异向流斜管(斜板)沉淀池进配水设计探讨

摘要:斜管(斜板)沉淀池是目前较为常见的一种净水构筑物。本文从设计的角度出发,主要针对异向流斜管(斜板)沉淀池在实际运行中存在的一些问题进行理论分析,并探讨提出在斜管(斜板)沉淀池设计中应注意其进配水均匀性和合理性及部分设计参数。

关键词:斜管(斜板)沉淀池 设计 进配水 均匀 合理

斜管(斜板)沉淀池按管(板)内水流方向可以分为横向流、上向流、下向流、前向流及后向流等五种,其中横向流、前向流、后向流的布置应用很少。由于上向流的水流方向与沉泥的滑行方向相反,因而又称异向流;下向流的水流与沉泥方向一致,故又称同向流。在工程实践中,异向流斜管(斜板)沉淀池应用最多。

进入斜管沉淀池的水流多为水平向,而斜管沉淀区内的水流是向上的,科学合理的进水和配水布置设计是使斜管沉淀区的负荷达到均匀的关键。因此,本文著重于对该型式沉淀池在进配水设计中应注意的几个问题进行探讨。

一、进水布置

1、沿斜管沉淀池池宽方向均匀配水

在工程实践中为提高配水的均匀性,有些斜管沉淀池的进水采用了下向流斜管配水的形式,也有采用在絮凝池末端设置穿孔墙而在进入斜管沉淀池时再经缝隙穿孔墙的布置,对进入斜管沉淀池的水流进行均匀倒流。在重庆的某水厂扩建中,受场地限制,絮凝池与沉淀池之间的过渡区设计为单侧进水,投运后,因过渡区内水流流速较大,无法实现过渡区内沿途均匀配水的意图,导致过渡区末端斜管沉淀池负荷过大,出现“翻矾花”现象。后在过渡区沿水流方向加设了稳流板,极大的改善向沉淀池配水区布水的均匀性,解决了末端水质恶化的问题。

2、控制孔眼流速

进水的孔眼流速控制具有相当重要的意义。原水投加絮凝剂后经完善的混合反应工艺,在过渡区中已形成具有良好沉淀性能的絮粒,因此,穿孔墙的孔眼流速必须控制在不致造成絮粒破碎的流速或速度梯度之下。另一方面,斜管沉淀池底部配水区内水平流速较小,若孔眼流速较大,水流进入配水区后,流速突变,流速水头转换为位能,必将使斜管沉淀池前端负荷增加,从而影响沉淀效能。

因此,本文建议斜管沉淀池穿孔墙设计孔眼流速控制在0.02~0.05m/s以下为宜,旧池改造最大不宜超过0.08m/s。

二、配水区

有关斜管沉淀池的调查研究结果表明:如果配水区进口处水平流速过高,即使斜管沉淀池表面负荷较低,其出水水质对适应负荷及积泥深度的变化都很敏感,而且,在絮凝池工作正常时,沉淀池的始段斜管上也会出现破碎的絮体,但这种现象沿配水前进方向逐渐减弱直至消失。

究其原因,在配水区起端的上层,一部分水由配水流速v1进入斜管后,其流速减为v2/sin60°(假设斜管壁所占的体积忽略不计,v2为沉淀池液面竖直上升流速),由于v1相当于v2/sin60°的数倍甚至十数倍,在v1较大的情况下,配水区的水在很短的时间内流速突然减少90%以上,而且同时旋转120度进入斜管,形成较大强度的速度梯度,极易造成絮体在此过程中的破碎。当沿斜管沉淀池配水方向经过一段距离以后,由于配水总量沿程递减,配水区水平流速v1逐渐减小,而v2/sin60°值不变,故在配水层与斜管的交界面形成的速度梯度逐渐降低,破碎絮体的能量减弱,絮体受到的破坏相应的逐渐减少,出水水质也逐渐趋于好转。

综上所述可见,在斜管沉淀池的设计中,配水区进口处的水平流速v1是一个不可忽视的重要参数,而配水区高度与其有着直接的反比例关系。

也有资料认为:“为了使斜管均匀出水,需要在斜管以下保持一定的高度,否则容易在池的末端,因流速水头转化为位能,造成端部斜管负荷增加。”但对斜管沉淀池的现场调查发现,在生产过程中,沉淀池末端出水水质一般较好,而始端水质恶化较明显。进一步定性分析,由于配水区沿程配水进入斜管区,流速水头与位能的转换也在沿程进行,在理想状态下(不考虑边界流等)微流程ΔL中因配水入斜管区而减少的流量Δq、流速变化Δv相等,相应的转换成位能的Δh亦相等,到末端微流程ΔL,水量和流速均已减至微小,转化成的位能也应为Δh。因此在理想状态下(不考虑边界流等),配水区内流速水头转换成的位能沿程相等,斜管沉淀池末端端部斜管负荷不会比前段有所增加。

故本文认为:

(1) 斜管沉淀池底部配水区保持一定高度,可以保证配水的均匀性,同时,也可以保证适宜的配水区起端水平流速,减小水流在配水层与斜管的交界面形成的速度梯度,尽可能少的避免絮体的破碎。而在无明显冲击流、配水区内水流流态相对稳定的情况下,即使沉淀池末端产生的斜管负荷较其他部位有所增加,其量也是十分微弱的,对沉淀池处理造成的影响可忽略不计。

(2)在设计中,配水区高度宜由在设计处理规模下配水区起端的水平流速来确定,但仍需依现行国家规范规定“(异向流斜管沉淀池)底部配水区高度不宜小于1-1.5米”,“当采用机械排泥时配水区的高度还应结合安装和检修的要求而定,一般不宜 1.6米”。

(3)建议配水区起端水平流速控制在0.010~0.018m/s之间为好,旧池改造中最大不宜超过0.050m/s。

三、主要结论

1、斜管沉淀池进水布置设计应力求沿池宽方向均匀配水,同时宜控制进水孔眼(口)过水流速在0.020~0.050m/s以下。

2、配水区水平流速是斜管沉淀池设计中一个重要的控制参数。为保证沉淀效果,配水区起端水平流速宜控制在0.010~0.018m/s之间。

参考文献:

[1]中国建筑工业出版社,2006,室外给水工程规范

[2]钟淳昌主编,中国建筑工业出版社,1986,净水厂设计

[3]严煦世主编,中国建筑工业出版社,1995,给水排水工程快速设计手册