浅池理论分析斜管沉淀池的沉淀原理

摘要：利用浅池理论原理发展形成的斜管沉淀池获得广泛的应用，效果一般均较普通平流式沉淀池提高3-5倍，克服了传统沉淀池易积泥、排泥困难等缺点。因而它在生产实践中取得了较好效果。

关键字：斜管沉淀池 浅池理论

中图分类号：TU991文献标识码： A

0 引言

近几年来城市给水事业蓬勃发展，由浅池理论原理发展形成的斜管沉淀池也获得较为广泛的应用。我国在1965年开始进行澄清池分离区加斜板的实验，1968年又在福州水厂做了斜管除沙的试验，1972年第一座生产性的上向流斜管沉淀池正式投入使用[1]。随着理论研究的不断深入和生产实践的不断总结积累，斜管沉淀技术正在不断发展。

1 浅池理论原理

设斜管沉淀池池长为L，池中水平流速为V，颗粒沉速为u0，在理想状态下，L/H＝V/ u0。可见L与V值不变时，池身越浅，可被去除的悬浮物颗粒越小。若用水平隔板，将H分成3层，每层层深为H/3，在u0与v不变的条件下，只需L/3，就可以将u0的颗粒去除。也即总容积可减少到原来的1/3。如果池长不变，由于池深为H/3，则水平流速可正加的3v，仍能将沉速为u0的颗粒除去，也即处理能力提高倍。同时将沉淀池分成n层就可以把处理能力提高n倍。这就是20世纪初，哈真（Hazen）提出的浅池理论[2]。

2 斜管沉淀池概念优缺点及设计原理

2.1斜管沉淀池概念

斜管沉淀池是指在沉淀区内设有斜管的沉淀池。在平流式或竖流式的沉淀区内利用倾斜的平行管或平行管道（有时可利用）分割成一系列浅层沉淀层，被处理的和沉降的沉泥在各沉淀浅层中相互运动并分离。根据其相互运动方向分为逆（异）向流、同向流和测向流三种不同分离方式。每两块平行斜板间（或平行管内）相当于一个很浅的沉淀池。

2.2 斜管沉淀池优缺点

2.2.1 优点

其优点是：

1.利用了层流原理，提高了沉淀池的处理能力；水利条件好，水流雷诺数降至200以下，弗洛德数可达10-3-10-4数量级；处理效率高。

2.缩短了颗粒沉降距离，从而缩短了沉淀时间；

3.增加了沉淀池的沉淀面积，从而提高了处理效率。

这种类型沉淀池的过流率比一般沉淀池的处理能力高出7-10倍，是一种新型高效沉淀设备，并已定型用于生产实践。

2.2.2 斜管沉淀池的缺陷

1.单位面积上的泥量增加,如排泥不畅,将产生反泥现象,使出水水质恶化。

2.水在池中停留时间短,若水质水量变化较大，来不及调整运行,耐冲击负荷的能力差。

3.斜管管径较小,若施工质量欠佳,造成变形,容易在管内或板间积泥。

4.斜管在上部阳光的照射下会滋生大量的藻类。

2.3 斜管沉淀池沉淀效率高的原因

1.增加沉淀面积，缩短沉降距离从而提高颗粒的去除率；从理论上看，不论斜管的角度如何，其效率提高的倍数相当于斜管总投影面积比原池面积增加的倍数；

2.斜管内的再凝聚，促进絮粒的进一步加大，从而提高沉降速度。

3.创造了层流条件，从而提高了沉淀效率。

3 斜管沉淀池的排泥

斜管沉淀池由于单位面积出水量高，因而泥量亦相应增加，与普通平流式沉淀池相比，每单位面积的积泥量，将增加好几倍，积泥分布在整个底板上，虽比较均匀，但积泥不及时排除将会严重影响出水水质。

常用的排泥措施：

1.机械刮泥；

适用于大型斜板沉淀池，管理简单，可以自动控制。但加工维修困难，某些部件质量尚未过关，容易发生故障，影响使用，在国内积累经验上不多，有待提高和巩固；

2.穿孔管排泥；

应用于平流沉淀池已有相当历史，目前用于斜管沉淀池也不少，但须严格管理，不然容易堵塞，造成排泥困难，影响沉淀效果。适用于中小水量的斜管沉淀池，面积小，管长不大条件下。

有两种方式：一是斜管沉淀池中的穿孔管排泥，二是机械刮泥机刮至池子两端排泥槽以后再用穿孔管排泥。

3.多斗式排泥

比穿孔管排泥较易控制管理，且不易堵塞，适用于中小型斜管沉淀池，但斗深增加池壁高度，影响土建造价。

4 设计参数

1.斜管之间间距一般不小于50mm，斜管长一般在1.0-1.2m左右；

2.斜管的上层应有0.5-1.0m的水深，底部缓冲层高度为1.0m。斜管下为废水分布区，一般高度不小于0.5m，布水区下部为污泥区；

3.池出水一般采用多排孔管集水，孔眼应在水面以下2cm处，防止漂浮物被带走；

4.废水在斜管内流速视不同废水而定，如处理生活污水，流速为0.5-0.7mm/s。

5.斜管与水平面呈60°角，斜管孔径一般为80-100mm。

异向流斜管沉淀池的设计计算式可由如下分析求的。

异向流斜管沉淀池的水力计算可归纳为如下三种：

1.分离粒径法：

可分离颗粒的粒径dp可表示为：

若用可分离颗粒沉速us来表示，则：

式中:Q―沉淀池流量；A―斜管区水面面积；Af―斜管总投影面积；K―颗粒粒径与沉速的变换系数；V―斜管中的水流速度；L―颗粒沉降需要的长度；d―斜管的垂直高度；θ―斜管倾角。

2.特性系数法

按照沉淀最不理的端面所求得的可分离沉速usc与us关系为：usc＝us，s为一常数。S值被称为斜管的特性参数，虽断面形状而定。

3.加速沉淀法

考虑到颗粒沉淀过程中的絮凝因素，假设颗粒的沉速以等加速改变，并设起始沉速为零。结合考虑管内的流速分部，则斜管长度为：

-d*tgθ

式中a为颗粒沉速变化的加速度，即a=du/dt

上诉三种方法，各有不足之处，在目前还没有更完善的斜管沉淀池计算方法之前，认为分离粒径可作为斜管沉淀计算的出发点。

5 斜管沉淀池的流态设计

对斜管沉淀池进行设计需要以下参数：

1.截留速度

斜管沉淀池在布置方面的差别，将影响设计截留速度值的取用。一般规模较大的斜管沉淀池，由于其进水分配和出水收集不容易保证均匀。而设计时宜选用指标低于规模较小的斜管沉淀池。目前在异向流斜管沉淀池设计中，截留速度一般为0.15-0.40mm/s。

2.管径与管距

目前国内异向流斜管沉淀池的断面几乎采用正六角行，一般用内切直径作为管径。目前用于给水处理的异向流斜管沉淀池的管径为25-35mm.

3.斜管长度

斜管长度一般不宜小于50cm，斜管的长度取决于斜管的加工和沉淀池的池深。

4.倾角

异向流倾角需要保持450-600,异向流流速8.3-14mm/s。

5.雷偌数（Re）

一般平流式沉淀池中的雷偌数（Re）常在104上，而水流属于紊流。斜管沉淀池则由于湿周增加，水力半径降低，而雷偌数（Re）明显减少，以致完全有条件控制在层流条件下（Re数小于500）。

6.佛劳德数

在平流式沉淀池中，Fr值大致为10-5的数量级。斜管沉淀池由于水力半径减少和水流速度提高的提高，Fr数一般在10-3-10-4 的范围内，因而水流稳定性明显增加。

6结语

在平流式沉淀池中或在原有平流式沉淀池中加斜管后，效果一般均较普通平流式沉淀池提高3-5倍，因而它在生产实践中取得了较好效果。特别湿对散性颗粒的去除效果更为显著。

参考文献

[1]许保玖,安鼎年.给水处理理论与设计[M].北京:中国建筑工业出版社，1992.

[2]李三中，陈俊学，郝庆玲，等.斜管沉淀池斜管积泥成因及解决措施[J].中国给水排水,2002 l8(8):76-

77.