集水槽有限元分析時分三種工況設(shè)計: 工況1 ：集水槽修建完成后，未投入運行，僅受風荷載。 工況2：集水槽修建完成后，投入正常運行，不受風荷載。 工況3：集水槽修建完成后，投入正常運行，受風荷載。 內(nèi)力分析中，取以上3 種工況中不利組合進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

在上述荷載及工礦組合下，采用ANSYS 有限元軟件進行靜力計算，通過后處理后便能對集水槽各部分構(gòu)件進行內(nèi)力分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計。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、拉梁及承臺梁)。

水槽壁板的水平與豎向彎矩圖類似于連續(xù)梁，但與連續(xù)梁彎矩不同之處在于，集水槽壁板同時受拉力，且集水槽水平向的拉力遠大于豎向所受拉力。水平向大彎矩為－258 kN · m/m，大拉力為687 kN/m ；豎向大彎矩為465 kN · m/m，大拉力為113 kN/m。因此，集水槽壁板應(yīng)按拉彎構(gòu)件進行配筋計算。

對于集水槽樁基而言，三維有限元仿真計算，能準確計算出每根樁的樁頂豎向力及水平力，進行樁基優(yōu)化布置和選型設(shè)計。

二沉池是城市污水生物處理工藝中很重要的一個污水處理單元,其主要的作用是促進泥水、固液分離,同時提高回流污泥、剩余污泥濃度。二沉池設(shè)計和運行過程中的影響因素很多,如二沉池池型、進水形式、表面積、池深、集水槽處的溢流堰上負荷以及污水的溫度、污泥自身的沉降性能等等。就池型及構(gòu)造而言,二沉池有輻流式、平流式、豎流式3種,池型有圓形、方形,而圓形輻流式二沉池是當前污水生物處理中常見的一種形式。

因集水槽內(nèi)平衡孔開孔過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行時出現(xiàn)的問題和現(xiàn)象進行了試驗及分析。

一般的二沉池和集水槽較多地采用玻璃鋼或不銹鋼材料 ,為減少浮力對這類集水槽產(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 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°開一個平衡孔 ,孔徑為 40 mm,共 80孔。 實際運行過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從而影響出水水質(zhì)。 為解決平衡孔開設(shè)影響三角堰均勻溢流出水的問題 ,結(jié)合泉州寶洲污水處理廠二沉池平衡孔的開設(shè)方式 ,平衡孔的水量可按薄壁小孔口淹沒出流公式進行計算 ,平衡孔對三角堰進水的影響按 5% 以內(nèi)考慮 ,則計算平衡孔孔徑經(jīng)推導(dǎo)計算表達式可寫為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)計污水量 ( m3 /s)。

按給水澄清池環(huán)行集水槽計算公式計算得出堰上水頭為 0. 03 m ,跌水頭為 0. 07 m , h 值按經(jīng)驗取值為 0. 1 m。 結(jié)合寶洲污水處理廠二沉池工程實例,經(jīng)計算孔徑值為 19 mm。 而該項工程開孔為 40 mm ,可以看出與計算值的明顯差異 ,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)計算 ,平衡孔數(shù)只有17個。為此本項工程在實際的運行中的平衡孔現(xiàn)已減少了 60個 ,其配水的均勻性及出水水質(zhì)均得到了較大的改善。
在工程應(yīng)用中 ,為確保沉淀效果和出水水質(zhì) ,設(shè)計除依照規(guī)范盡可能減少堰上負荷外 ,還避免堰的設(shè)置位置不當對出水帶來的影響 ,應(yīng)避免采用外置單側(cè)堰方式出水; 二沉池出水設(shè)計為內(nèi)置雙側(cè)堰出水時 ,也宜設(shè)計離池壁 2～ 3 m處。 另外二沉池出水堰槽設(shè)計平衡孔時 ,也應(yīng)在設(shè)計中選擇適當?shù)挠嬎惴椒ù_定 ,使二沉池出水槽和溢流堰處在合理的運行狀態(tài)。