浅池理论分析斜板(管)沉淀池的设计原理

(宁夏公路勘察设计院有限责任公司 宁夏 银川 18152302940)

引言

现代净水技术中，沉淀仍是重要的处理单元，沉淀池则是分离悬浮物的一种常用处理构筑物。对于一般的城市污水，初次沉淀池可以去除约30%的BOD5与55%的悬浮物。

沉淀池的发展经历了从平流沉淀池到斜板沉淀池，再到迷宫式斜板池等的改进，这些改进致力于沉淀效率的提高。我国在1965年开始进行澄清池分离区加斜板的实验，1968年又在福州水厂做了斜管除沙的试验，1972年第一座生产性的上流斜管沉淀池正式投入使用。

一、浅池理论

20世纪初，哈真提出浅池理论。设斜管沉淀池长为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，可被去除的悬浮颗粒越小。若用水平隔板，将H分成3层，每层层深为H/3，在u0与V不变的条件下，只需L/3，就可以将u0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u0的颗粒除去，也即处理能力提高3倍。同时将沉淀池分成n层就可以把处理能力提高n倍。

二、斜板(管)沉淀池的设计

(一)斜板(管)沉淀池的概念

斜板(管)沉淀池是根据浅池沉淀理论设计出的一种高效组合式沉淀池，也统称为浅池沉淀池。在沉淀区域设置许多密集的斜板或斜管，使水中悬浮杂质在斜板或斜管中进行沉淀，水沿斜板或斜管上升流动，分离出的泥渣在重力作用下沿着斜板(管)向下滑到池底，再集中排出。

(二)斜板(管)沉淀池的设计原理

斜管沉淀池的沉淀区内设有斜管，组装形式有斜管和支管两种。在平流式或竖流式沉淀池的沉淀区内利用倾斜的平行管或平行管道(有时可利用蜂窝填料)分割成一系列浅池沉淀层，被处理的和沉降的沉泥在各沉淀浅层中相互运动并分离。每两块平行斜板间(或平行管内)相当于一个很浅的沉淀池。

按照水流方向与颗粒沉淀方向之间的相对关系，斜板(管)沉淀池可分为：①侧向流斜板(管)沉淀池，水流方向与颗粒沉淀方向互相垂直；②同向流斜板(管)沉淀池，水流方向与颗粒沉淀方向相同；③逆向流斜板(管)沉淀池，水流方向与颗粒沉淀方向相反。

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，在斜板与斜板的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。

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得很大。但由于存在板间积泥、集配水不均匀、不能很好地解决泥水分离问题，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。

逆向流斜板沉淀池通过多层折叠式斜板单元模块和沉泥槽的设置，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处就处于一个十分稳定的环境。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的适应范围，具有很强的实用性。

(三)斜板(管)沉淀池的设计参数

1.斜板(管)之间间距一般不小于50mm，斜板(管)长一般在1.0-1.2m左右；

2.斜板(管)的上层应有0.5-1.0m的水深，底部缓冲层高度为1.0m。斜板(管)下为废水分布区，一般高度不小于0.5m，布水区下部为污泥区；

3.池出水一般采用多排孔管集水，孔眼应在水面以下2cm处，防止漂浮物被带走；

4.废水在斜板(管)内流速视不同废水而定，如处理生活污水，流速为0.5-0.7mm/s。

5.斜板(管)与水平面呈60°角，斜管孔径一般为80-100mm。

式中：A——水表面积，m2；n——池数，个；q——表面负荷；Q——最大设计流量；0.91——斜板面积利用系数。

式中：D——圆形池直径，m。

式中：t——池内停留时间，min；

h2——斜板区上部的清水层高度，m，一般用0.7-1.0m；

h3——斜板的自身垂直高度，m，一般为0.866-1.0m。

9.污泥部分所需的容积V及污泥斗的容积V1均与其它沉淀池就算相同。

10.沉淀池总高：H=h1+h2+h3+h4+h5(m)

式中：h1——超高；h4——缓冲层高度；h5——污泥斗高度。

逆向流斜管沉淀池的水力计算可用分离粒径法：

式中：Q——沉淀池流量；A——斜管区水面面积；Af——斜管区总投影面积；

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。

三、结语

基于浅池理论设计的斜板(管)沉淀池，效果一般均较普通平流式沉淀池提高3-5倍，在生产实践过程中能取得较好的效果，尤其是对分散性颗粒的去除效果更为显著。对于斜板(管)沉淀池的研究应更加深入和广泛，提高其在水处理过程中的广泛应用，增加经济效益。