滴灌系統(tǒng)中沉淀池設(shè)計(jì)的探討研究

李 軍

新疆建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司（石河子分院）

隨著微灌技術(shù)在新疆的推廣，渠水滴灌利用越來越引起人們的重視。渠水中含有兩類容易堵塞灌水器的雜質(zhì)：一類是藻類、水生物和漂浮物；另一類是懸浮泥沙。 當(dāng)水中泥沙含量大于過濾器的處理能力時(shí)，使用篩網(wǎng)過濾器和介質(zhì)過濾器將因頻繁的沖洗而不能正常工作，此時(shí)需借助沉淀池對(duì)灌溉水進(jìn)行初級(jí)沉淀處理。 沉淀池的主要目的是去除水中大量的泥沙，用于滴灌的關(guān)鍵是恰當(dāng)?shù)倪x用水質(zhì)指標(biāo)，使沉淀池處理后的水質(zhì)達(dá)到滴灌對(duì)懸浮泥砂含量的要求。

一、滴灌工程沉淀池的作用及類型

沉淀池是水質(zhì)凈化處理的主要設(shè)施之一，其作用有：清除水中存在的泥沙等固體雜質(zhì)；除去鐵、錳等有害雜質(zhì)。

沉淀池的類型和結(jié)構(gòu)按水流方向劃分沉淀池，有平流式、輻流式和豎流式三種形式。每種沉淀池均包括五個(gè)區(qū)，即進(jìn)水區(qū)、沉淀區(qū)、緩沖區(qū)、污泥區(qū)和出水區(qū)。 為使沉淀后的水在出水區(qū)均勻流出，一般采用溢流堰溢流，溢流堰的溢流口流量可適當(dāng)高于500 立方米/米·天。

二、沉淀池設(shè)計(jì)要求

水流從進(jìn)入沉淀池開始，水流所挾帶的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)粒徑的泥沙顆粒以沉速 下沉， 當(dāng)水流到沉淀池出口時(shí)， 大于等于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)粒徑的泥沙顆粒沉到池底，據(jù)此進(jìn)行沉淀池的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)符合以下要求：

1.滴灌系統(tǒng)的取水口盡量遠(yuǎn)離沉淀池的進(jìn)水口。

2.在灌溉季節(jié)結(jié)束后，沉淀池必須能保證清除所沉積的泥沙。

3.滴灌系統(tǒng)盡量提取沉淀池的表層水。

4.在滿足沉沙速度和沉沙面積的前提下，應(yīng)建窄長(zhǎng)形沉淀池，這種形狀的沉淀池比方形沉淀池的沉沙效果好。 表1 給出了不同粒徑泥沙的沉降速度，可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。

表1 不同粒徑泥沙的沉降速度

5.從過濾器反沖洗出的水應(yīng)回流至沉淀池，但回水口應(yīng)盡量遠(yuǎn)離滴灌系統(tǒng)的取水口。

三、沉淀池設(shè)計(jì)

1.沉淀池的設(shè)計(jì)包括功能構(gòu)造設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)。 前者是指確定各功能分區(qū)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式，以滿足各自功能的實(shí)現(xiàn)；后者是指確定沉淀池的整體尺寸和各構(gòu)件的相對(duì)位置。

2.設(shè)計(jì)良好的沉淀池應(yīng)滿足以下三個(gè)基本要求：①有足夠的沉降分離面積； ②入流區(qū)和出流區(qū)結(jié)構(gòu)合理、能均勻布水和集水；③有尺寸適宜、性能良好的污泥、浮渣收集和排放設(shè)備。

3.沉淀池的一般設(shè)計(jì)原則及參數(shù)進(jìn)行沉淀池設(shè)計(jì)的基本依據(jù)是水流量、水中懸浮固體濃度和性質(zhì)以及處理后的水質(zhì)要求。因此，必須確定有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，其中包括沉降效率、沉降速度(或表面負(fù)荷)、沉降時(shí)間、 水在池內(nèi)的平均流速以及泥渣容重和含水率等。這些參數(shù)一般需要通過試驗(yàn)取得；若無條件，也可根據(jù)相似的運(yùn)行資料，因地制宜地選用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（1）沉淀池表面積A沉淀池(平方米)：在選定表面負(fù)荷率υ0(米/小時(shí))、設(shè)計(jì)流量Q(立方米/小時(shí))兩參數(shù)后，即可按下式算出沉淀池表面積A沉淀池

（2）沉淀池長(zhǎng)度L沉淀池(米)：沉淀池長(zhǎng)度可按下式計(jì)算。

式中:L沉淀池——沉淀池長(zhǎng)度(米)； υ——水平流速(米/小時(shí))；T停留——停留時(shí)間(小時(shí))。

（3）沉淀池寬度B沉淀池(米)：沉淀池長(zhǎng)度可按下式計(jì)算。

式中：B沉淀池——沉淀池寬度(米)；其余符號(hào)意義同前。

（4）沉淀池(有效)水深H1(米)：按下式計(jì)算。

式中：H1——沉淀池(有效)水深，米；其余符號(hào)意義同前。

（5）存泥區(qū)深度H2(米)：沉淀池存泥區(qū)深度按下式計(jì)算。

式中：Q——設(shè)計(jì)流量，立方米/小時(shí)；C0——進(jìn)入沉淀池的水流含設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及其以上粒徑泥沙的濃度，千克/立方米； T——滴灌的灌水周期，小時(shí)；γ——泥沙容重。

四、沉淀池水力條件復(fù)核

1.水流紊動(dòng)性復(fù)核

沉淀池水流的紊動(dòng)性用雷諾數(shù)Re判別。

式中：Re——雷諾數(shù)；U——水平流速，米/小時(shí)；R水——水力半徑， 米；v——水的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)， 水溫20℃時(shí)為1.01×106(平方米/秒)；沉淀池中水流Re 一般為4000～15000，屬紊流狀態(tài)。此時(shí)水流除水平流速外，尚有上、下、左、右的脈動(dòng)分速，且伴有小的渦流體，這些情況都不利于顆粒的沉淀。 但在一定程度上可使?jié)岫炔煌乃骰旌希瑴p弱分層流動(dòng)現(xiàn)象。不過，通常要求降低Re 以利顆粒沉降。 降低Re 的有效措施是減小水力半徑R 水。 池中縱向分格可以達(dá)到這一目的。

2.水流穩(wěn)定性復(fù)核

水流穩(wěn)定性以弗勞德數(shù)Fr 判別， 該值反映推動(dòng)水流的慣性力與重力兩者之間的對(duì)比關(guān)系。

式中：Fr——弗勞德數(shù)；g——重力加數(shù)度，9.8 米/秒；其余符號(hào)意義同前。

Fr 增大，表明慣性力作用相對(duì)增加，重力作用相對(duì)減小，對(duì)水流相對(duì)密度差、溫度差、異重流及風(fēng)浪等影響的抵抗能力強(qiáng)， 使沉淀池中的流態(tài)保持穩(wěn)定，沉淀池Fr 宜大于10-5。 增大Fr 的有效措施是減小水力半徑R 水，通常將池縱向分格來達(dá)到這一目的。

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