同向流斜板沉淀池的制約因素及其改進方法

田林青+張亞方+喬娜+胡雪婷+彭趙旭

摘要：本文從水流角度方向?qū)π卑宄恋沓剡M行分類，討論其優(yōu)缺點及應(yīng)用范圍，并針對制約同向流斜板沉淀池應(yīng)用的主要因素，給出可供改進方法。同向流由于水流方向與顆粒沉降方向相同，即使黏度大、難沉降的顆粒也可借助水流沖力而沉降，解決了異向流、側(cè)向流中斜板堵塞等問題，且理論沉淀效果最佳。但因工程中泥水分離問題難以解決，在水處理領(lǐng)域鮮有應(yīng)用。本文針對同向流中斜板下方的泥水分離問題，給出了可供改進方案。在未來的改進與發(fā)展下，同向流斜板沉淀池必將得到廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：同向流；斜板沉淀池；泥水分離；溝槽；導(dǎo)泥管

前言：

目前在國內(nèi)外的水處理工藝中，水中懸浮物的去除是水處理工藝中的重要環(huán)節(jié)之一。其中，沉淀池作為去除水中懸浮物顆粒的主要設(shè)施之一，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。沉淀池作為進行沉降分離的主要裝置，七十年代后期，斜板沉淀池發(fā)展迅速。斜板沉淀池通過增加沉降面積從而大大提高了沉淀效率，在各地水處理行業(yè)應(yīng)用頗多。

1 從水流方向角度常見沉淀池分類

由淺層理論發(fā)展而來的斜板沉淀池，相比于傳統(tǒng)型沉淀池而言，增加了沉降面積、改善了水力條件，大大提高了沉淀效率；此外，又因斜板沉淀池具有占地面積小、停留時間短等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于水處理工藝中。斜板沉淀池有多種分類方法，其中最常見的是按照進水方向的不同，即按照水流方向和顆粒沉降方向之間的相對運動關(guān)系，分為側(cè)向流、異向流和同向流斜板沉淀池。側(cè)向流斜板沉淀池中水流方向為水平方向，異向流中水流方向自下而上，同向流中水流方向自上而下；其中，顆粒的沉降過程均為受重力作用下沿斜板自上而下滑落，即從上到下的方向，具體如圖1、圖2、圖3所示。

2 不同種類斜板沉淀池的特點

基于以上斜板沉淀池的三種分類，下面就其特點進行簡述。側(cè)向流斜板沉淀池的水流方向為水平方向，與顆粒沉降方向不同，導(dǎo)致水中顆粒難以被全部沉降；異向流斜板沉淀池在實際工程中的應(yīng)用最為廣泛，但由于其沉泥與清水的走向相反，一些難以沉降、黏度較大的顆粒易堵塞斜板，甚至將斜板壓塌；同向流因其水流方向與沉泥走向相同，即使當(dāng)一些黏度大的顆粒難以沉降時，也可借助水流的沖力而沉降，故理論沉淀效果最佳。具體特點如表1所示：

由表1可以看出，因同向流過程中水流的方向和沉泥的沉降方向一致，方向均為自上而下，故有利于沉降顆粒沿斜板滑落。對黏度較大、很難沉降的的顆粒，在側(cè)向流和異向流中易堵塞斜板斜管，然而同向流可以很好地解決這一問題。當(dāng)顆粒難以沉降時，由于水流自上而下的沖力，可將難以滑落的沉泥沿斜板沖落，同時避免了異向流中沉泥在滑落的同時被自下而上的水流反向沖上去、側(cè)向流中沉泥沉降過程中被水平流向的水流擾動的缺點。結(jié)合斯托克定律穩(wěn)流利于沉淀原理，同向流內(nèi)水的流速設(shè)計為層流。經(jīng)由分析，可得如下結(jié)論：理論上，同向流斜板沉淀池的沉淀效率最高。但是，由表1中三種斜板沉淀池的應(yīng)用規(guī)模可知，目前應(yīng)用較多的仍為側(cè)向流、異向流斜板沉淀池。雖然理論上同向流斜板沉淀池的沉淀效率最高，但在水處理領(lǐng)域卻鮮有應(yīng)用。

3 制約同向流沉淀池應(yīng)用的主要因素

最早在1967年，同向流斜板沉淀池技術(shù)于瑞典問世[1]；五十年代末，同向流技術(shù)開始被引入我國；于1973年，我國開始進行同向流斜板沉淀池裝置的試驗研究，全國各地先后陸續(xù)建造了多座同向流斜板沉淀池。七十年代初期，造紙白水回收行業(yè)首先應(yīng)用了同向流沉淀池技術(shù)，并且在大部分地區(qū)的造紙行業(yè)都有相應(yīng)的應(yīng)用實例。但是，在工程的實際運行過程中，卻頻頻出現(xiàn)沉淀效果不理想的問題。制約同向流實際應(yīng)用的主要因素即為排泥問題[2]，即不能較好地解決泥水分離。同向流中水和沉泥的流向一致，故不能單純利用二者流向不同讓其自然分離。同向流中，即使在斜板處顆粒能夠得到較好的沉降，但在斜板下方，沿著斜板滑落的顆粒與經(jīng)由斜板得到沉淀的清水將再次混合，導(dǎo)致沉泥與清水無法分離，降低了沉淀的效果，大大制約了同向流斜板沉淀池的實際應(yīng)用規(guī)模。

4 解決同向流斜板沉淀池應(yīng)用的可行性路線

針對以上制約同向流實際應(yīng)用的因素，即沉泥與清水在斜板下方的分離問題，提出能夠解決同向流應(yīng)用的可行性方案如下：

方案一：在原有斜板的基礎(chǔ)上，對斜板的結(jié)構(gòu)進行改造。首先，在斜板底部增加溝槽，用以收集沿斜板滑落的顆粒物；其次，在溝槽的中央連通一根導(dǎo)管，用以導(dǎo)出溝槽中收集的顆粒物。導(dǎo)管向下延伸，通往沉淀池下方的集泥斗。經(jīng)由改造，經(jīng)過斜板的沉淀后，顆粒物均被斜板下方溝槽所收集，再由導(dǎo)管導(dǎo)入集泥斗，于是清水在斜板下方便實現(xiàn)了與沉泥的分離。

方案二：在沉淀池密閉的條件下，在斜板上增加集水管，利用大氣壓力的作用，經(jīng)過斜板沉淀過的清水自下而上通過集水管被壓出水面，實現(xiàn)了泥水的分離。

方案三：在滑泥斜板區(qū)，較之以前的多孔管集水系統(tǒng)，在兩塊斜板之間增加一塊斜板，即使沉泥沿斜板的走向有一突變，清水從增加斜板的上部，通過人字形結(jié)構(gòu)進入清水區(qū)，從而實現(xiàn)了泥水的分離。

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項目及編號：鄭州大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃領(lǐng)導(dǎo)小組資助項目（2016xjxm165）

基金項目：高等學(xué)校重點科研項目（17A560029）

鄭州大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃領(lǐng)導(dǎo)小組資助項目（2016xjxm165）

基金項目：高等學(xué)校重點科研項目（17A560029）

通訊作者簡介：彭趙旭（1983-），男，博士，講師，污水脫氮除磷新技術(shù)，Email：pengzhaoxu1983@163.com。