淺池理論分析斜板沉淀池的設(shè)計原理

劉奔

【摘要】斜板沉淀池是根據(jù)淺池理論發(fā)展而來的，是一種在沉淀池內(nèi)裝置許多間距較小的平行的傾斜薄板的沉淀池，效果一般均較普通平流式沉淀池提高3-5倍，因而它在生產(chǎn)實踐中取得了較好效果。特別是對散性顆粒的去除效果更為顯著。

【關(guān)鍵詞】淺池理論 斜板沉淀池

前言

近幾年來城市給水事業(yè)蓬勃發(fā)展，由淺池理論原理發(fā)展形成的斜管沉淀池也獲得較為廣泛的應(yīng)用，要提高供水水質(zhì)，關(guān)鍵是要降低水的渾濁度，近年由于水源水質(zhì)嚴(yán)重惡化，傳統(tǒng)的沉淀處理很難達到理想的出水水質(zhì)，因此各種強化沉淀的斜管沉淀池等相繼出現(xiàn)。本文介紹了各種斜板沉淀池，用淺池理論分析了斜板（管）沉淀池的設(shè)計原理。得出雙向流斜板沉淀池彌補了很多傳統(tǒng)沉淀池缺點，在給水處理中的應(yīng)用將越來越廣泛。

1 淺池理論原理

設(shè)斜管沉淀池池長為L，池中水平流速為V，顆粒沉速為u0，在理想狀態(tài)下，L/H=V/ u?？梢奓與V值不變時，池身越淺，可被去除的懸浮物顆粒越小。若用水平隔板，將H分成3層，每層層深為H/3，在u。與v不變的條件下，只需L/3，就可以將u。的顆粒去除。也即總?cè)莘e可減少到原來的1/3。如果池長不變，由于池深為H/3，則水平流速可正加的3V，仍能將沉速為u。的顆粒除去，也即處理能力提高倍。同時將沉淀池分成n層就可以把處理能力提高n倍。這就是20世紀(jì)初，哈真（Hazen）提出的淺池理論。

而在沉淀池有效容積一定的條件下，增加沉淀面積，可使顆粒去除率提高。根據(jù)這一理論，過去曾經(jīng)把普通平流式沉淀池改建成多層多格的池子，使沉淀面積增加。但由于排泥問題沒有得到解決，因此無法推廣。為解決排泥問題，斜板沉淀池發(fā)展起來，淺池理論才得到實際應(yīng)用。

2 斜板沉淀池的設(shè)計原理

按照水流方向與顆粒沉淀方向之間的相對關(guān)系，斜板沉淀池可分為：

（1）同向流斜板沉淀池，水流方向與顆粒沉淀方向相同；

同向流斜板沉淀池與絮體沉降方向相垂直，水流流動方向和絮體下滑方向一致，這樣一旦水流過大就會影響絮體下沉。因此，同向流斜板沉淀池的表面負荷可以設(shè)計的很大。但由于存在板間積泥、集配水不勻均、不能很好的解決泥水分離問題、清水不能有效收集、清水集水管常常被堵塞等問題，同向流斜板沉淀池在實際工程中采用較少。

（2）側(cè)向流斜板沉淀池

側(cè)向流斜板沉淀池進、出水方向一致，水流順直，水頭損失小。且水流方向影響絮體沉降，因此水平流速可以設(shè)計的比較大。此外，側(cè)向流斜板沉淀池還適于平流沉淀池的改造。

當(dāng)沉淀池池深比較大時，為使斜板單體不至于過高而難以制作和安裝，往往在沉淀池內(nèi)沿豎直方向設(shè)置多層斜板，這樣，在斜板與斜板交界處的水流就很不穩(wěn)定。而且，上層斜板上沉淀下來的絮體在下滑到下層斜板的過程中再次處于懸浮狀態(tài)，有可能被水流攪起而被帶出沉淀池。這種現(xiàn)象越往下越明顯，往往到了沉淀池底部會出現(xiàn)嚴(yán)重的泥水混雜現(xiàn)象，對出水和排泥都產(chǎn)生不利影響。

（3）異向流斜板沉淀池

為解決側(cè)向流斜板沉淀池的排泥問題，又有人提出一種新的側(cè)向流斜板沉淀池形式——異向流斜板沉淀池。

在沉淀池內(nèi)設(shè)置異向流斜板沉淀裝置，該裝置為多層折疊式斜板單元，兩端緊密連接兩個沉泥槽。錯層折疊式斜板單元為單片折疊式斜板在垂直方向上按照相同中心軸、相同間距組合而成。

水流從斜板中間水平流過，水中的絮體顆粒沉積到斜板上，當(dāng)絮體沉積到一定程度后會沿斜板下滑到沉泥槽，經(jīng)由沉泥槽自由下沉到沉淀池底部的泥斗。本沉淀池通過多層折疊式斜板單元和沉泥槽的設(shè)置，將出水和沉泥分成兩個獨立的區(qū)域，水流方向和沉泥方向不同，出水和沉泥互不干擾，而絮體一旦沉到泥斗就處于一個十分穩(wěn)定的環(huán)境。

異向斜板沉淀池很好地解決了排泥問題，并且具有沉淀效率高、沉泥環(huán)境好，水頭損失小、適于平流沉淀池的改造等優(yōu)點，對原水濁度變化有很廣泛的適用范圍，具有很強的實用性。

異向流斜管沉淀池的水力計算大致概括為以下三種：

（1）分離粒徑法：

可分離顆粒的粒徑dp可表示為：

若用可分離顆粒沉速us來表示，則：

式中：Q—沉淀池流量

A—斜管區(qū)水面面積

Af—斜管總投影面積

K—顆粒粒徑與沉速的變換系數(shù)

V—斜管中的水流速度

L—顆粒沉降需要的長度

d—斜管的垂直高度

θ—斜管傾角

（2） 特性系數(shù)法

按照沉淀最不理的端面所求得的可分離沉速usc與us關(guān)系為：usc=us，s為一常數(shù)。S值被稱為斜管的特性參數(shù)，雖斷面形狀而定。

（3）加速沉淀法

考慮到顆粒沉淀過程中的絮凝因素，假設(shè)顆粒的沉速以等加速改變，并設(shè)起始沉速為零。結(jié)合考慮管內(nèi)的流速分部，則斜管長度為：

式中a為顆粒沉速變化的加速度，即a=du/dt

上訴三種方法，各有不足之處，在目前還沒有更完善的斜管沉淀池計算方法之前，認為分離粒徑可作為斜管沉淀計算的出發(fā)點。

3 斜板沉淀池的沉淀特點

根據(jù)平流式沉淀池去除分散性顆粒的沉淀原理，一個池子在一定的流量Q和一定的顆粒沉降速度μo的條件下，其沉淀效率E與池子的平面面積A成正比： E=μo/（Q/A）= μo*A/Q。為此，如在同一個池子中，按高度分成N個間隔，是水平面積增加為N倍，在理論上可以提高沉淀能力N倍（實際上由于各種其他因素的影響不不可能達到）。圖3-1 （a）所示：將一個池子分成4個間隔后，使其有4倍的水池平面面積，則理論上池長可縮短至1/4或水平流速可增至4倍。

4 斜板沉淀池的優(yōu)缺點

斜板沉淀池，是一種在沉淀池內(nèi)裝置許多間隔較小的平行斜板的沉淀池，具有去除效率高，停留時間短，占地面積小等優(yōu)點，故常用于已有的污水處理廠挖潛或擴大處理能力時采用；當(dāng)受到污水處理廠占地面積的限制時，作為初次沉淀池用。

斜板沉淀池不宜于作為二次沉淀池，因為活性污泥的粘度較大，容易粘附在斜板上，影響沉淀效果甚至可能堵塞斜板。同時，在厭氧的情況下，經(jīng)厭氧消化產(chǎn)生的氣體上升時會干擾污泥的沉淀，并把板上脫落下來的污泥帶至水面結(jié)成污泥層。斜板沉淀池因沉淀時間短，故在運轉(zhuǎn)中遇到水量、水質(zhì)變化時，應(yīng)加強注意管理。采用此類沉淀池時，還應(yīng)注意絮凝的完善和排泥布置的合理等。

5 結(jié)語

在平流式沉淀池中或在原有平流式沉淀池中加斜板后，效果一般均較普通平流式沉淀池提高3-5倍，因而它在生產(chǎn)實踐中取得了較好效果，特別是對分散性顆粒的去除效果更為顯著。并且根據(jù)淺層沉降原理設(shè)計的斜板濃密或沉降設(shè)備，在國內(nèi)外已成功應(yīng)用和推廣。

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