新型超聲波直立斜管(板)沉淀

摘 要:為滿足武漢大東湖水網建設，防止大量江水泥沙涌入湖中，設計了一種超聲波直立斜管(板)沉淀池。分析了該地的優點，合做原理。

關鍵詞:超聲波沉淀池

中圖分類號:TB47文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)02(c)-0007-01

1 項目背景

今年，武漢即將啟動六項重點項目，其中大東湖生態水網項目因其影響范圍廣，工程難度高而備受矚目。由于東湖水的含沙量低，而長江水的含沙量高，如若處理不當，大量的泥沙將隨長江水的注入而涌進東湖，嚴重破壞東湖的水質和湖中的水生環境，所以，如何提高泥沙的沉淀效能，設計改造出排污效果好，循環利用率高的沉淀池成為了重中之重。此外，沉淀池在污水處理，城市溢流排水，水再生利用等方面同樣有著廣泛的應用，沉淀效果的優劣往往在許多領域中起著決定性的作用。

2 沉淀池的工程應用現狀

縱觀沉淀構筑物的發展可以發現，在20世紀60年代以前主要采用平流式、豎流式和輻流式沉淀池，60年代起各種澄清池盛行一時，70年代后，主要是斜管、斜板及復合型沉淀池。早期的沉淀池，由于它們的池深較大，所以效率很低。根據淺池理論設計的斜板或斜管沉淀池效率顯著提高，實際效率往往為一般沉淀池的7～10倍。

因為斜管(板)之間的水流為層流狀態，水力半徑小，Re值低，而Fr高，水力條件好，因此更利于沉淀分離。高效率的沉淀又可為工程節約大量建設用地，斜管(板)沉淀池又可分為上向流、下向流和側向流三種形式，工程上應用較成功的是上向流斜管(板)。

3 斜管(板)沉淀池的主要問題

雖然上向斜管(板)沉淀池有著諸多優點，大大提高了沉淀效能，但在工程實際應用中仍然存在著一些問題:

(1)污泥的排出不夠方便，無法大規模地安裝刮泥機，排泥效果不夠理想。

斜管(板)沉淀池利用斜管(板)將下部污泥與上部清水分隔開來，利用水在上升過程中沉降，以達到凈化的目的。由于斜管(板)是要布滿整個池子的，否則會引起凈化不完全，所以無法從上部安裝吸刮泥機，污泥只能從池底利用管道排出，不能利用機械排泥。

(2)斜管(板)中易儲存污泥，尤其是頂部會有大量積泥滯留，隨運行時間的加長，容易造成堵塞現象。

造成這種問題的主要原因是，水流自下向上運動時，受自身重力，黏滯力，及斷面面積改變的影響，水流流速會有所降低，根據泥沙運動學原理，水流的挾沙能力會隨著流速的降低而下降，因而會有泥沙附著到斜管(板)內壁上，或沉淀到頂部。

實際工程中，斜管(板)沉淀池每運行一段時間，就要將池子放空，人工進行沖洗。

(3)沉淀池內易滋生藻類，堵塞出水孔，使凈水效果降低。

因為斜管(板)沉淀池的出水在上部，且清水面積比較大，在陽光的照射和透射下，加上適當的營養，就具備了藻類滋生的條件。大量藻類滋生會堵塞集水槽的出水孔，或堵塞后續的管道與水處理設備，因而需要人工清除，非常麻煩。

由于種種問題的存在，很多水廠放棄了這一高效率的工藝，轉而采用低效率但運行管理相對簡單的平流沉淀工藝。針對這些缺點，我們對沉淀池進行了大幅度的改造，創新出了超聲波直立斜管沉淀池。

4 設計原理

傳統的斜管(板)沉淀池采用橫向結構，在管理和運行中存在著很多問題。我們擬設計一種新型的斜管(板)沉淀池，它采用立式結構排列，斜管(板)的進、出水面由水平面變成垂直面，沉淀池下部為渾水區，上部為清水區，斜管(板)垂直并排地排列在一起，并與水平面成一定的角度。在斜管(板)上部的出口處將設置有大型水槽，并用鋼板密閉，以免接觸太陽光照射后滋生藻類。在斜管(板)的分隔下，整個沉淀池分為若干個清水與渾水相間的區域，其中所有清水區均為封閉的，所有渾水區均為敞開的，而沉淀池的清水與渾水的分隔方式也由上下分隔變為了垂直分隔。為了利用沉淀池空間，立式斜管(板)將在池中分為若干列進行布置，使沉淀池的占地面積減小。同時在沉淀池上部安裝超聲波清洗裝置，利用空化作用震動清洗斜管(板)，使附著于斜管(板)之上的污泥重新掉落于渾水區內，在渾水區周圍設置大型的吸刮泥裝置，使污泥更快更好排除。

5 新型超聲波直立斜管(板)沉淀池與傳統上向流斜管(板)沉淀池的比較

(1)超聲波直立斜管(板)沉淀池的配水方式與傳統上向流斜管(板)沉淀池完全不同。

直立斜管(板)沉淀池池面全部為渾水，渾水正是在池面流動而充滿整個池子，然后渾水從垂直排列的斜管(板)進水口進入斜管(板)空間，在空間內隨著時間的推移而逐漸沉降，實現泥水分離。

(2)超聲波直立斜管(板)沉淀池的斜管(板)清洗方式和傳統上向流斜管(板)沉淀池完全不同。

傳統斜管(板)沉淀池運用人工沖洗的方式，費時費力還會對設備造成損傷。而新型沉淀池采用超聲波清洗技術，基于超聲波的空化作用，即在液體中無數微小氣泡的快速形成并迅速內爆。由此產生的振動將可以使浸沒在液體中的物體內外表面的污物剝落下來。超聲波能夠穿透細微的縫隙和小孔，可以應用與任何形狀物體的清洗，裝配件無須拆卸即可清洗，安裝相關設備也并不困難。同時由于超聲波在液體中無處不在，所以在清洗過程中也就不會出現清洗死角，這是傳統的手工清洗和機械清洗所無法比擬的。

(3)直立斜管(板)沉淀池的排泥方式也和傳統上向流斜管(板)沉淀池完全不同。

由于清水區與渾水區為垂直分隔，因而使得直立斜管(板)沉淀安裝吸刮泥設備成為可能，而且很方便。

6 超聲波直立斜管(板)沉淀池理論分析

(1)渾水區為敞開區域，便于安裝吸刮泥設備進行吸泥、刮泥和排泥，這是目前公認的可靠排泥方式，排泥不便的問題將得到根本性地解決。

(2)由于進、出水面為垂直面，積泥的可能性將大大降低，因為污泥得不到水平支撐力，在自身的重力作用下必然下沉到渾水區或清水區底部。

(3)利用超聲波清洗原理清洗斜管(板)，避免了人工清洗帶來的問題，節約了人力保護了設備。

(4)沉淀池池面充滿了渾水，透光性低，不易滋生藻類，而清水區為封閉區域，根本不受陽光照射，因而藻類沒有了生存條件，藻類滋生的問題也得到解決。