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斜闆沉澱池的設計原理



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  斜闆沉澱池是根據淺池理論發展而来的,是一種在沉澱池内裝置許多間距較小的平行的傾斜薄闆的沉澱池,效果一般均較普通平流式沉澱池提高3-5倍,因而它在生産 實踐中取得了較好效果。特别是對散性顆粒的去除效果更为顯著。

  前言:斜闆沉澱池是根據淺池理論發展而来的,是一種在沉澱池内裝置許多間距較小的平行的傾斜薄闆的沉澱池。特點是沉澱效率高、池子容積小和占地面積小。斜闆沉澱池沉澱時間短,故在運行中遇到水質、水量的變化時,應注意加強管理, 以保證达到要求的水質[1]。從改善沉澱池水力條件的角度分析,由于斜闆的放入,沉澱池水力半徑大大減小,從而使雷諾數大为降低,而弗勞德數則大大提高,因此,斜闆沉澱池也滿足水流的穩定性和層流的要求。從而提高沉澱效果。給水處理的沉澱工藝是指在重力作用下,懸浮固體從水中分離的過程,原水经過投藥、混合與反應過程,水中懸浮物存在形式變为較大的絮凝體,要在沉澱池中分離出来,以完成澄清的作用,混凝沉澱後出水濁度一般在10 度以下。

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  淺池理論原理

  設斜管沉澱池池長为L,池中水平流速为V,顆粒沉速为u0,在理想狀态下,L/H=V/ u。可見L與V值不變時,池身越淺,可被去除的懸浮物顆粒越小。若用水平隔闆,将H分成3層,每層層深为H/3,在u。與v不變的條件下,隻需L/3,就可以将u。的顆粒去除。也即總容積可減少到原来的1/3。如果池長不變,由于池深为H/3,則水平流速可正加的3V,仍能将沉速为u。的顆粒除去,也即處理能力提高倍。同時将沉澱池分成n層就可以把處理能力提高n倍。这就是20世紀初,哈真(Hazen)提出的淺池理論。

  而在沉澱池有效容積一定的條件下,增加沉澱面積,可使顆粒去除率提高。根據这一理論,過去曾经把普通平流式沉澱池改建成多層多格的池子,使沉澱面積增加。但由于排泥問題沒有得到解決,因此無法推廣。为解決排泥問題,斜闆沉澱池發展起来,淺池理論才得到實際應用。

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  斜闆沉澱池的設計原理

  按照水流方向與顆粒沉澱方向之間的相對關系,斜闆沉澱池可分为:

  同向流斜闆沉澱池,水流方向與顆粒沉澱方向相同;

  異向流斜闆沉澱池,水流方向與顆粒沉澱方向互相垂直;

  雙向流斜闆沉澱池,水流方向與顆粒沉澱方向相反;

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  同向流斜闆沉澱池

  同向流斜闆沉澱池與絮體沉降方向相垂直,水流流动方向和絮體下滑方向一致,这樣一旦水流過大就會影響絮體下沉。因此,同向流斜闆沉澱池的表面負荷可以設計的很大。但由于存在闆間積泥、集配水不勻均、不能很好的解決泥水分離問題、清水不能有效收集、清水集水管常常被堵塞等問題,同向流斜闆沉澱池在實際工程中采用較少。

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  側向流斜闆沉澱池

  側向流斜闆沉澱池進、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,側向流斜闆沉澱池還适于平流沉澱池的改造。

  當沉澱池池深比較大時,为使斜闆單體不至于過高而難以制作和安裝,往往在沉澱池内沿豎直方向設置多層斜闆,这樣,在斜闆與斜闆交界處的水流就很不穩定。而且,上層斜闆上沉澱下来的絮體在下滑到下層斜闆的過程中再次處于懸浮狀态,有可能被水流攪起而被帶出沉澱池。这種現象越往下越明顯,往往到了沉澱池底部會出現嚴重的泥水混雜現象,對出水和排泥都産生不利影響。

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  異向流斜闆沉澱池

  为解決側向流斜闆沉澱池的排泥問題,又有人提出一種新的側向流斜闆沉澱池形式——異向流斜闆沉澱池。

  在沉澱池内設置異向流斜闆沉澱裝置,該裝置为多層折疊式斜闆單元,兩端緊密連接兩個沉泥槽。錯層折疊式斜闆單元为單片折疊式斜闆在垂直方向上按照相同中心軸、相同間距組合而成。

  水流從斜闆中間水平流過,水中的絮體顆粒沉積到斜闆上,當絮體沉積到一定程度後會沿斜闆下滑到沉泥槽,经由沉泥槽自由下沉到沉澱池底部的泥鬥。本沉澱池通過多層折疊式斜闆單元和沉泥槽的設置,将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,出水和沉泥互不幹擾,而絮體一旦沉到泥鬥就處于一個十分穩定的環境。

  異向斜闆沉澱池很好地解決了排泥問題,并且具有沉澱效率高、沉泥環境好,水頭損失小、适于平流沉澱池的改造等優點,對原水濁度變化有很廣泛的适用範圍,具有很強的實用性。

  異向流斜管沉澱池的水力計算大致概括为以下三種:

斜闆

  (1)分離粒徑法

  可分離顆粒的粒徑dp可表示为:

  若用可分離顆粒沉速us来表示,則:

  式中:Q—沉澱池流量

  A—斜管區水面面積

  Af—斜管總投影面積

  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

  (2) 特性系數法

  按照沉澱不理的端面所求得的可分離沉速usc與us關系为:usc=us,s为一常數。S值被稱为斜管的特性參數,雖斷面形狀而定。

  (3)加速沉澱法

  考慮到顆粒沉澱過程中的絮凝因素,假設顆粒的沉速以等加速改變,并設起始沉速为零。結合考慮管内的流速分部,則斜管長度为:

  式中a为顆粒沉速變化的加速度,即a=du/dt

  上訴三種方法,各有不足之處,在目前還沒有更完善的斜管沉澱池計算方法之前,認为分離粒徑可作为斜管沉澱計算的出發點。

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  斜闆沉澱池的沉澱特點

  根據平流式沉澱池去除分散性顆粒的沉澱原理,一個池子在一定的流量Q和一定的顆粒沉降速度μo的條件下,其沉澱效率E與池子的平面面積A成正比: E=μo/(Q/A)= μo*A/Q。为此,如在同一個池子中,按高度分成N個間隔,是水平面積增加为N倍,在理論上可以提高沉澱能力N倍(實際上由于各種其他因素的影響不不可能达到)。圖3-1 (a)所示:将一個池子分成4個間隔後,使其有4倍的水池平面面積,則理論上池長可縮短至1/4或水平流速可增至4倍。

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  斜闆沉澱池的優缺點

  斜闆沉澱池,是一種在沉澱池内裝置許多間隔較小的平行斜闆的沉澱池,具有去除效率高,停留時間短,占地面積小等優點,故常用于已有的污水處理廠挖潛或擴大處理能力時采用;當受到污水處理廠占地面積的限制時,作为初次沉澱池用。

  斜闆沉澱池不宜于作为二次沉澱池,因为活性污泥的粘度較大,容易粘附在斜闆上,影響沉澱效果甚至可能堵塞斜闆。同時,在厭氧的情況下,经厭氧消化産生的氣體上升時會幹擾污泥的沉澱,并把闆上脫落下来的污泥帶至水面結成污泥層。斜闆沉澱池因沉澱時間短,故在運轉中遇到水量、水質變化時,應加強注意管理。采用此類沉澱池時,還應注意絮凝的完善和排泥布置的合理等。

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  結語

  在平流式沉澱池中或在原有平流式沉澱池中加斜闆後,效果一般均較普通平流式沉澱池提高3-5倍,因而它在生産實踐中取得了較好效果,特别是對分散性顆粒的去除效果更为顯著。并且根據淺層沉降原理設計的斜闆濃密或沉降設備,在國内外已成功應用和推廣。