簡述斜管沉淀池配水及排泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：本文首先對(duì)斜管沉淀池進(jìn)行了簡單的闡述，然后通過對(duì)其工作原理的分析，結(jié)合具體工程實(shí)例，分析了斜管沉淀池配水及排泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)排泥效果進(jìn)行了探索，并對(duì)排泥系統(tǒng)進(jìn)行的改造及改造后的效果進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：斜管沉淀池；工作原理；配水設(shè)計(jì)；排統(tǒng)設(shè)計(jì)

引 言

在沉淀區(qū)內(nèi)，斜管沉淀池是指一種設(shè)置斜管的沉淀池。利用傾斜的平行管、平行管道或者利用蜂窩填料，在平流式或豎流式沉淀池的沉淀區(qū)內(nèi)分割成一系列淺層沉淀層，被處理的和沉降的沉泥在各沉淀淺層中相互運(yùn)動(dòng)并分離。

1 斜管沉淀池

斜管沉淀池是指在沉淀區(qū)內(nèi)設(shè)有斜管的沉淀池。在平流式或豎流式沉淀池的沉淀區(qū)內(nèi)利用傾斜的平行管或平行管道（有時(shí)可利用蜂窩填料）分割成一系列淺層沉淀層，被處理的和沉降的沉泥在各沉淀淺層中相互運(yùn)動(dòng)并分離。根據(jù)其相互運(yùn)動(dòng)方向分為逆（異）向流、同向流和逆向流三種不同分離方式。每兩塊平行斜管間（或平行管內(nèi)）相當(dāng)于一個(gè)很淺的沉淀池。

其優(yōu)點(diǎn)是：①利用了層流原理，提高了沉淀池的處理能力；②縮短了顆粒沉降距離，從而縮短了沉淀時(shí)間；③增加了沉淀池的沉淀面積，從而提高了處理效率。這種類型沉淀池的過流率可達(dá)36m3/（m2·h），比一般沉淀池的處理能力高出7～10倍，是一種新型高效沉淀設(shè)備。并已定型用于生產(chǎn)實(shí)踐；④去除率高，停留時(shí)間短，占地面積小。

2 工作原理

斜管沉淀池是根據(jù)平流式沉淀原理，在池內(nèi)增加許多斜管后，加大水池過水?dāng)嗝娴臐裰埽瑫r(shí)減小水力半徑，為此在同樣的水平流速V時(shí)，可以大大降低雷諾數(shù)Re，從而減少水的紊動(dòng)，促進(jìn)沉淀。另外，在泥渣懸浮層上方安裝60°的斜管組件，使原水中的懸浮物、固化物或經(jīng)投加混凝后形成絮體礬花，在斜管底側(cè)表面積聚成薄泥層，依靠重力作用滑回泥渣懸浮層，繼而沉入集泥斗進(jìn)行綜合處理。上清液逐漸上升至集水管排出，可直接排放或回用。

3 斜管沉淀池配水及排泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)

斜管沉淀池是淺池理論在實(shí)際中的具體應(yīng)用，按照斜管中的水流方向，分為異向流、同向流、和側(cè)向流三種形式。斜管沉淀池具有停留時(shí)間短、沉淀效率高、節(jié)省占地等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)沉淀池采用異向斜管沉淀池，設(shè)計(jì)2組。

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)流量為Q=1800m3/h，斜管沉淀池與絮凝池合建，池寬為15m，表面負(fù)荷q=10m3/m2·h斜管材料采用厚0.4mm，塑料板熱壓成成六角形蜂窩管，內(nèi)切圓直徑d=25mm，長1000mm，水平傾角θ=60°，斜管沉淀池計(jì)算草圖見圖1。

3.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

3.2.1 平面尺寸計(jì)算

（1）沉淀池清水區(qū)面積

A=■=■=180m2

式中：q——表面負(fù)荷[m3/（m2·h）]，一般采用9.0～11.0m3/（m2·h），本設(shè)計(jì)取10m3/（m2·h）。

（2）沉淀池的長度及寬度

L=■=■=12m

則沉淀尺寸為L×B=12×15=180m2，為配水均勻，進(jìn)水區(qū)布置在15m長的一側(cè)。在12m的長度中扣除無效長度0.5m，因此進(jìn)出口面積（考慮斜管結(jié)構(gòu)系數(shù)1.03）。

A1=■=■=167.48m2

式中：k1——斜管結(jié)構(gòu)系數(shù)，取1.03

（3）沉淀池總高度

H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+1.2+0.87+1.5+0.80=4.67m

式中：h1——保護(hù)高度（m），一般采用0.3～0.5m，本設(shè)計(jì)取0.3m；

h2——清水區(qū)高度（m），一般采用1.0～1.5m，本設(shè)計(jì)取1.2m；

h3——斜管區(qū)高度（m），斜管長度為1.0m，安裝傾角60°，則h3=sin60°=0.87m；

h4——配水區(qū)高度（m），一般不小于1.0～1.5m，本設(shè)計(jì)取1.5m；

h5——排泥槽高度（m），本設(shè)計(jì)取0.8m。

3.2.2 進(jìn)出水系統(tǒng)

（1）沉淀池進(jìn)水設(shè)計(jì)

沉淀池進(jìn)水采用穿孔花墻，孔口總面積：

A2=■=■=2.5m2

式中：ν——孔口速度（m/s），一般取值不大于0.15～0.20m/s。本設(shè)計(jì)取0.2m/s。每個(gè)孔口的尺寸定為15cm×8cm，則孔口數(shù)N=■=■≈209個(gè)。進(jìn)水孔位置應(yīng)在斜管以下、沉泥區(qū)以上部位。

（2）沉淀池出水設(shè)計(jì)

沉淀池的出水采用穿孔集水槽，出水孔口流速v1=0.6m/s，則穿孔總面積：

A3=■=■=0.83m2

設(shè)每個(gè)孔口的直徑為4cm，則孔口的個(gè)數(shù)：

N=■=■=661

式中：F——每個(gè)孔口的面積（m2），F(xiàn)=■×0.042=0.001256m2。

設(shè)沿池長方向布置8條穿孔集水槽，中間為1條集水渠，為施工方便槽底平坡，集水槽中心距為：L′=12/8=1.5m。，每條集水槽長L=（15-1）/2=7m，每條集水量為：

q=■=0.031m3/s，考慮池子的超載系數(shù)為20%，故槽中流量為：

q′=1.2q=1.2×0.031=0.038m3/s

槽寬：b=0.9q′0.4=0.9×0.0380.4=0.9×0.27=0.24m。

起點(diǎn)槽中水深H1=0.75b=0.75×0.24=0.18m，終點(diǎn)槽中水深H2=1.25b=1.25×0.24=0.30m。為了便于施工，槽中水深統(tǒng)一按H2=0.30m計(jì)。集水方法采用淹沒式自由跌落，淹沒深度取0.05m，跌落高度取0.07m，槽的超高取0.15m。則集水槽總高度：H=H2+0.05+0.07+0.15=0.3+0.05+0.07+0.15=0.57m。集水槽雙側(cè)開孔，孔徑為DN=25mm，每側(cè)孔數(shù)為50個(gè)，孔間距為15cm。

8條集水槽匯水至出水渠，集水渠的流量按0.5m3/s，假定集水渠起端的水流截面為正方形，則出水渠寬度為b=0.9Q0.4=0.9×0.50.4=0.68m，為施工方便采用0.7m，起端水深0.57m，考慮到集水槽水流進(jìn)入集水渠時(shí)應(yīng)自由跌落高度取0.05m，即集水槽應(yīng)高于集水渠起端水面0.05，同時(shí)考慮到集水槽頂相平，則集水渠總高度為：H′=0.05+0.7+0.57=1.32m。出水的水頭損失包括孔口損失和集水槽速度內(nèi)損失?？卓趽p失：

Σh1=ξ■=2×■=0.037m

式中：ξ——進(jìn)口阻力系數(shù)，本設(shè)計(jì)取ξ=2。

集水槽內(nèi)水深為0.3m，槽內(nèi)水力坡度按i=0.01計(jì)，槽內(nèi)水頭損失為：

Σh2=iL=0.01×7=0.07m

出水總水頭損失：

Σh=Σh1+Σh2=0.037+0.07=0.107m

3.2.3 沉淀池排泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用穿孔管進(jìn)行重力排泥，穿孔管橫向布置，沿與水流垂直方向共設(shè)8根，雙側(cè)排泥至集泥渠。集泥渠長12m，B×H=0.3m×0.3m，孔眼采用等距布置，穿孔管長7.5m，首末端集泥比為0.5，查得kω=0.72。取孔徑d=25mm，孔口面積f=0.00049m2，取孔距s=0.4m，孔眼總面積為：

m=■-1=■-1=18m2

孔眼總面積為：Σw0=18×0.00049=0.00882m2

穿孔管斷面積為：w=■=■=0.0123m2

穿孔管直徑為0.125m，取直徑為150mm，孔眼向下，與中垂線成45°角，并排排列，采用氣動(dòng)快開式排泥閥。

3.2.4 核 算

（1）雷諾數(shù)Re

水力半徑R=■=■=6.25mm=0.625cm

當(dāng)水溫t=20℃時(shí)，水的運(yùn)動(dòng)粘度ν=0.01cm2/s

斜管內(nèi)水流速速為：

ν2=■=■=0.0034m/s=0.34cm/s

式中：θ——斜管安裝傾角，一般采用60～75°，本設(shè)計(jì)取60°。

（2）弗勞德系數(shù)Fr

Fr=ξ■=■=1.89×10-4

Fr介于0.001～0.0001之間，滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）斜管中的沉淀時(shí)間T

T=■=■=294s=4.9min，滿足設(shè)計(jì)要求（一般在2～5min之間）

式中：l1——斜管長度（m），本設(shè)計(jì)取1.0m。

4 操作與維護(hù)

4.1 操作要點(diǎn)

當(dāng)設(shè)備安裝完畢準(zhǔn)備投運(yùn)時(shí)，必須對(duì)設(shè)備（包括輔助設(shè)備）進(jìn)行必要的清理，清除掉設(shè)備內(nèi)部的任何雜物。設(shè)備在進(jìn)水時(shí)調(diào)節(jié)好所有進(jìn)水手動(dòng)閥門后，使每臺(tái)設(shè)備進(jìn)水水量均衡。定期檢查、清洗斜管，同時(shí)濾管應(yīng)定期檢查是否完好。

4.2 維護(hù)保養(yǎng)

當(dāng)設(shè)備注水停止時(shí)間過長，造成設(shè)備內(nèi)水溫下降，與進(jìn)水水溫相差過大時(shí)，容易形成由于水溫差而引起的平流層的現(xiàn)象，造成不利于絮花下沉，從而影響出水水質(zhì)。所以應(yīng)盡量減少停機(jī)次數(shù)和停機(jī)時(shí)間。平臺(tái)上應(yīng)設(shè)有自來水管，并備有一定長度的膠皮軟管，以保證對(duì)設(shè)備沉淀區(qū)斜管進(jìn)行經(jīng)常性的沖洗。

設(shè)備應(yīng)按正常負(fù)荷運(yùn)行，當(dāng)設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，會(huì)影響出水水質(zhì)。應(yīng)保證設(shè)備在額定范圍內(nèi)運(yùn)行。當(dāng)沉淀區(qū)斜管使用年限過長而影響沉淀效果時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知原生產(chǎn)廠家，按原定型規(guī)格更新處理，以保證斜管沉淀池的長期正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

5 結(jié)束語

綜上所述，在對(duì)斜管沉淀池及其工作原理分析的基礎(chǔ)上，本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)平面尺寸計(jì)算、進(jìn)出水系統(tǒng)、沉淀池排泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了重點(diǎn)計(jì)算和分析，希望給同行一些建議和參考。

參考文獻(xiàn)

[1]荊全章，王守東，王偉.斜管沉淀池的積泥問題與改造措施[J].中國給水排水.2000（03）.

[2]段龍武，付振強(qiáng).改善斜管沉淀池沉淀效果的工程措施[J].沈陽大學(xué)學(xué)報(bào).2003（04）.

[3]段龍武.改善斜管沉淀池沉淀效果的工程措施[J].水利科技與經(jīng)濟(jì).2003（04）.

作者簡介：包正仙（1973-），女，侗族，貴州鎮(zhèn)遠(yuǎn)人，大學(xué)本科，高級(jí)工程師；主要從事方向?yàn)榻o排水設(shè)計(jì)。