淺池理論分析斜板(管)沉淀池的設計原理

(寧夏公路勘察設計院有限責任公司 寧夏 銀川 18152302940)

引言

現代凈水技術中，沉淀仍是重要的處理單元，沉淀池則是分離懸浮物的一種常用處理構筑物。對于一般的城市污水，初次沉淀池可以去除約30%的BOD5與55%的懸浮物。

沉淀池的發展經歷了從平流沉淀池到斜板沉淀池，再到迷宮式斜板池等的改進，這些改進致力于沉淀效率的提高。我國在1965年開始進行澄清池分離區加斜板的實驗，1968年又在福州水廠做了斜管除沙的試驗，1972年第一座生產性的上流斜管沉淀池正式投入使用。

一、淺池理論

20世紀初，哈真提出淺池理論。設斜管沉淀池長為L，池中水平流速為V，顆粒沉速為u0，在理想狀態下，L/H=V/u。可見L與V值不變時，池身越淺，可被去除的懸浮顆粒越小。若用水平隔板，將H分成3層，每層層深為H/3，在u0與V不變的條件下，只需L/3，就可以將u0的顆粒去除。也即總容積可減少到原來的1/3。如果池長不變，由于池深為H/3，則水平流速可正加的3V，仍能將沉速為u0的顆粒除去，也即處理能力提高3倍。同時將沉淀池分成n層就可以把處理能力提高n倍。

二、斜板(管)沉淀池的設計

(一)斜板(管)沉淀池的概念

斜板(管)沉淀池是根據淺池沉淀理論設計出的一種高效組合式沉淀池，也統稱為淺池沉淀池。在沉淀區域設置許多密集的斜板或斜管，使水中懸浮雜質在斜板或斜管中進行沉淀，水沿斜板或斜管上升流動，分離出的泥渣在重力作用下沿著斜板(管)向下滑到池底，再集中排出。

(二)斜板(管)沉淀池的設計原理

斜管沉淀池的沉淀區內設有斜管，組裝形式有斜管和支管兩種。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)分割成一系列淺池沉淀層，被處理的和沉降的沉泥在各沉淀淺層中相互運動并分離。每兩塊平行斜板間(或平行管內)相當于一個很淺的沉淀池。

按照水流方向與顆粒沉淀方向之間的相對關系，斜板(管)沉淀池可分為：①側向流斜板(管)沉淀池，水流方向與顆粒沉淀方向互相垂直；②同向流斜板(管)沉淀池，水流方向與顆粒沉淀方向相同；③逆向流斜板(管)沉淀池，水流方向與顆粒沉淀方向相反。

側向流斜板沉淀池進、出水方向一致，水流順直，水頭損失小。且水流方向影響絮體沉降，因此水平流速可以設計的比較大。此外，側向流斜板沉淀池還適于平流沉淀池的改造。

當沉淀池池深較大時，為使斜板單體不至于過高而難以制作和安裝，往往在沉淀池內沿豎直方向設置多層斜板。這樣，在斜板與斜板的交界處的水流就很不穩定，而且，上層斜板上沉淀下來的絮體在下滑到下層斜板的過程中再次處于懸浮狀態，有可能被水流攪起而被帶出沉淀池。這種現象越往下越明顯，往往到了沉淀池底部會出現嚴重的泥水混雜現象，對出水和排泥都產生不利影響。

同向流斜板沉淀池與絮體沉降方向相垂直，水流流動方向和絮體下滑方向一致，這樣一旦水流過大就會影響絮體下沉。因此，同向流斜板沉淀池的表面負荷可以設計得很大。但由于存在板間積泥、集配水不均勻、不能很好地解決泥水分離問題，清水不能有效收集，清水集水管常常被堵塞等問題，同向流斜板沉淀池在實際工程中采用較少。

逆向流斜板沉淀池通過多層折疊式斜板單元模塊和沉泥槽的設置，將出水和沉泥分成兩個獨立的區域，水流方向和沉泥方向不同，出水和沉泥互不干擾，而絮體一旦沉到泥斗處就處于一個十分穩定的環境。很好地解決了排泥問題，并且具有沉淀效率高、沉泥環境好、水頭損失小、適于平流沉淀池的改造等優點，對原水濁度變化有很廣的適應范圍，具有很強的實用性。

(三)斜板(管)沉淀池的設計參數

1.斜板(管)之間間距一般不小于50mm，斜板(管)長一般在1.0-1.2m左右；

2.斜板(管)的上層應有0.5-1.0m的水深，底部緩沖層高度為1.0m。斜板(管)下為廢水分布區，一般高度不小于0.5m，布水區下部為污泥區；

3.池出水一般采用多排孔管集水，孔眼應在水面以下2cm處，防止漂浮物被帶走；

4.廢水在斜板(管)內流速視不同廢水而定，如處理生活污水，流速為0.5-0.7mm/s。

5.斜板(管)與水平面呈60°角，斜管孔徑一般為80-100mm。

式中：A——水表面積，m2；n——池數，個；q——表面負荷；Q——最大設計流量；0.91——斜板面積利用系數。

式中：D——圓形池直徑，m。

式中：t——池內停留時間，min；

h2——斜板區上部的清水層高度，m，一般用0.7-1.0m；

h3——斜板的自身垂直高度，m，一般為0.866-1.0m。

9.污泥部分所需的容積V及污泥斗的容積V1均與其它沉淀池就算相同。

10.沉淀池總高：H=h1+h2+h3+h4+h5(m)

式中：h1——超高；h4——緩沖層高度；h5——污泥斗高度。

逆向流斜管沉淀池的水力計算可用分離粒徑法：

式中：Q——沉淀池流量；A——斜管區水面面積；Af——斜管區總投影面積；

k——顆粒粒徑與沉速的變換系數；v——斜管中的水流速度；L——顆粒沉降需要的長度；d——斜管的垂直高度；θ——斜管傾角。

三、結語

基于淺池理論設計的斜板(管)沉淀池，效果一般均較普通平流式沉淀池提高3-5倍，在生產實踐過程中能取得較好的效果，尤其是對分散性顆粒的去除效果更為顯著。對于斜板(管)沉淀池的研究應更加深入和廣泛，提高其在水處理過程中的廣泛應用，增加經濟效益。