申请日2013.04.03
公开(公告)日2013.07.17
IPC分类号E03F1/00
摘要
本发明公开一种污水深海排放扩散器上升管间距确定的方法，包括以下步骤：扩散器上升管间距的估算及扩散器上升管间距初步方案确定;建立扩散器排污海域物理试验模型并对模型进行率定分析;扩散器上升管间距方案的物理模型试验;扩散器物理模型试验数据分析及上升管间距的确定。本发明通过综合采用公式计算和物理模型试验的方法，准确的确定了扩散器的上升管间距长度，有效解决了以往扩散器间距只凭公式计算难以精确确定的现状，保证了扩散器排放污染物在海域的稀释扩散效果，使得距扩散器出口百米范围内稀释度最高可达上百倍，避免了扩散器间距过长造成的工程浪费，同时为扩散器长度的确定和经济环保型扩散器的设计提供了技术支撑，为污水深海排放工程的发展奠定了基础。
权利要求书
1.一种污水深海排放扩散器上升管间距确定的方法，该方法包括有以 下步骤：
(1)扩散器上升管间距的估算及扩散器上升管间距方案初步确定
根据Brooks、Wiullam和Agg Wakeford的静水和动水中的扩散器上升管 间距公式确定上升管间距的最小值，其后结合实际工程中扩散器的长度进一 步提出扩散器上升管间距的初步方案;
(2)建立扩散器排污海域物理试验模型并对模型进行率定分析
污水排海扩散器排污海域物理试验模型为正态模型，根据相似理论设 计，遵守佛汝德数和雷诺数准则，在玻璃水槽开展模型试验：包括玻璃水槽、 扩散器模型、水槽给排水系统、污水给水系统、采样分析系统等设备和装置， 扩散器模型模拟各个上升管间距方案;水槽给排水系统由给水泵和尾门来实 现水槽水流条件的控制;污水给水系统包括污水箱、搅拌装置、污水泵、转 子流量计，实现扩散器排放污水;采样分析系统由采样器和分光光度计来实 现采样分析功能;在建立上述物理试验模型的基础上，通过旋桨流速仪、玻 璃转子流量计、液体比重计，对扩散器模型的长度、水位、流速、污水量、 污水浓度进行验证;
(3)扩散器上升管间距方案的物理模型试验
扩散器上升管间距方案物理模型试验是在步骤(2)建立的模型水槽中 进行的，模型试验中通过采用具有不同上升管间距大小的扩散器模型模拟各 个上升管间距方案，通过给水泵和尾门调节控制环境水流的水位和流速，通 过污水箱、搅拌装置、污水泵、转子流量计调节扩散器排放污水浓度和污水 量，通过采样器和分光光度计对排污水体进行采样及浓度分析，最后根据采 样分析结果得到不同上升管间距扩散器在海域排污的表层和纵面的浓度分 布;
(4)扩散器物理模型试验数据分析及上升管间距的确定
在步骤(1)确定上升管间距初步方案和步骤(2)建立扩散器排污海域 物理模型的基础上，通过步骤(3)中的扩散器上升管间距排污海域物理模 型试验，得到不同上升管间距扩散器在海域排污的表层和纵面的浓度分布， 并通过污染物表层和纵面的浓度分布分析，得到扩散器出流污水升顶和混合 能同时发生的上升管间距方案，最后确定上升管的间距。
说明书
一种污水深海排放扩散器上升管间距确定的方法
技术领域
本发明涉及一种污水深海排放扩散器上升管间距确定的方法，尤其用于 污水深海排放扩散器的多上升管多喷口结构的设计方法。
背景技术
污水进行深海排放是一种最环保经济的临港污水处置方法，得到沿海 城市广泛采用。扩散器结构的优化设计是污水排海工程建设方案的关键技术 之一，其结构方案主要包括扩散器的长度及管径、上升管个数间距及管径、 喷口的水平方位角、射流角度及管径等因素。扩散器结构方案直接影响到污 水稀释扩散效果和工程投资，研究各因素对污水稀释扩散的效果，并确定在 达到污水排海环保要求的前提下减小投资是本次扩散器方案研究的主要目 标。其中，扩散器上升管间距的计算分析主要是采用由浮射流扩散理论的圆 形射流在最大高度发生干涉理论而得的上升管间距公式，目前Brooks、 Wiullam、Agg Wakeford等提出的上升管间距公式被广泛应用。
但是通过公式计算的上升管间距只是一个最小值，实际经济环保的扩散 器间距选取一直是个瓶颈问题，亟待解决。
发明内容
本发明技术方案针对上述问题，本发明的目的是提供一种污水深海排放 扩散器上升管间距确定的方法，有利于保证扩散器排污的稀释扩散效果，同 时能更高精度的确定扩散器的长度，是进行扩散器设计的最环保经济的方 法，为设计符合环保要求的扩散器提供技术支持和参考依据。
为了实现上述目的，本方法采用的技术方案是提供一种污水深海排放扩 散器上升管间距确定的方法，该方法的步骤包括：
(1)扩散器上升管间距的估算及扩散器上升管间距初步方案确定
根据Brooks、Wiullam和Agg Wakeford的静水和动水中的扩散器上升管 间距公式确定上升管间距的最小值，其后结合实际工程中扩散器的长度进一 步提出扩散器上升管间距的初步方案;
(2)建立扩散器排污海域物理试验模型并对模型进行率定分析
污水排海扩散器排污海域物理试验模型为正态模型，根据相似理论设 计，遵守佛汝德数和雷诺数准则，在玻璃水槽开展模型试验：包括玻璃水槽、 扩散器模型、水槽给排水系统、污水给水系统、采样分析系统等设备和装置， 扩散器模型模拟各个上升管间距方案;水槽给排水系统由给水泵和尾门来实 现水槽水流条件的控制;污水给水系统包括污水箱、搅拌装置、污水泵、转 子流量计，而实现扩散器排放污水;采样分析系统由采样器和分光光度计来 实现采样分析功能;在建立上述物理试验模型的基础上，通过旋桨流速仪、 玻璃转子流量计、液体比重计，对扩散器模型的长度、水位、流速、污水量、 污水浓度进行验证;
(3)扩散器上升管间距方案的物理模型试验
扩散器上升管间距方案物理模型试验是在步骤(2)建立的模型水槽中 进行的，模型试验中通过采用具有不同上升管间距大小的扩散器模型模拟各 个上升管间距方案，通过给水泵和尾门调节控制环境水流的水位和流速，通 过污水箱、搅拌装置、污水泵、转子流量计调节扩散器排放污水浓度和污水 量，通过采样器和分光光度计对排污水体进行采样及浓度分析，最后根据采 样分析结果得到不同上升管间距扩散器在海域排污的表层和纵面的浓度分 布;
(4)扩散器物理模型试验数据分析及上升管间距的确定
在步骤(1)确定上升管间距初步方案和步骤(2)建立扩散器排污海域 物理模型的基础上，通过步骤(3)中的扩散器上升管间距排污海域物理模 型试验，得到不同上升管间距扩散器在海域排污的表层和纵面的浓度分布， 并通过污染物表层和纵面的浓度分布分析，得到扩散器出流污水升顶和混合 能同时发生的上升管间距方案，最后确定上升管的间距。
本发明的效果是该方法综合采用扩散器上升管间距公式计算和扩散器 排污海域物理模型试验模拟分析的方法，通过分析扩散器排污的表层和纵面 浓度分布，尤其是污水出流后混合与升顶情况，准确的确定了扩散器的上升 管间距，有效解决了一直以来扩散器间距只凭公式计算难以精确确定的现 状，保证了扩散器排污的稀释扩散效果，使得距扩散器出口百米范围内稀释 度最高可达上百倍，避免了扩散器间距过长造成的工程浪费，同时为扩散器 长度的确定和环保经济的扩散器设计提供了技术支撑，为污水深海排放工程 的发展奠定了基础。