水质均化池容积计算

水质均化池容积计算摘要把水质均化过程分为两种类型恒水位水质均化过程和变水位水质均化过程，分别建立了两种数学模型节点模型和微分模型，求解模型得出了可用来模拟计算水质均化池最小有效容积迭代公式，说明了模拟算法的应用要点关键词均化池水质均化调节池水质平衡The mathematicalmodels ofwater qualityequalizationAbstract.Th.proces.o.wate.qualit.equalizatio.ma.b.pide.int.types,constan.water-leve.an.variabl.water-leve.equalizatio.process.Tw.kind.o.mathematica.mode,calle,noda.poin.mod e.an.differentia,calculu.mode.wer.se.u.respectively,solvin.fo.th.model,obtai.som.iterativ.formulae,whic.ma.b.use.t.calculat.th.minima,effectiv・volum.o.th.equalizatio.basin.A.las.sho.th.essentia,o.simulativ.calcula tio.method.Key words:equalization basin；water quality；equalization；waterregulating tank；water qualitybalance废水水量、水质的不均匀特性决定了废水处理工艺中均质池的重要性均质池的作用在于以预定的均化方式利用适当的容积使不均匀水质得到预期程度的均化由于均质池池容受水质和水量两个方面的不均匀性共同影响，其复杂性超出了直观和经验方法所能确定的范围对具体的废水其均质池池容只有通过模拟才确定然而因人们对水质均化池的均化过程认识不充分、设计计算方法不准确，仍然见到设计容积过大或不够的均质池，致使水处理工程浪费或均化程度不够造成处理效果和系统的稳定性很差的在当前水处理工艺向设备化和自动化方向发展的情况下，水质均化引起的设备有效性和稳定性问题更加突出，为此，本文在总结已有研究成果的基础上，进一步详细分析并求解了均化过程的微分模型，并归纳了水质均化池设计计算的要点，为模拟编程提供了算法和帮助，意在改变水处理中应对不均匀现象的理论现状1水质均化过程的理论与实践简述水质均化池可分为两种类型，其一为既可均化水质也可均化水量的均质池，水力特征为完全混合型，可再分为连续运行和间歇运行两种；另一类型是为只均化水质不均化水量的均质池，可再分为完全混合型的和异程式的两种均化池异程式均质池的水力特征为推流型，有同心圆形均质池、矩形均质池、回流式均质池等工程设计中还应考虑旁通贮留方式的优点及事故池的必要性

[1]

[2]o我国在均质池的设计方面，一直沿用着经验方法该方法在选取设计容积时首先要判断废水的浓度和流量皆较大的时段区域，取这一时段区域总水量的一半除以经验校正系数（考虑池内废水未能达到完全混合的放大系数，常取

0.7）,即为均质池有效容积经验方法没有综合考虑水质水量的不均匀性，计算均质池有效容积的受主观因素影响较大那种不首先获得水量水质不均匀数据，单凭估计确定均质池容积的做法是错误的考虑现在计算手段大大增强，可用其它计算方法代替经验法对其它方法介绍较多的要数《三废处理工程技术手册》（废水卷），手册中介绍了统计方法和Patterson与Menez提出的方法

[3]这两种设计计算方法主要来自W.Wesley Eckenfelder的介绍其中，统计方法适用于废水流量接近常数且废水水质变化为正态分布的情况因为产生废水的过程大多受某种固定的程式所控制，一般地说废水不均匀情况有一定周期而不符合正态分布，所以统计方法的适用性很有限现有可靠的方法除了Patterson和Menez给出的方法外，还有Eckenfelder给出的有限差分法，Eckenfelder有限差分法中还给出旁通贮留方式均质池设计的有限差分方法

[2]

[4]o然而在我国的设计手册和资料中对这两种可靠方法的介绍都很简略为弥补均质池设计理论上的不足，作者以混合过程为基础，针对均质池的类型对均化过程建立数学模型求解得出了与Patterson与Menez相同的迭代公式

[5]；还建立了均化过程的微分模型并给出模型的有限差分解，结果除包括Eckenfelder给出的有限差分公式外，还给出一种新的微分解对于均化程度，Eckenfelder给出了一般原则一般当废水峰值系数（Max/Mean值）PFWL2并且水质标准偏差与平衡值之比（Sedev/Mean值）$06££/乂★

0.2就可满足水处理工艺的要求

[2]

[4]一般当PF=L2,另一约束条件可以保证另外，考虑均质池计算中完全混合假设不能完全实现应给以校正，通常取有效池容计算值除以

（4）式中迭代式

（4）即为Eckenfelder给出的恒水位均质池容积计算的有限差分公式恒水位水质均化池模拟计算要点

2.3

（1）、给出ai、Qi（i=0,1,2…n-1）、At,预设V和cO,选用两种模型的一种，即选用

（2）式或

（4）式进行迭代计算，可得ci+1系列数据计算表明，相同出水浓度最大值与平均值之比（峰值系数，PF）要求下，用

（2）式算得的V值一般偏小些其原因是在每个时间区间内，浓度在式

（4）中都是依指数律变化的，而在

（2）式中都是依线性关系变化的

（2）、每给出一个V值，即可得到一个均化出水浓度系列值，可验证所取的V值是否满足均化出水的浓度要求多次尝试可得到一个满足均化出水浓度要求的最小V值，即是恒水位水质均化池最小有效容积的计算值

（3）、均化池初始浓度cO对迭代运算结果略有影响，为计算方便可取废水浓度测定值的平均值为更精确起见，可进一步再调整cO为ci+1序列的最后一个值；例如对以24小时为一个周期的废水模拟T个周期时，可尝试使得cO=c24T,结合调整V的值，尝试三到四次后就可以得到精确的结果3变水位水质均化池变水位水质均化池可连续均匀出水、池内水量按一定特征不断变化；它对水质和水量都有均化作用变水位均池池容积不得小于只作相应废水水量均化的均量池的池容，在均量池池容以上池容积越大，水质均匀化程度越大变水位水质均化池与恒水位水质均化池不同的只是两点其一是池内存水体积Vi是变化的；其二是出水按照水量均化的要求应是均匀的，流量q为周期进水流量的平均值变水位均质池数学模型的解即为描述变水位均质池V,和c的迭代计算公式i+1变水位水质均化池节点数学模型

3.

31、米用Vi+1的迭代式5与ci+1的迭代式6式、9式、10式三者之一，联合构成变水位水质均化池迭代计算的数学模型给出ai、Qi i=0,1,2…n-1）、At、V（^DcO,由上式迭代计算，可得Vi+1和Ci+1两个系列计算数据

（2）、每给出一个V0值，即可得到一个均化出水浓度系列值ci和池中存水量系列值Vi,可验证所取的VO值是否满足均化出水的浓度要求多次尝试VO值可得到一个满足浓度均化要求的最小的V0值，相应的Vi中的最大值即是变水位水质均化池最小有效容积计算值利用不同迭代式的三种计算结果略有不同，一般利用

（6）式计算时V偏小些，原因与恒水位均质池计算相同;利用

（9）式和

（10）式计算的V相差较小

（3）、均化池初始浓度c0对迭代运算结果有影响，一般对两个周期以后的迭代计算结果影响很小为计算方便可先取废水浓度测定值的平均值；在V0大致取定使PF接近要求后，再结合调整V0不断调整c0为ci+1序列的最后一个值，即可得到更精确的结果

（4）、对于连续均匀出水的变水位水质均化池，池中初始水量为V0,它的出水流量q是整个废水不均匀周期中废水流量的算术平均值；调试运行开始即退0时,池内水的湿体积为V0这一点应得到保证

（5）、模拟计算时池中存水体积Vi不可为负值；当Vi的最小值为零时，变水位水质均化池即相当于水量均化池，相应的PF即表示了均量池的均质效果4各计算方法计算两类均质池池容举例与比较为了便于与经验法相比较，在此取废水为国内资料中论及水质均化时常用的典型水样，数据如表1所示原废水水量和水质PF值为

1.625和

1.64,均质池进水量变化曲线如图1所示、进水水质变化曲线如图

2.3中的ai曲线所示已经用经验法完成了该废水的恒水位均质池的设计，采用矩形平面对角线出水调节池

[3],计算得恒水位均质池的有效池容为206nl3,若不除

0.7校正，按完全混合池容计则为142m3用若用节点模型（也即Patterson与Menez给出的方法）模拟计算，当池容采用142m3时，均化出水水质PF为

1.

16.标准偏差与平衡浓度之比为

0.11用若微分模型（Eckenfelder给出的方法）模拟计算，当池容采用142m3时，均化出水水质PF为

1.

187、标准偏差与平衡浓度之比为

0.119,均化效果如图2所示用两种方法验证表明，这个已成功实施的恒水位均质池理论池容，与微分模型模拟计算值基本一致，而与节点模型计算结果相差略大一些对经验方法来说，设计计算恒水位的要比设计变水位的均质池容易，当设计均化达到PF值要求的范围时，要经多次改变时段区域并试算，不同人之间的计算结果可能不一致，还很难给出与有效池容计算值相关的初始数据c0和VOo以下，采用不同模型按约束条件PF=

1.2模拟计算恒水位与变水位的均质池均化过程，得到有效池容和相关的初始量对典型实例水样进行恒水位均化和变水位均化的模拟计算结果及相关参数，如表2所示，均化出水曲线表1典型废水24小时时平均流量m3/h与水质mg/L数据△t=lh0123456789012r090386818805780005536042030070080040030080080090040010020080070070000050030060040000090070010图1进水流量Qi,m3/h变化曲线图2142m3恒水位完全混合均质池进水水质ai,mg/L和出水水质ci,mg/L变化曲线PF=L187及平均水质meanc线表2典型废水的均质池池容模拟计算结果图3恒水位与变水位均质池进水水质ai,m3/h和出水水质ci,mg/L变化曲线PF=

1.2及平均水质mean c线图4变水位均质池池内存水量Vi,m3/h变化曲线均化水质PF=L2及平均存水量meanV线5结语木质均化过程的数学模型有节点模型和微分模型，求解节点模型可得到Patterson与Menez恒水位和变水位均质池出水浓度的迭代公式，微分模型的解可得出Eckenfelder恒水位均质池和变水位均质池出水浓度及池内水量的迭代公式利用这些迭代公式模拟计算，可得到符合均化要求的均质池有效容积的计算值模拟计算结果，可以给出与池容计算值相应的初始参数［参考文献］

1.北京市政设计院.给水排水设计手册（第六册）工业排水［M..北京中国建筑工业出版社，1986:139144〜

2.Eckenfelder,W.W.工业废水的活性污泥处理法［M］.姜文焯，朱光（编译）.北京中国建筑工业出版社.1997:711〜

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3104.Eckenfelder.W.W,Masterman.J.L.Industria.Wate.Pollutio.Control［M］.北京清华大学出版社.20022328〜

5.张玉镭.水质均化池容积计算方法［J］.给水排水，2001,27

（7）3942〜。