集水槽上浮高度為0.20M，由此得L＝0.43M，集水槽下沉時，堰板提升高度S＞L-Δ-P＝0.20M，由於S＝0.20M時，充水活門處於進水狀態，集水槽不能在hx＝0時取得平衡，可取S＝0.20M，即比正常運行時高0.10M。選用集水孔孔徑25MM，單孔面積f＝Л*2.52*/4＝4.91CM2，集水孔總數n＝1088/4.91＝222個，集水孔間距為40/222＝0.180M。集水槽保護高度應在控制堰板最高點保證集水槽不沉沒，由hx-H＝-0.10(直線1)，hx＝9.692(H-0.10)3(曲線2)得H＝0.421，(由於此時實際集水孔為淹沒出流，實際孔上水頭比計算小，用此式計算能滿足要求)所以，保護高度應大於0.421-0.25＝0.171，取保護高度為0.20M。集水槽寬應保證一定的過水斷面，當集水槽寬0.2M時，過水麵積為0.2*0.35＝0.07M2，槽內流速為0.827M/S。集水槽設計重量約為0.2*0.23*40＝1.84T。則集水槽斷面如圖8所示。
根據需要，也可以設計多邊形的複式截面槽體，如附圖9所示；當用於間歇式活性汙泥處理工藝時，槽體沿水平方向伸展成十字形，如附圖10所示；當用於三槽式氧化溝的端部出水時，槽體沿水平方向伸展成分叉的多支渠結構，如附圖11所示。
實施例二參見附圖12所示，一種浮船式穿孔集水槽，其基本結構與實施例一類同，其中，槽體與出水管間的水位調節結構採用升降式堰板調節結構，上升時堰板擋水高度增加，下降時堰板擋水高底降低。
權利要求
1.一種浮船式穿孔集水槽，包括帶有集水孔[5]的槽體[1]和出水管[3]，出水管[3]與槽體[1]通連，其特徵在於集水孔[5]分布於槽體[1]側部，在槽體[1]和出水管[3]連通處設有水位調節結構，在槽體[1]下部設有可控制開閉的充水活門[4]；還包括有可驅動水位調節結構及充水活門[4]的控制裝置，控制裝置使得集水槽具有三種狀態，起始狀態時，充水活門[4]打開，水位調節結構位於高位，集水槽進水下沉，工作狀態時，充水活門[4]關閉，水位調節結構位於排水位，通過集水孔[5]以均勻速度排水，結束狀態時，水位調節結構位於低位，集水槽浮起。
2.如權利要求1所述的浮船式穿孔集水槽，其特徵在於所述水位調節結構為轉動式堰板[6]調節結構，轉軸位於槽體[1]底部。
3.如權利要求1所述的浮船式穿孔集水槽，其特徵在於所述水位調節結構為升降式堰板調節結構，上升時堰板[6]擋水高度增加，下降時堰板[6]擋水高底降低。
4.如權利要求1所述的浮船式穿孔集水槽，其特徵在於所述充水活門[4]為轉動式活門，轉軸位於活門上部。
5.如權利要求1所述的浮船式穿孔集水槽，其特徵在於所述充水活門[4]為升降式活門，上升時打開活門，下降時關閉活門。
6.如權利要求1所述的浮船式穿孔集水槽，其特徵在於所述槽體[1]的橫截面為矩形。
7.如權利要求1所述的浮船式穿孔集水槽，其特徵在於所述槽體[1]的橫截面為多邊形的複式截面。
8.如權利要求6或7所述的浮船式穿孔集水槽，其特徵在於所述槽體[1]沿水平方向伸展成十字形。
9.如權利要求6或7所述的浮船式穿孔集水槽，其特徵在於所述槽體[1]沿水平方向伸展成分叉的多支渠結構。
10.如權利要求1所述的浮船式穿孔集水槽，其特徵在於在池體[2]的壁上固定有控制槽體[1]運動方向的導向支架[7]，在最低出水水位處設置有限位支撐支架。
全文摘要
一種浮船式穿孔集水槽，包括帶有集水孔的槽體和出水管，出水管與槽體通連，特徵為所述集水孔分布於槽體側部，在槽體和出水管連通處設有水位調節結構，在槽體下部設有可控制開閉的充水活門；還包括有可驅動水位調節結構及充水活門的控制裝置。本發明能保持均勻出水，不需動力；可以簡便的實現間歇式活性汙泥法的變水位沉澱出水；也能用在UNITANK工藝中的沉澱出水，還可用於三槽式氧化溝等需間歇出水或變水位出水的水處理工藝中。
文檔編號B01D21/24GK1431032SQ0216077
公開日2003年7月23日 申請日期2002年12月30日 優先權日2002年12月30日
發明者羅志華 申請人:羅志華