斜管斜板填料沉淀池的结构及特点

斜管/斜板填料沉淀池的结构及特点

一、斜管沉淀池的原理及特点

根据浅池原理，在沉淀池有效容积一定的条件下。沉淀池面积越大，沉淀池的沉淀效率就越高，与沉淀时间没有关系；沉淀池越浅，沉淀时间就越短。斜管填料式沉淀池的沉淀区是由一系列平行的斜板或斜管把水流分隔成薄层，体现了浅池原理。

斜板斜管沉淀池的特点是:

(1)利用了层流原理，水流在板间或管内流动，水力半径很小，所以雷诺数较低，一般情况下，雷诺数Re在200左右，水流呈现层流状态，对沉淀极为有利，斜管内水流的弗劳德数约在1*10^-3~1*10^-4之间，水流呈稳定状态。

(2)增加了沉淀池的面积，使沉淀效率提高。当然，由于斜板的具体布置、进出水的影响及板或管内流态的影响等，处理能力不可能达到理论倍数。实际提高的沉淀效率与理论沉淀效率比称为有效系数。

(3)缩短了颗粒沉淀距离，使沉淀时间大大缩短。

(4)斜板或斜管填料内絮状颗粒的再凝聚，促进了颗粒进一步长大，提高了沉淀效率。

二、斜管填料沉淀池的结构

斜管斜板式沉淀池的结构与一般沉淀池相同，是由进口、沉淀区、出口与集泥区四个部分组成，只是在沉淀区设置有许多斜管或斜板。图3-16为斜管式沉淀池的典型结构。

在斜板斜管沉淀池中，按照水流流过斜板的方向，可分为上向流、下向流和平向流三种，如图3-17和图3-18所示。水流由下向上通过斜管或斜板，沉淀物由上向下，它们的方向正好相反，这种形式称作上向流(也称异向流)。水流向下通过斜管或斜板与沉淀。

物的流向相同，这种形式称作下向流(也称同向流)。水流以水平方向流动的方式，称为平向流(也称横向流，仅适用于斜板)。目前，电厂的水处理中多采用上向流，多以斜管作为组件组成斜管沉淀池。

1.进水区

水流从水平方向进入沉淀池，进水区主要有穿孔墙，缝隙墙和下向流斜管进水等形式，使水流在池宽方向上布水均匀，其要求和设计布置与平流式沉淀池相同。为了使上向流斜管均匀出水，需要在斜管以下保持一定的配水区高度，并使进口断面处的水流速度不大于0.02-0.05m/s。

2.斜板斜管的倾斜角

斜板与水平方向的夹角称为倾斜角，倾斜角a越小，截留速度u0越小，沉降效果越好，但为使污泥能自动滑下排泥通畅，a值不能太小，对上向流斜板、斜管沉淀池，a一般不小于55°-60°。对下向流斜板、斜管沉淀池因排泥比较容易，一般不小于30°-40°。3.斜板斜管的形状与材质

为了充分利用沉淀池的有限容积，斜板、斜管都设计成截面为密集形的几何图形，其中有正方形、长方形、正六边形和波纹形等。为了便于安装，一般将几个或几百个斜管组成一个整体，作为一个安装组件，然后在沉淀区安放几个或几十个这样的组件。

斜板斜管的材料要求轻质、坚牢、无毒、价廉。目前使用较多的有纸质蜂窝、薄塑料板等。蜂窝斜管可以用浸渍纸制成，并用酚醛树脂固化定形，一般做成正六边形，内切圆直径为25mm。塑料板一般用厚0.4mm的硬聚氯乙烯板热压成形。

4.斜板的长度与间距

斜板斜管的长度越长，沉降效率越高。但斜板斜管过长，制作和安装都比较困难，而且长度增加到一定程度后，再增加长度对沉降效率的提高却是有限的。如果长度过短，进口过渡段(进口过渡段指水流由斜管进口端的紊流过渡到层流的区段)长度所占的比例

增加，有效沉降区的长度相应减少，斜管过渡段的长度大约为100-200mm。

根据经验，上向流斜板长度一般为0.8-1.0m，不宜小于0.5m，下向流为2.5m左右。在截面速度不变的情况下，斜板间距或管径越小，管内流速越大，表面负荷也就越高，因此池体体积可以相应减少，但斜板间距或管径过小，加工困难，而且易于堵塞。目前在给水处理中采用的上向流沉淀池，斜板间距或管径大致为50-150mm，下向流斜板沉淀池的斜板间距为35mm。

5.出水区

为了保证斜板斜管出水均匀，出水这中集水装置的布置也很重要。集水装置由集水支管和集水总渠组成。集水支槽有带孔眼的集水槽、三角锯齿堰、薄型堰和穿孔管等形式。斜管出口到集水孔的高度(即清水区高度)与集水支管之间的间距有关，应满足下式：

h≥√3/2L

式中：h为清水区高度，m；L为集水支管之间的间距，M。一般L的值为1.2-1.8m，所以h为1.0-1.5m。

6.颗粒的沉降速度u0

斜板间内的水流速度与平流式沉淀池的水平流速基本相当，一般为10-20mm/s。当采用混凝处理时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为例，分析沉淀区斜管尺寸问题，下向流斜管斜板沉淀池原理与此相同，不多叙述。

为了分析方便，取上向流斜管为矩形，斜管的纵剖面如

图3-19所示，设斜管的倾斜角为a，斜管的长度为A，断面高度为d，宽为w，斜管内水流平均流速为v，颗粒的沉降速度为u0。

设固体颗粒从斜管的A点进入到达B点沉于管底，该颗粒的沉降速度既为它的截留速度。

按图3-19中所画的几何关系，以u0及v为两边所构成的三角形和以d/cosa及

(L+d/sinacosa)为两边的三角形是相似的，所以得下列比例关系:v/u0=L+d/sinacosa/d/cosa 由上式可以推导出沉淀单元长度:L=(v/u0-1/sina)d/cosa

沉淀单元的断面面积为dw，则单元所通过的流量q应为:q=vdw

由上式解出v代入式，得出q和u0的下列关系：

q=dwu0(Lcosa/d+1/sina)=u0(Lwcosa+dw/sina)

上式中Lw实际是沉淀单元顶边的面积，Lwcosa是这个面积在水平方向的投影，可以用Af来表示。Af可以看作是为整个沉淀单元外壁的面积在水平方向的投影(设壁厚为零，所以两侧壁的水平投影面积为零)。dw是沉淀单元的断面面积，dw/sina表示这个面积在水平方向的投影，可用A代表，A同样解释为断面的投影面积。这样上式可改写成简单形式:q=u0(Af+A)

上式所代表的物理意义可结合图3-20来理解，图中画出一个斜管单元的总投影面积(Af+A)。这个斜管单元的表面负荷应表示为:

表面负荷=q/A=vdw/A=u0(Af+A)/A

上式是对斜管沉淀池优于平流沉淀池的具体说明:在平流沉淀池中，表面负荷仅为u0，斜管沉淀的表面负荷为它的(Af+A)/A倍。相当于斜管把沉淀区的面积A变成(Af+A)来利用。因此，当倾角越小，即(Af+A)越大，斜管的效率越高，但为了沉泥的下滑，倾角不能太小。