简单使用浅池理论分析斜板沉淀池的沉淀原理

浅池理论分析斜板沉淀池的设计原理摘要：斜板沉淀池是根据浅池理论发展而来的，是一种在沉淀池内装置许多间距较小的平行的倾斜薄板的沉淀池，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。特别是对散性颗粒的去除效果更为显著。关键词：浅池理论;斜板沉淀池前言：给水处理的沉淀工艺是指在重力作用下，悬浮固体从水中分离的过程，原水经过投药、混合与反应过程，水中悬浮物存在形式变为较大的絮凝体，要在沉淀池中分离出来，以完成澄清的作用，混凝沉淀后出水浊度一般在10度以下。斜板沉淀池是根据浅池理论发展而来的，是一种在沉淀池内装置许多间距较小的平行的倾斜薄板的沉淀池。特点是沉淀效率高、池子容积小和占地面积小。斜板沉淀池沉淀时间短，故在运行中遇到水质、水量的变化时，应注意加强管理，以保证达到要求的水质[1]。从改善沉淀池水力条件的角度分析，由于斜板的放入，沉淀池水力半径大大减小，从而使雷诺数大为降低，而弗劳德数则大大提高，因此，斜板沉淀池也满足水流的稳定性和层流的要求。从而提高沉淀效果。一、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/u。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u。与v不变的条件下，只需L/3，就可以将u。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u。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。而在沉淀池有效容积一定的条件下，增加沉淀面积，可使颗粒去除率提高。根据这一理论，过去曾经把普通平流式沉淀池改建成多层多格的池子，使沉淀面积增加。但由于排泥问题没有得到解决，因此无法推广。为解决排泥问题，斜板沉淀池发展起来，浅池理论才得到实际应用。二、斜板沉淀池的设计原理按照水流方向与颗粒沉淀方向之间的相对关系，斜板沉淀池可分为：同向流斜板沉淀池，水流方向与颗粒沉淀方向相同；异向流斜板沉淀池，水流方向与颗粒沉淀方向互相垂直；双向流斜板沉淀池，水流方向与颗粒沉淀方向相反；（1）同向流斜板沉淀池同向流斜板沉淀池与絮体沉降方向相垂直，水流流动方向和絮体下滑方向一致，这样一旦水流过大就会影响絮体下沉。因此，同向流斜板沉淀池的表面负荷可以设计的很大。但由于存在板间积泥、集配水不匀均、不能很好的解决泥水分离问题、清水不能有效收集、清水集水管常常被堵塞等问题，同向流斜板沉淀池在实际工程中采用较少。（2）侧向流斜板沉淀池侧向流斜板沉淀池进、出水方向一致，水流顺直，水头损失小。且水流方向影响絮体沉降，因此水平流速可以设计的比较大。此外，侧向流斜板沉淀池还适于平流沉淀池的改造。当沉淀池池深比较大时，为使斜板单体不至于过高而难以制作和安装，往往在沉淀池内沿竖直方向设置多层斜板，这样，在斜板与斜板交界处的水流就很不稳定。而且，上层斜板上沉淀下来的絮体在下滑到下层斜板的过程中再次处于悬浮状态，有可能被水流搅起而被带出沉淀池。这种现象越往下越明显，往往到了沉淀池底部会出现严重的泥水混杂现象，对出水和排泥都产生不利影响。（3）异向流斜板沉淀池为解决侧向流斜板沉淀池的排泥问题，又有人提出一种新的侧向流斜板沉淀池形式——异向流斜板沉淀池。在沉淀池内设置异向流斜板沉淀装置，该装置为多层折叠式斜板单元，两端紧密连接两个沉泥槽。错层折叠式斜板单元为单片折叠式斜板在垂直方向上按照相同中心轴、相同间距组合而成。水流从斜板中间水平流过，水中的絮体颗粒沉积到斜板上，当絮体沉积到一定程度后会沿斜板下滑到沉泥槽，经由沉泥槽自由下沉到沉淀池底部的泥斗。本沉淀池通过多层折叠式斜板单元和沉泥槽的设置，将出水和沉泥分成两个独立的区域，水流方向和沉泥方向不同，出水和沉泥互不干扰，而絮体一旦沉到泥斗就处于一个十分稳定的环境。异向斜板沉淀池很好地解决了排泥问题，并且具有沉淀效率高、沉泥环境好，水头损失小、适于平流沉淀池的改造等优点，对原水浊度变化有很广泛的适用范围，具有很强的实用性。异向流斜管沉淀池的水力计算大致概括为以下三种：（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：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。三、斜板沉淀池的沉淀特点根据平流式沉淀池去除分散性颗粒的沉淀原理，一个池子在一定的流量Q和一定的颗粒沉降速度μo的条件下，其沉淀效率E与池子的平面面积A成正比：E=μo/(Q/A)=μo*A/Q。为此，如在同一个池子中，按高度分成N个间隔，是水平面积增加为N倍，在理论上可以提高沉淀能力N倍（实际上由于各种其他因素的影响不不可能达到）。图3-1(a)所示：将一个池子分成4个间隔后，使其有4倍的水池平面面积，则理论上池长可缩短至1/4或水平流速可增至4倍。四、斜板沉淀池的优缺点斜板沉淀池，是一种在沉淀池内装置许多间隔较小的平行斜板的沉淀池，具有去除效率高，停留时间短，占地面积小等优点，故常用于已有的污水处理厂挖潜或扩大处理能力时采用；当受到污水处理厂占地面积的限制时，作为初次沉淀池用。斜板沉淀池不宜于作为二次沉淀池，因为活性污泥的粘度较大，容易粘附在斜板上，影响沉淀效果甚至可能堵塞斜板。同时，在厌氧的情况下，经厌氧消化产生的气体上升时会干扰污泥的沉淀，并把板上脱落下来的污泥带至水面结成污泥层。斜板沉淀池因沉淀时间短，故在运转中遇到水量、水质变化时，应加强注意管理。采用此类沉淀池时，还应注意絮凝的完善和排泥布置的合理等。五、结语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，特别是对分散性颗粒的去除效果更为显著。并且根据浅层沉降原理设计的斜板浓密或沉降设备，在国内外已成功应用和推广。参考文献：[1]上海市政工程设计院主编.给水排水设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2004年4月第二版，524,15-16[2]严煦世，范瑾初.给水工程[M].北京：中国建筑工业出版社，1999年12月第四版,304,21-24[3]张自杰.排水工程[M].北京：中国建筑工业出版社，2000年6月第四版，93,28-33