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随着建筑物养猪的兴起，原有的液泡粪模式在建筑猪舍的使用中遇到了一些问题。本文尝试对建筑猪舍液泡粪便排放过程中的液体性质和流动规律进行分析，并提出一些建议。 液体性质和流态分析 1. 液泡粪便混合物的形态分析 液泡粪便的液态初步可以视为接近初沉有机污泥，粪便储存过程与重力浓缩基本相似。随着时间的推移，液体中的溶解氧被消耗，在粪沟底部形成厌氧环境。随着时间的推移和固体的依次添加，固体开始分层。底层的固体经历较长的厌氧过程。固体的性质开始接近活性污泥，粘度显着增加。上层固体的性质更接近初次沉降的性质。有机污泥粘度低。 2 排水沟流体特性分析 1 沟内流速分析 首先，在压流阶段，流速快，并伴有较大的水流扰动。分层的固体物质一部分被扰动而上浮，一部分被水流冲走。根据水力沉积物模型，当流速大于起始流速u0时，沉积物从静止状态转变为运动状态。当流速低于停止流速uH时，沉积物开始沉积。 1）若停止流速是指明渠内未淤积的流速，且明渠内最小流速为0.4m/s，则起始流速为0.58m/s。 2）若停止流量是指压力泥浆管，且压力泥浆管最小流量为0.7m/s，则启动流量为1m/s。 2、沟内流速计算 粪沟净宽2300~2800mm，净高500mm，底部排水管DN300，则最大截面积比为： 由上述计算可以看出，即使悬挂管具有最高压力全管流量，粪沟内的断面流量也很难满足固体物料的起始流量。因此，液体的横截面流速不足以去除大部分已积累一段时间的分层材料。沉淀物重新冲刷上浮。此阶段起此作用的主要因素是排水口（粪塞）处虹吸效应引起的水流扰动。 3 悬浮管内流型理论分析 悬浮管内的理论流态大致可分为以下几个阶段： 1）全管压流阶段 此阶段水面高度h远高于排水管入口，液体中的空气掺入比例几乎可以忽略不计（当空气与水的比例>95%时，可近似为视为不可压缩恒流）。 图3-1 第一级液位及液流状态 此时管道内的流动状态为液体单相流。随着液体向下泄漏，管道内出现水塞，负压吸入形成全流。系统泄漏量达到最大。此时管道系统处于满管压流状态。 图3-2 悬架系统压力流示意图 当悬挂管内充满压力流时，起点A处的压力可能是正压，也可能是负压。随着悬吊管流量的增大，管内压力逐渐减小（负压值增大），在悬吊管末端与立管连接处（B点）负压达到最大值，形成虹吸。 立管内的水流进入立管后，排水箱液面与排污口的高度差形成的有效压力迅速增大，立管内的负压值迅速减小，压力达到零在一定的高度。在此点以下，管内压力为正压，在立管与埋地管道连接处达到最大正压值（c点）。 此阶段系统的泄漏能力最大。系统的排放能力取决于水深、高度、摩擦力和局部阻力。 2) 两相流阶段 此阶段，随着水面高度降低，旋流器开始带入大量空气，液体中气体含量增加，流型主要为活塞流和泡沫流。 此阶段，由于气体被带入管内，管内虹吸系统开始每隔一段时间被破坏，排出能力下降，明显小于虹吸阶段。 图3-3 第二阶段液位及液流状态 3) 重力流阶段 此阶段，随着水面不断下降，进入的空气量不断增加，进入完全重力流。在重力流状态下，液体在连接管道内呈现壁流或水膜流，管道中心空气畅通，管道内压力接近大气压；悬空管道内流量不足，需保证敷设坡度，以保持管道内一定的流量。管内液面的空气通过连接管与大气相通；立管内的液体流动也表现为壁流或水膜流。 图3-4 第三阶段液位及液流状态 综合分析及设计建议 综上所述，建筑猪舍内液泡粪便排放过程的流态较为复杂。理想的排放过程一般经历压力流、两相流和重力流三个阶段。结合液泡粪的流体特性，一般具有以下特点： 1、在流体排出过程中，由于流型和变化，流体的流量和流量呈现由高到低的趋势。 2、悬浮管内的流动状态由可能的压力流变为两相流，最后变为重力流。 3、整体流型比排水管更接近排泥管。 这些特点可能会导致建筑物猪舍液泡粪便排放过程中出现以下问题： 1）流态变化可能引起管道位移并导致泄漏 排放过程中流态变化较大，可能会引起悬吊管体较大的振动，引起立管错位、位移，进而导致立管排水口与粪沟连接处出现剪应力破坏，最终造成泄漏。 2）液体流速与排泥困难时间不匹配，造成淤积 在排放过程中，初期流量较高时，液体中的污泥更接近初沉污泥，粘度较低，流动性较好。后期流量较低时，需要排出的污泥距离较近，粘度较高。因此，后期污泥排出极其困难，很容易在管道内堆积。 3）污泥的特性造成悬浮管内沉淀 目前悬管坡度多根据建筑物内排水设计，坡度值为0.3%0.5%。但按固含量2%、管径dn300计算，重力流排泥管坡度为3%。现有设计坡度无法满足污泥排放要求，易造成悬吊管内污泥沉积。 针对上述情况，对今后的设计提出以下建议： 1、粪便排放系统的设计需要考虑连接的缓冲和耗能； 2、严格控制单个粪塞的服务面积（长度）； 3、粪便沟竖管与吊管横管连接时，必须设置清理口； 4、严格控制悬挂管长度； 5、尽量保证悬空管道的坡度，并通过减少管段长度来控制层高； 6、在坡度难以满足重力排泥的前提下，考虑使用橡胶密封配件或为塑料污水管增加伸缩节； 7、粪沟竖管与吊管水平管连接处是否考虑采用法兰连接，以减少振动对竖管位移的影响。 |
