摘要：污水处理是城市现代化、生态化建设的一大难题，进行污水处理设备的优化处理，能够有效的净化污水，实现水资源保护和用水安全保证。本文在阐述污水处理流程的同时，就其设备应用原理进行分析，并基于有限元分析法，指出气浮池及容器罐的设计要点。期望能提升污水设备应用质量，继而为类似工程建设提供有效指导。
关键词：污水处理；设备；有限元；气浮池；容器罐
水是人们赖以生存的基础；新经济形态下，工业产业获得了快速发展，其在改变人们生活方式的同时，也带来了严重的水污染问题。现阶段，工业废水的成份日趋复杂，这对水污染治理和社会生态建设造成较大阻碍。进行污水处理设备优化已经成为社会发展的必然要求。
一、污水处理的基本流程
生活污水和生产污水是目前污水分类的两种重要形态，从污水处理过程来看，其处理方案虽然千差万别，然均需要经过四个部分的净化处理，即污水预处理、厌氧处理、好氧处理和后处理。净化处理实践中，各个部分的处理均包含了多个装置，如在预处理过程中，隔油沉淀、搅拌混凝、调节气浮等都是其重要的操作内容，而厌氧、好氧净化分别需要进行UASB、AF和SBR、生物转化处理。此外，后处理需要对污水进行二沉控制。
现阶段，为实现城市污水的高效处理，生物处理技术的应用极为普遍，其是建立在环境自净基础上的一种人工强化技术。在该技术支撑下，人们实现了微生物生长环境的优化，这使得微生物代谢繁殖速度加快，提升了污水处理的效率。
二、污水处理设备的工作原理
污水处理的专业要求较高，且操作复杂。就工业废水处理而言，其本身含油较多的油污，而水和油的水相质量不同，水相较重，会沿着管道向下游动，并从水堰排除，而浮游相明显较轻会向上浮动，最后在撇油机的支撑下，浮游会被撇走，从而实现了污水的隔油处理。在沉淀池应用中，竖向沉淀池的占地面积较小，且处理效果相对较高，故而人们通常会将沉淀池设计为竖向形态。隔油池、沉淀池的污水会流向调节池，并通过格栅辅助，去除一些较大的固体污染物。在调节池处理接受后，应在考虑净水需求的同时，将污水打入特定设备，一般情况下，当投入化学混凝剂后，污水中的胶体或者悬浮物会凝聚成尺寸较大的颗粒沉淀，降低了污水的浊度和色度。污水处理实践中，混凝搅拌池是实现污水混合和分离的主要依据。
当污水经过混凝搅拌池处理后，需利用厌氧生物处理设备，进行水中有机物浓度的控制和管理。从应用过程来看，UASB和AF是厌氧处理设备应用的两种重要形式；污水处理人员在分析有机废水浓度的基础上，进行处理设备的河流选择，可有效地降低水中的无机物质含量。厌氧处理结束后，如果水质与国家污水排放标准和健康饮用水标准存在较大差距，则应再次采用好氧处理工艺对其进行净化调节。好氧呼吸主要作用于活性泥污和生物膜，其能在生物技术的应用下分解有机物，并使其转化为无机物，此时，将水中的无机物排出即可达到污水净化的目的。
当污水好氧处理结束后，应将出水接入到二次沉淀池中。现阶段，二次沉淀池多由升流失异向流斜板，一旦污水流经这些流斜板，污水中剩余的固体颗粒会进一步沉降，此时，剩余的清水会排除污水处理系统，实现了水质的有效净化，从而满足人们工业生产生活的应用需要。
三、污水处理气浮池设计及容器罐有限元分析
1、污水处理气浮池设计计算
气浮池是污水处理系统的重要组成，其能通过大量的微气泡扑捉吸附细小颗粒胶黏物，并使得这些污染物质与水分离，实现污水净化。在气浮池设计中，应注重空气量和刮泥板的系统设计。
1.1气浮池所需空气量
气浮池的有效水深一般会控制在2.0~2.5m，且单个气浮池的有效容积大约为0.83m3。而在污水处理中，流入气浮池的污水一般会停留10~20min，且在该情况下，气浮池的表面积负荷会控制在6~8m3/（m2·h），假定污水池中的集水管均匀布置。进行气浮池所需空气量计算时，需进行容器压力的系统考虑，并在减压条件下，进行释放空气量理论总量的计算。其计算公式为：
式中，A，P，Q分别表示理论空气释放量；溶气压力和气浮所需空气量。一般情况下，为实现污水池所需空气量的高效计算，空气密度ρ多取值1.164g/L；而Cs取值为18.7ml/L；此外，溶气绝对压力徐保持在0.2MPa。f表示了气浮池溶气系统的溶气效率，一般情况下，其基本会保持在85%左右，QR表示了加压溶气水的流量，通常情况下，该指数与污水处理气浮池的设计标准具有加大关系。实践过程中，只有实现这些要素的系统把控，才能确保气浮池所需空气量规划的科学合理，提升污水净化处理效率和质量[1]。
1.2气浮池刮泥板系统设计
刮泥板的作用在于满足气浮池除尘、防滑、吸水、刮沙、除泥等功能。在刮泥板设计中，污水停留时间，悬浮物含量及去除率、泥污与池壁摩擦系数、刮泥机悬挂部分质量等参数都会刮泥板的运作效率具有较大影响。规格工业污水净化系统中，刮泥板的应用需满足以下条件（见表1）。此外，为进一步提升刮泥板的应用质量，还应就旋转轴钢球直径、关东摩擦力臂、安全系、电动机功率等要素进行设计。
2、污水处理溶气罐有限元分析
2.1溶气罐计算
溶气罐是混凝气浮池设计的重要内容，其不仅影响气浮池的运行效率，更对操作人员生命安全具有较大影响。通常，容器罐设计需注重直径、过流密度、气浮处理废水量的全面规划。这些要素的相关性较强，其整体参数规划满足以下关系：
式中，Dd表示溶气罐直径；而I为污水的过流密度，通常改参数取值为1000m3/（m2·d）；此外，QR表示气浮处理的废水量。
2.2溶气罐有限元分析
利用有限元分析法进行溶气罐设计中，首先应进行有限元模型系统的构建，删除溶气罐不必要的结构；同时分析溶气罐的材料应用。现阶段，溶气罐多采用Q235钢材进行生产，该材料的泊松比为0.27，屈服强度为235MPa。此外，还应设置溶气罐的位移约束，将底部的支架固定住。
当溶气罐压力荷载确定后，需进行有限元单元网格划分，并在proe的支持下灵活的溶气罐的应力云图和位移云图。需注意的是，当溶气罐中存在污水时，为实现溶气罐各节点受力状况的有效区分，需通过有限元分析软件，利用不同的颜色对受力状况进行标记。其中，底板圆孔和支架区域为最大应力出现区，尤其是在底部圆角半径区域，其应力变化较为明显，并且底部圆角半径与最大应力成反比例关系，故而在实践中，应依据这一特征，对溶气罐进行加固和优化。
结论
污水处理设备设计优化能有效的提升城市污水净化处理质量。实践过程中，人们只有充分了解污水净化处理工艺和设备应用原理，并基于有限元法进行设备功能的系统设计，才能提升污水设备应用水平，实现水资源应用质量的有效保证。
参考文献：
[1]谈伟强，潘国强.农村生活污水处理装置设计及应用[J].中国环保产业，2018（1）：49-51
论文作者:黄利桥
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/9
标签：污水论文; 污水处理论文; 气浮论文; 设备论文; 气罐论文; 有限元论文; 气量论文; 《基层建设》2019年第17期论文;