水解酸化之钟罩式脉冲布水器计算（六）

钟罩式就像水箱里放一个倒扣着的大帽子，帽子里再竖根管，管顶距帽顶有一定的距离，和倒U型式脉冲布水器相比，帽子就是倒U型筒体，管子就是布水管。

1. 原理

以上图为例进行介绍：

1）进水管进水流至罐底，罐内水位开始上升，水经内筒下部环形空间向上流，填充内筒与布水管之间的环形区域，该区域的水位与罐体内水位基本保持一致。

2）随着水位的上升，一部分空气可经排气管排出，也可压入下方酸化池水中内一部分，当水位升至布水管顶的位置时，系统仍存在的气体分为两部分：布水管管顶至内筒顶部之间积存的空气，布水管管顶至罐体下方管内水面之间积存的空气。

3）当水位越过布水管管顶，较大流量的水经重力作用下落入下方池体中（仍按淹没出流考虑），随出水的抽吸作用，原有系统内的空气被裹挟带出，整个管内形成负压环境。

4）由于负压导致出水量大于进水量，罐体内水位开始下降，当下降至虹吸破坏管下端位置时，空气便经虹吸破坏管上升至布水管顶端，破坏虹吸，布水管停止出水。此时内筒与布水管之间环形区域的存水回落至罐体底部，至此一个脉冲周期结束，和倒U型管式很像，主要都是基于抽吸作用形成负压环境。

2. 计算

这里同样也存在三个时间，进水时间t₁、排气时间t₂、虹吸排水时间t₃。仍以50m³/h进水量，T_总为4min脉冲周期为例进行计算。其中，罐体直径D₁为1.8m，内筒直径D₂为0.3m，布水管直径D₃为0.15m。

1）罐体高度：罐体直径D₁为1.8m，则1h脉冲次数15次，每次进水量V为0.33m³（4min脉冲周期内），可以得出一次进水水位高度H_进水为：

内筒下缘距罐底高度为0.1m，虹吸破坏管管底距罐底高度H₇为0.15m，略高于内筒下缘。布水管管顶距虹吸破坏管底部距离H₃为0.8m，则H₄为0.95m。一个脉冲周期结束，下一个周期初始阶段内筒水位H_初为：

可以得到罐体内最大水深H₂=H_初+H_进水=1.5m，考虑超高0.3m，那么罐体高度H₁为1.8m。布水管管顶距离内筒顶0.2m，则H₅为1.15m。罐底距离下方池体水面高度H₆为1m。

综上H₁=1.8m，H₂=1.5m，H₃=0.8m，H₄=0.95m，H₅=1.15m，H₆=1.0m，H₇=0.15m。

2）进水时间：水位由池底（暂按最不利考虑）升至布水管管顶H₄所经历的这段时间可理解为进水时间t₁。

3）排气时间：当水位到布水管顶部高度H₄时，出水管道系统内的气体含量为：

暂按1体积气体排放需要1体积水来替换，即V_气=V_布排=0.05m³，这么多水量通过布水管排出所需要的时间为t₂，这里t₂的计算不再参考上一节的方法，原因是这个排气量很小，相当于2.95m管长布水管满水量排出所需时间，暂且按进水流量大小来考虑所需的排出时间，则由下式计算可得t₂为3s，布水管内对应流速约为0.79m/s，实际可能比这个流速大，也就意味着排气时间可能更短。

4）虹吸时间：当气体排放完毕后，系统完全处于虹吸排水状态，由于虹吸排水量大于进水量，则虹吸过程一直持续到水位降至虹吸破坏管底部时为止（假定期间由最大水深1.5m下降至0.15m）。该虹吸排水时间t₃段内布水管虹吸排出的水体积为：

由于布水管淹没出流至下方水池内，则根据前述淹没出流能量方程表达式有：

h’为t₃时段内某时刻罐体内的水位高度，则有下列公式，经计算t₃为65s，相应的管内流速约3.7m/s。

3. 对比

1）为了让计算的总时间数据和假定的4min匹配上，费了很长时间来调各种参数，同样的流量，钟罩式的体积小于虹吸式，从网上的相关产品信息里也可以看出，如钟罩式D=1.8m，H=1.8m，而虹吸式D=1.8m，H=2.5m，主要原因在于时间，前者脉冲周期相对较短，一般4min，后者6min，时间越长对应的容积越大，在底面积不变情况下，池体高度就会增加。

2）从池底水力搅拌污泥的频次来看，个人觉得还是频次高的话会好些，有利于泥水的充分接触；从流量角度来说，如果进水流量变小，脉冲周期时间就会拉长，否则将会降低；从时间占比来看，进水时间都占据首位，对于钟罩式而言，排气时间很短，因为系统残留气体体积小，且排气管/排水管管径又很大，所需时间就会很短。

3）分别附上钟罩式和虹吸式的水力计算表，见下图。

参考文献：

1. 高湘等. UASB/活性污泥/接触氧化/微滤工艺处理甘油废水.