斜管沉淀原理

圖2-18斜板斜管沉淀池1一如冰精42—拖流墻，3—斜板，斛鑼體，4-淹沒(méi)孔口］

日一集形槽E-污泥斗J7一穿孔排泥管J8—阻流板L排泥口DN150癢注百L排泥口DN150癢注百W酒廚至???DN60C1己叫口斜管/斜板填料沉淀池的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)斜管沉淀池的原理及特點(diǎn)根據(jù)淺池原理，在沉淀池有效容積一定的條件下。沉淀池面積越大，沉淀池的沉淀效率就越高，與沉淀時(shí)間沒(méi)有關(guān)系；沉淀池越淺，沉淀時(shí)間就越短。斜管填料式淀池的沉淀區(qū)是由一系列平行的斜板或斜管把水流分隔成薄層，體現(xiàn)了淺池原理。斜板斜管沉淀池的特點(diǎn)是：利用了層流原理，水流在板間或管內(nèi)流動(dòng)，水力半徑很小，所以雷諾數(shù)較低，一般情況下，雷諾數(shù)Re在200左右，水流呈現(xiàn)層流狀態(tài)，對(duì)沉淀極為有利，斜管內(nèi)水流的弗勞德數(shù)約在1*10'3?1*10'4之間，水流呈穩(wěn)定狀態(tài)。增加了沉淀池的面積，使沉淀效率提高。當(dāng)然，由于斜板的具體布置、進(jìn)出水的影響及板或管內(nèi)流態(tài)的影響等，處理能力不可能達(dá)到理論倍數(shù)。實(shí)際提高的沉淀效率與理論沉淀效率比稱(chēng)為有效系數(shù)?？s短了顆粒沉淀距離，使沉淀時(shí)間大大縮短。斜板或斜管填料內(nèi)絮狀顆粒的再凝聚，促進(jìn)了顆粒進(jìn)一步長(zhǎng)大，提高了沉淀效率。二、斜管填料沉淀池的結(jié)構(gòu)圖$-16斜管丈誼淀熊的靖拖圖3-17斜管斜柝沉淀池水流的方向上向流「《址下向流.（c＞平向流斜管斜板式沉淀池的結(jié)構(gòu)與一般沉淀池相同，是由進(jìn)口、沉淀區(qū)、出口與集泥區(qū)四個(gè)部分組成，只是在沉淀區(qū)設(shè)置有許多斜管或斜板。圖3-16為斜管式沉淀池的典型結(jié)構(gòu)。在斜板斜管沉淀池中，按照水流流過(guò)斜板的方向，可分為上向流、下向流和平向流三種，如圖3-17和圖3-18所示。水流由下向上通過(guò)斜管或斜板，沉淀物由上向下，它們的方向正好相反，這種形式稱(chēng)作上向流（也稱(chēng)異向流）。水流向下通過(guò)斜管或斜板與沉淀物的流向相同，這種形式稱(chēng)作下向流（也稱(chēng)同向流）。水流以水平方向流動(dòng)的方式，稱(chēng)為平向流（也稱(chēng)橫向流，僅適用于斜板）。目前，電廠的水處理中多采用上向流，多以斜管作為組件組成斜管沉淀池。1.進(jìn)水區(qū)水流從水平方向進(jìn)入沉淀池，進(jìn)水區(qū)主要有穿孔墻，縫隙墻和下向流斜管進(jìn)水等形式，使水流在池寬方向上布水均勻，其要求和設(shè)計(jì)布置與平流式沉淀池相同。為了使上向流斜管均勻出水，需要在斜管以下保持一定的配水區(qū)高度，并使進(jìn)口斷面處的水流速度不大于0.02-0.05m/s。斜板斜管的傾斜角斜板與水平方向的夾角稱(chēng)為傾斜角，傾斜角a越小，截留速度u0越小，沉降效果越好，但為使污泥能自動(dòng)滑下排泥通暢，a值不能太小，對(duì)上向流斜板、斜管沉淀池，a一般不小于55°-60°。對(duì)下向流斜板、斜管沉淀池因排泥比較容易，一般不小于30°-40°。斜板斜管的形狀與材質(zhì)為了充分利用沉淀池的有限容積，斜板、斜管都設(shè)計(jì)成截面為密集形的幾何圖形，其中有正方形、長(zhǎng)方形、正六邊形和波紋形等。為了便于安裝，一般將幾個(gè)或幾百個(gè)斜管組成一個(gè)整體，作為一個(gè)安裝組件，然后在沉淀區(qū)安放幾個(gè)或幾十個(gè)這樣的組件。斜板斜管的材料要求輕質(zhì)、堅(jiān)牢、無(wú)毒、價(jià)廉。目前使用較多的有紙質(zhì)蜂窩、薄塑料板等。蜂窩斜管可以用浸漬紙制成，并用酚醛樹(shù)脂固化定形，一般做成正六邊形，內(nèi)切圓直徑為25mm。塑料板一般用厚0.4mm的硬聚氯乙烯板熱壓成形。斜板的長(zhǎng)度與間距斜板斜管的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，沉降效率越高。但斜板斜管過(guò)長(zhǎng)，制作和安裝都比較困難，而且長(zhǎng)度增加到一定程度后，再增加長(zhǎng)度對(duì)沉降效率的提高卻是有限的。如果長(zhǎng)度過(guò)短，進(jìn)口過(guò)渡段（進(jìn)口過(guò)渡段指水流由斜管進(jìn)口端的紊流過(guò)渡到層流的區(qū)段）長(zhǎng)度所占的比例增加，有效沉降區(qū)的長(zhǎng)度相應(yīng)減少，斜管過(guò)渡段的長(zhǎng)度大約為100-200mm。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，上向流斜板長(zhǎng)度一般為0.8-1.0m,不宜小于0.5m,下向流為2.5m左右。TOC\o"1-5"\h\z在截面速度不變的情況下，斜板間距或管徑越小，管內(nèi)流速越大，表面負(fù)荷也就越高，因此池體體積可以相應(yīng)減少，但斜板間距或管徑過(guò)小，加工困難，而且易于堵塞。目前在給水處理中采用的上向流沉淀池，斜板間距或管徑大致 ..'為50-150mm，下向流斜板沉淀池的斜板間距為35mm。 ’寧出水區(qū) 『- 『為了保證斜板斜管出水均勻，出水這中集水裝置的布置 ..'也很重要。集水裝置由集水支管和集水總渠組成。集水支槽 ■/ ,/'有帶孔眼的集水槽、三角鋸齒堰、薄型堰和穿孔管等形式。 /斜管出口到集水孔的高度(即清水區(qū)高度)與集水支管之間t岬匕乏的間距有關(guān)，應(yīng)滿足下式：hN"3/2L :j/式中：h為清水區(qū)高度，m；L為集水支管之間的間距， 圖3-19 I口］fflL斜官M(fèi)。一般L的值為1.2-1.8m，所以h為1.0-1.5m。 :"顆粒的沉降速度u0斜板間內(nèi)的水流速度與平流式沉淀池的水平流速基本相當(dāng)，一般為10-20mm/s。當(dāng)采用混凝處理時(shí)u0=0.3-0.6mm/s。三、上向流斜管沉淀池的沉降分析以上向流斜管沉淀池為例，分析沉淀區(qū)斜管尺寸問(wèn)題，下向流斜管斜板沉淀池原理與此相同，不多敘述。為了分析方便，取上向流斜管為矩形，斜管的縱剖面如圖3-19所示，設(shè)斜管的傾斜角為a，斜管的長(zhǎng)度為A，斷面高度為d，寬為w，斜管內(nèi)水流平均流速為v，顆粒的沉降速度為u0。設(shè)固體顆粒從斜管的A點(diǎn)進(jìn)入到達(dá)B點(diǎn)沉于管底，該顆粒的沉降速度既為它的截留速度。按圖3-19中所畫(huà)的幾何關(guān)系，以u(píng)0及v為兩邊所構(gòu)成的三角形和以d/cosa及(L+d/sinacosa)為兩邊的三角形是相似的，所以得下列比例關(guān)系：v/u0=L+d/sinacosa/d/cosa由上式可以推導(dǎo)出沉淀單元長(zhǎng)度:L=(v/u0-1/sina)d/cosa沉淀單元的斷面面積為dw,則單元所通過(guò)的流量q應(yīng)為:q=vdw由上式解出v代入式，得出q和U0的下列關(guān)系：q=dwu0(Lcosa/d+1/sina)=u0(Lwcosa+dw/sina)上式中Lw實(shí)際是沉淀單元頂邊的面積，Lwcosa是這個(gè)面積在水平方向的投影，可以用Af來(lái)表示。Af可以看作是為整個(gè)沉淀單元外壁的面積在水平方向的投影(設(shè)壁厚為零，所以?xún)蓚?cè)壁的水平投影面積為零)。dw是沉淀單元的斷面面積，dw/sina表示這個(gè)面積在水平方向的投影，可用A代表，A同樣解釋為斷面的投影面積。這樣上式可改寫(xiě)成簡(jiǎn)單形式:q=u0(Af+A)上式所代表的物理意義可結(jié)合圖3-20來(lái)理解，圖中畫(huà)出一個(gè)斜管單元的總投影面積(Af+A)。這個(gè)斜管單元的表面負(fù)荷應(yīng)表示為：表面負(fù)荷二q/A二vdw/A=u0(Af+A)/A上式是對(duì)斜管沉淀池優(yōu)于平流沉淀池的具體說(shuō)明:在平流沉淀池中，表面負(fù)荷僅為u0，斜管沉淀的表面負(fù)荷為它的(Af+A)/A倍。相當(dāng)于斜管把沉淀區(qū)的面積A變成(Af+A)來(lái)利用。因此，當(dāng)傾角越小，即(Af+A)越大，斜管的效率越高，但為了沉泥的下滑，傾角不能太小。四、斜管沉淀池的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)當(dāng)選用現(xiàn)成斜管組件產(chǎn)品時(shí)，由于沉淀單元的長(zhǎng)度L、內(nèi)徑d和傾角a已確定。因此，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)表3-2的斜板斜管經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和沉淀物的下滑速度選用。上向流和下向流斜板斜管經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表3-2項(xiàng)目斜板斜管流速v(mm/s)沉降速度u0(mm/s)斜板斜管傾斜角a(°)斜板斜管長(zhǎng)度(m)斜板斜管斷面高度d(m)上向流斜管2-40.3-0.655-601.0-1.225-35上向流斜板3-40.