三角堰計量法在填埋場垃圾滲瀝液流量計量中的應(yīng)用

鄭建程，陳家偉

(1.泉州市環(huán)境衛(wèi)生管理處，福建 泉州 362002；2.中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北武漢430014)

污水處理工程中有巴氏計量法和流量計計量法［1］。由于滲瀝液水量變化范圍較大，巴氏計量法的計量誤差較大，因此，流量計計量法是生活垃圾衛(wèi)生填埋場中最常用的方法。在實際使用過程中，由于垃圾滲瀝液屬于重力流，流量計計量需在管道滿管的狀態(tài)下才能精確計量，所以流量計一般都安裝在U型管道的底部橫管上。即使經(jīng)過初步的沉砂處理，垃圾滲瀝液的高黏度和高SS也很容易造成U型管道的斷面變小，甚至堵塞，造成長期垃圾滲瀝液的計量流量高于實際值，不能為滲瀝液處理系統(tǒng)的建設(shè)和運行提供準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)。因此，筆者提出一個更有效的垃圾滲瀝液的計量方法——三角堰計量法，并結(jié)合實際工程，對該方法應(yīng)用進行了介紹和分析。

1 三角堰計量法原理

三角堰是薄壁堰的一種，三角堰計量法常用于給水工程中沉淀池的出水流量計量，其最大的優(yōu)點是，小水頭的水面寬度小，流量的微小變化將引起較大的水頭變化，當(dāng)Q＜0.1 m3/s時，仍可得到較高的精度。

根據(jù)水力學(xué)薄壁堰出流流量的基本公式：

Q∝及湯普森試驗的結(jié)果，得到，當(dāng)堰口夾角θ=90°時：

Q=1.4H2.5

其中：Q為過堰流量（m3/s）；H為過堰水深（m）。

應(yīng)用范圍：0.05 m≤H≤0.25 m，水深a≥2H；堰口間距B≥ （3～4）H［2］。

三角堰的堰口容易清理，不易出現(xiàn)堵塞或堰口截面變小的情況，不影響測量精度且三角堰計量法的測量范圍大。綜合上述2個原因該方法正適合用于流量變化較大的垃圾滲瀝液的流量計量。

2 三角堰計量法計量垃圾滲瀝液流量的實際應(yīng)用

2.1 總體方案

以福建省廈門市某生活垃圾衛(wèi)生填埋場為例，根據(jù)實際統(tǒng)計資料，該填埋場每天產(chǎn)生滲瀝液500～5 000 m3/d。原設(shè)計采用的滲瀝液計量方法為流量計計量法，并且在計量池之前設(shè)有沉砂池，從實際使用情況來看，流量計所在的倒U型管堵塞嚴(yán)重，所計量的流量遠大于實際流量，同時垃圾滲瀝液在不斷排出，為保證滲瀝液順利排出，該U型管一直未疏通，原流量計已失去計量功能。

通過對沖動性購買行為的相關(guān)文獻進行歸納分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有文獻的研究熱點是消費者沖動性購買行為的影響因素，這方面的研究可以擴展出更多的具體研究情境下消費者的沖動性購買行為受什么因素的影響，同時，可以結(jié)合營銷心理學(xué)方面的知識，研究消費者沖動性購買行為發(fā)生時其心理狀態(tài)的變化。

先拆除原有計量系統(tǒng)，再根據(jù)三角堰板的設(shè)計要求，在原滲瀝液沉砂池內(nèi)設(shè)置三角堰板，并固定于磚砌墻上；安裝液位計與沉砂池側(cè)壁進行液位計量，通過自控控制系統(tǒng)將液位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為流量數(shù)據(jù)；自由跌水高度不小于0.5 m。具體布置見圖1。

圖1 三角堰計量總體布置

2.2 三角堰設(shè)計

如圖2所示每個沉砂池中的三角堰設(shè)置3個堰口，堰口的夾角為90°，頂寬度為40 cm，深度為20 cm，堰口的間距為85 cm，三角堰堰頂?shù)母叱虨?51.300 m。

圖2 三角堰板設(shè)計

三角堰采用不銹鋼材料，高1.4 m，寬3 m，建高0.8 m，寬3 m磚砌墻，三角堰下部采用不銹鋼膨脹螺栓固定的方式將其固定于磚砌墻上，上部采用L型鋼和膨脹螺栓固定的方式將其固定于沉砂池池壁。為防止?jié)B瀝液從沉砂區(qū)域向出水區(qū)域滲漏的情況出現(xiàn)，需做好防滲處理。

2.3 出水設(shè)計

為計量精確，三角堰出水需要自由跌水，跌水高度為50 cm，設(shè)計出水區(qū)域的液面高度為+50.800 m，在出水區(qū)域池壁上設(shè)置DN500溢流管1根，溢流口標(biāo)高為+50.800 m，將滲瀝液從出水區(qū)域排放至調(diào)節(jié)池中。

2.4 設(shè)備選取

超聲波液位計為整套計量系統(tǒng)的核心設(shè)備，其精度的高低直接決定了計量的精確度，需選用高精度超聲波液位計，測量誤差±3 mm以內(nèi)。

控制計算機需24 h連續(xù)運行采集數(shù)據(jù)，需配備穩(wěn)定性高，存儲容量大的計算機。

2.5 程序編寫

編寫的控制程序需要有3個功能：①實現(xiàn)遠程超聲波液位計的啟動和關(guān)閉；②數(shù)據(jù)處理，能夠?qū)⒁何桓叱剔D(zhuǎn)換為瞬時流量，并且能夠統(tǒng)計任意時間段內(nèi)滲瀝液的產(chǎn)生量；③可以對測量結(jié)果進行校正。

3 測量范圍、精度及誤差分析

3.1 測量范圍

設(shè)定該滲瀝液流量計量方案的精確段為堰口出水高度5～15 cm，計量的堰板共2塊，每塊堰板設(shè)有3個堰口，總流量計量范圍402～6 324 m3/d，與本填埋場的實際出水量的范圍基本一致，測量范圍內(nèi)流量越大計量精度越高，能夠滿足滲瀝液流量檢測范圍的要求。

3.2 測量精度檢驗

表1 單塊堰板計量系統(tǒng)誤差

根據(jù)上述誤差計算結(jié)果，堰口的高度越高，計量的系統(tǒng)誤差越小，計量有效范圍內(nèi)的誤差最大為15.9%，最低為5.1%。遠期本填埋場的平均滲瀝液日流量為920 m3/d，單塊堰板的流量為460 m3/d，瞬時流量測量的誤差≤11.3%。

但是從實際應(yīng)用意義，垃圾滲瀝液處理更注重的是每天的滲瀝液總量，瞬時流量只作為參考。由于填埋場的滲瀝液主要來自于大氣降水，其產(chǎn)流模式類似于河流的徑流產(chǎn)流模式，某一場次的降雨引起的滲瀝液流量（Q）、時間（t）的分布規(guī)律符合皮爾遜Ⅲ型分布規(guī)律，結(jié)合填埋場的相關(guān)經(jīng)驗，滲瀝液流量在短時間內(nèi)不會產(chǎn)生過大的波動，同時，滲瀝液液面波動變化的周期要遠小于徑流流量產(chǎn)生較大變化所需的時間［3］，因此可認(rèn)為在液面波動變化的周期內(nèi)，平均液面的高度是不變的。同時，根據(jù)統(tǒng)計學(xué)的規(guī)律，由于儀器檢測限不足、液面波動等原因產(chǎn)生偶然誤差呈正態(tài)分布，在不考慮系統(tǒng)誤差的情況下，三角堰計量法檢測到的滲瀝液流量平均值與真實值基本一致，因此可以認(rèn)為，在液面高度基本不變的周期內(nèi)，檢測出的滲瀝液流量的平均值即可作為該段時間內(nèi)的準(zhǔn)確值使用。單位時間的滲瀝液流量累加即可得到精度較高的滲瀝液日產(chǎn)生量。

3.3 誤差分析

3.3.1 偶然誤差

根據(jù)上節(jié)內(nèi)容，三角堰計量法引起偶然誤差的主要原因有儀器檢測限不足、液面波動等因素。

隨著測定次數(shù)的增加，正負(fù)誤差可以相互抵償，誤差的平均值將逐漸趨向于零。在三角堰計量法應(yīng)用過程中，液位計的精度越高，檢測頻率越高，偶然誤差越小。

3.3.2 系統(tǒng)誤差

三角堰計量法中引起系統(tǒng)誤差主要原因有池壁滲漏、堰口斷面減小、泥沙堆積等因素。

三角堰與池壁之間如發(fā)生滲漏，使得計量結(jié)果偏小。因此，在施工過程中，需做好三角堰與池壁及池底的防滲措施，避免滲瀝液從其他區(qū)域滲漏。

由于垃圾滲瀝液的黏性較大，SS含量較高，三角堰板使用一段時間后，堰口會有SS黏附，減少了過水的斷面面積，在相同的流量下，液位高于正常液位，計量結(jié)果大于實際值。因此，在運行過程中需及時清洗三角堰堰口，確保堰口不黏附SS，減小出水?dāng)嗝妗?/p>

沉砂池中泥沙堆積較多時會增加磚砌墻的壓力，造成對堰板的破壞；同時會減小沉砂池水深，易造成堰口處液面波動，增加計量結(jié)果的隨機誤差。因此，需及時清除沉砂池內(nèi)的泥沙。

4 結(jié)論

三角堰計量法已應(yīng)用于福建的部分填埋場，并取得了良好的效果。三角堰計量法計量滲瀝液流量簡單易實施，設(shè)備、構(gòu)筑物易維護管理，計量范圍較寬，是非常適用于填埋場垃圾滲瀝液流量計量的方法。

［1］北京市政工程設(shè)計研究總院.給水排水設(shè)計手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

［2］李家星，趙振興.水力學(xué)［M］.南京：河海大學(xué)出版社，2001.

［3］張文杰.城市生活垃圾填埋場中水分運移規(guī)律研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2007.