簡述斜管沉淀池配水及排泥系統設計

摘 要：本文首先對斜管沉淀池進行了簡單的闡述，然后通過對其工作原理的分析，結合具體工程實例，分析了斜管沉淀池配水及排泥系統設計，對排泥效果進行了探索，并對排泥系統進行的改造及改造后的效果進行了闡述。

關鍵詞：斜管沉淀池；工作原理；配水設計；排統設計

引 言

在沉淀區內，斜管沉淀池是指一種設置斜管的沉淀池。利用傾斜的平行管、平行管道或者利用蜂窩填料，在平流式或豎流式沉淀池的沉淀區內分割成一系列淺層沉淀層，被處理的和沉降的沉泥在各沉淀淺層中相互運動并分離。

1 斜管沉淀池

斜管沉淀池是指在沉淀區內設有斜管的沉淀池。在平流式或豎流式沉淀池的沉淀區內利用傾斜的平行管或平行管道（有時可利用蜂窩填料）分割成一系列淺層沉淀層，被處理的和沉降的沉泥在各沉淀淺層中相互運動并分離。根據其相互運動方向分為逆（異）向流、同向流和逆向流三種不同分離方式。每兩塊平行斜管間（或平行管內）相當于一個很淺的沉淀池。

其優點是：①利用了層流原理，提高了沉淀池的處理能力；②縮短了顆粒沉降距離，從而縮短了沉淀時間；③增加了沉淀池的沉淀面積，從而提高了處理效率。這種類型沉淀池的過流率可達36m3/（m2·h），比一般沉淀池的處理能力高出7～10倍，是一種新型高效沉淀設備。并已定型用于生產實踐；④去除率高，停留時間短，占地面積小。

2 工作原理

斜管沉淀池是根據平流式沉淀原理，在池內增加許多斜管后，加大水池過水斷面的濕周，同時減小水力半徑，為此在同樣的水平流速V時，可以大大降低雷諾數Re，從而減少水的紊動，促進沉淀。另外，在泥渣懸浮層上方安裝60°的斜管組件，使原水中的懸浮物、固化物或經投加混凝后形成絮體礬花，在斜管底側表面積聚成薄泥層，依靠重力作用滑回泥渣懸浮層，繼而沉入集泥斗進行綜合處理。上清液逐漸上升至集水管排出，可直接排放或回用。

3 斜管沉淀池配水及排泥系統設計

斜管沉淀池是淺池理論在實際中的具體應用，按照斜管中的水流方向，分為異向流、同向流、和側向流三種形式。斜管沉淀池具有停留時間短、沉淀效率高、節省占地等優點。本設計沉淀池采用異向斜管沉淀池，設計2組。

3.1 設計參數

設計流量為Q=1800m3/h，斜管沉淀池與絮凝池合建，池寬為15m，表面負荷q=10m3/m2·h斜管材料采用厚0.4mm，塑料板熱壓成成六角形蜂窩管，內切圓直徑d=25mm，長1000mm，水平傾角θ=60°，斜管沉淀池計算草圖見圖1。

3.2 設計計算

3.2.1 平面尺寸計算

（1）沉淀池清水區面積

A=■=■=180m2

式中：q——表面負荷[m3/（m2·h）]，一般采用9.0～11.0m3/（m2·h），本設計取10m3/（m2·h）。

（2）沉淀池的長度及寬度

L=■=■=12m

則沉淀尺寸為L×B=12×15=180m2，為配水均勻，進水區布置在15m長的一側。在12m的長度中扣除無效長度0.5m，因此進出口面積（考慮斜管結構系數1.03）。

A1=■=■=167.48m2

式中：k1——斜管結構系數，取1.03

（3）沉淀池總高度

H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+1.2+0.87+1.5+0.80=4.67m

式中：h1——保護高度（m），一般采用0.3～0.5m，本設計取0.3m；

h2——清水區高度（m），一般采用1.0～1.5m，本設計取1.2m；

h3——斜管區高度（m），斜管長度為1.0m，安裝傾角60°，則h3=sin60°=0.87m；

h4——配水區高度（m），一般不小于1.0～1.5m，本設計取1.5m；

h5——排泥槽高度（m），本設計取0.8m。

3.2.2 進出水系統

（1）沉淀池進水設計

沉淀池進水采用穿孔花墻，孔口總面積：

A2=■=■=2.5m2

式中：ν——孔口速度（m/s），一般取值不大于0.15～0.20m/s。本設計取0.2m/s。每個孔口的尺寸定為15cm×8cm，則孔口數N=■=■≈209個。進水孔位置應在斜管以下、沉泥區以上部位。

（2）沉淀池出水設計

沉淀池的出水采用穿孔集水槽，出水孔口流速v1=0.6m/s，則穿孔總面積：

A3=■=■=0.83m2

設每個孔口的直徑為4cm，則孔口的個數：

N=■=■=661

式中：F——每個孔口的面積（m2），F=■×0.042=0.001256m2。

設沿池長方向布置8條穿孔集水槽，中間為1條集水渠，為施工方便槽底平坡，集水槽中心距為：L′=12/8=1.5m。，每條集水槽長L=（15-1）/2=7m，每條集水量為：

q=■=0.031m3/s，考慮池子的超載系數為20%，故槽中流量為：

q′=1.2q=1.2×0.031=0.038m3/s

槽寬：b=0.9q′0.4=0.9×0.0380.4=0.9×0.27=0.24m。

起點槽中水深H1=0.75b=0.75×0.24=0.18m，終點槽中水深H2=1.25b=1.25×0.24=0.30m。為了便于施工，槽中水深統一按H2=0.30m計。集水方法采用淹沒式自由跌落，淹沒深度取0.05m，跌落高度取0.07m，槽的超高取0.15m。則集水槽總高度：H=H2+0.05+0.07+0.15=0.3+0.05+0.07+0.15=0.57m。集水槽雙側開孔，孔徑為DN=25mm，每側孔數為50個，孔間距為15cm。

8條集水槽匯水至出水渠，集水渠的流量按0.5m3/s，假定集水渠起端的水流截面為正方形，則出水渠寬度為b=0.9Q0.4=0.9×0.50.4=0.68m，為施工方便采用0.7m，起端水深0.57m，考慮到集水槽水流進入集水渠時應自由跌落高度取0.05m，即集水槽應高于集水渠起端水面0.05，同時考慮到集水槽頂相平，則集水渠總高度為：H′=0.05+0.7+0.57=1.32m。出水的水頭損失包括孔口損失和集水槽速度內損失。孔口損失：

Σh1=ξ■=2×■=0.037m

式中：ξ——進口阻力系數，本設計取ξ=2。

集水槽內水深為0.3m，槽內水力坡度按i=0.01計，槽內水頭損失為：

Σh2=iL=0.01×7=0.07m

出水總水頭損失：

Σh=Σh1+Σh2=0.037+0.07=0.107m

3.2.3 沉淀池排泥系統設計

采用穿孔管進行重力排泥，穿孔管橫向布置，沿與水流垂直方向共設8根，雙側排泥至集泥渠。集泥渠長12m，B×H=0.3m×0.3m，孔眼采用等距布置，穿孔管長7.5m，首末端集泥比為0.5，查得kω=0.72。取孔徑d=25mm，孔口面積f=0.00049m2，取孔距s=0.4m，孔眼總面積為：

m=■-1=■-1=18m2

孔眼總面積為：Σw0=18×0.00049=0.00882m2

穿孔管斷面積為：w=■=■=0.0123m2

穿孔管直徑為0.125m，取直徑為150mm，孔眼向下，與中垂線成45°角，并排排列，采用氣動快開式排泥閥。

3.2.4 核 算

（1）雷諾數Re

水力半徑R=■=■=6.25mm=0.625cm

當水溫t=20℃時，水的運動粘度ν=0.01cm2/s

斜管內水流速速為：

ν2=■=■=0.0034m/s=0.34cm/s

式中：θ——斜管安裝傾角，一般采用60～75°，本設計取60°。

（2）弗勞德系數Fr

Fr=ξ■=■=1.89×10-4

Fr介于0.001～0.0001之間，滿足設計要求。

（3）斜管中的沉淀時間T

T=■=■=294s=4.9min，滿足設計要求（一般在2～5min之間）

式中：l1——斜管長度（m），本設計取1.0m。

4 操作與維護

4.1 操作要點

當設備安裝完畢準備投運時，必須對設備（包括輔助設備）進行必要的清理，清除掉設備內部的任何雜物。設備在進水時調節好所有進水手動閥門后，使每臺設備進水水量均衡。定期檢查、清洗斜管，同時濾管應定期檢查是否完好。

4.2 維護保養

當設備注水停止時間過長，造成設備內水溫下降，與進水水溫相差過大時，容易形成由于水溫差而引起的平流層的現象，造成不利于絮花下沉，從而影響出水水質。所以應盡量減少停機次數和停機時間。平臺上應設有自來水管，并備有一定長度的膠皮軟管，以保證對設備沉淀區斜管進行經常性的沖洗。

設備應按正常負荷運行，當設備超負荷運行時，會影響出水水質。應保證設備在額定范圍內運行。當沉淀區斜管使用年限過長而影響沉淀效果時，應及時通知原生產廠家，按原定型規格更新處理，以保證斜管沉淀池的長期正常運轉。

5 結束語

綜上所述，在對斜管沉淀池及其工作原理分析的基礎上，本文結合工程實例，對平面尺寸計算、進出水系統、沉淀池排泥系統設計等方面進行了重點計算和分析，希望給同行一些建議和參考。

參考文獻

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[2]段龍武，付振強.改善斜管沉淀池沉淀效果的工程措施[J].沈陽大學學報.2003（04）.

[3]段龍武.改善斜管沉淀池沉淀效果的工程措施[J].水利科技與經濟.2003（04）.

作者簡介：包正仙（1973-），女，侗族，貴州鎮遠人，大學本科，高級工程師；主要從事方向為給排水設計。