浅池理论分析斜板沉淀池的沉淀原理

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摘 要：斜板沉淀池是根据浅池理论发展而来的，是一种在沉淀池内装置许多间距较小的平行的倾斜薄板的沉淀池，效果一般均较普通平流式沉淀池提高3-5倍，因而它在生产

实践中取得了较好效果。特别是对散性颗粒的去除效果更为显著。关键词：浅池理论;斜板沉淀池

中图分类号：TU991.23文献标识码：A

给水处理的沉淀工艺是指在重力作用下，悬浮固体从水中分离的过程，原水经过投药、混合与反应过程，水中悬浮物存在形式变为较大的絮凝体，要在沉淀池中分离出来，以完成澄清的作用，混凝沉淀后出水浊度一般在10 度以下。

斜板沉淀池是根据浅池理论发展而来的，是一种在沉淀池内装置许多间距较小的平行的倾斜薄板的沉淀池。特点是沉淀效率高、池子容积小和占地面积小。斜板沉淀池沉淀时间短，故在运行中遇到水质、水量的变化时，应注意加强管理， 以保证达到要求的水质[1]。从改善沉淀池水力条件的角度分析，由于斜板的放入，沉淀池水力半径大大减小，从而使雷诺数大为降低，而弗劳德数则大大提高，因此，斜板沉淀池也满足水流的稳定性和层流的要求。从而提高沉淀效果。

一、浅池理论原理

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

而在沉淀池有效容积一定的条件下，增加沉淀面积，可使颗粒去除率提高。根据这一理论，过去曾经把普通平流式沉淀池改建成多层多格的池子，使沉淀面积增加。但由于排泥问题没有得到解决，因此无法推广。为解决排泥问题，斜板沉淀池发展起来，浅池理论才得到实际应用[2]。

二、斜板沉淀池的设计理论

（一） 斜板沉淀池的设计要点

斜板沉淀池水流方向主要有上向流、侧向流及下向流三种。见图 2-1所示。

图 3-1 斜板沉淀池水流方向示意

颗粒沉降速度μ:应根据水中颗粒情况通过实际试验测得；在无试验资料时可以参考已建类似沉淀设备的运转资料确定；一般混凝反应后的μ大致为0.3—0.6 mm/s.

有效系数η：为斜板沉淀池在实际生产运转中因受进水条件、斜板结构等影响而使沉淀效率降低的系数，根据资料介绍最小为0.2，一般在0.7-0.8之间。

倾斜角θ:根据斜板材料和颗粒情况而异，一般为了排泥方便常用倾斜角

50º--60º。

板距P：即两块斜板间的间距，侧向流斜板P一般采用50-150mm，常用100mm，下向流斜板P常用35mm。

板内流速V：上向流根据表面负荷计算；侧向流可参考相当于平流沉淀池的水平流速，一般为10-20mm；下向流时，可根据下向表面负荷计算。

（二） 斜板沉淀池的设计原理

按照水流方向与颗粒沉淀方向之间的相对关系，斜板沉淀池可分为：

侧向流斜板沉淀池，水流方向与颗粒沉淀方向互相垂直；

同向流斜板沉淀池，水流方向与颗粒沉淀方向相同；

逆向流斜板沉淀池，水流方向与颗粒沉淀方向相反；

其逆向流水力计算如下：

沉淀池水表面积：

A=

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

沉淀池平面尺寸

式中D——圆形池直径，m

池内停留时间

t=

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

斜板下缓冲层高

为了布水均匀并不会扰动下沉的污泥，h4一般采用1.0m

沉淀池的总高度

H=

式中H——总高度，m

h5——污泥斗高度，m

斜板沉淀池的优缺点和沉淀特点

（一） 斜板沉淀池的沉淀特点

根据平流式沉淀池去除分散性颗粒的沉淀原理，一个池子在一定的流量Q和一定的颗粒沉降速度μo的条件下，其沉淀效率E与池子的平面面积A成正比： E=μo/(Q/A)= μo*A/Q。为此，如在同一个池子中，按高度分成N个间隔，是水平面积增加为N倍，在理论上可以提高沉淀能力N倍（实际上由于各种其他因素的影响不不可能达到）。图3-1 (a)所示：将一个池子分成4个间隔后，使其有4倍的水池平面面积，则理论上池长可缩短至1/4或水平流速可增至4倍。

图3-1斜板沉淀示意

池子分成许多水平浅格后，虽可以提高沉淀效率，但增加排泥困难，为此将水平板改为斜板，见图3-1 (b)所示，一方面是水平投影面积增加，一方面积泥可以自动落入池底，便于排除。

增加许多平行斜板后，加大水池过水断面的湿周，同时减小水力半径，为此在同样的水平速度V时，可以大大降低雷诺数Re，从而减少水的紊动，促进沉淀。

加设斜板，是颗粒沉淀距离缩短，减少了沉淀时间。在沉清池的分离区中加设斜板，以提高出水效率，也取得了一定的效果。

（二） 斜板沉淀池的优缺点

斜板沉淀池，是一种在沉淀池内装置许多间隔较小的平行斜板的沉淀池，具有去除效率高，停留时间短，占地面积小等优点，故常用于已有的污水处理厂挖潜或扩大处理能力时采用；当受到污水处理厂占地面积的限制时，作为初次沉淀池用。

斜板沉淀池不宜于作为二次沉淀池，因为活性污泥的粘度较大，容易粘附在斜板上，影响沉淀效果甚至可能堵塞斜板。同时，在厌氧的情况下，经厌氧消化产生的气体上升时会干扰污泥的沉淀，并把板上脱落下来的污泥带至水面结成污泥层[3]。斜板沉淀池因沉淀时间短，故在运转中遇到水量、水质变化时，应加强注意管理。采用此类沉淀池时，还应注意絮凝的完善和排泥布置的合理等。

四、结语

在平流式沉淀池中或在原有平流式沉淀池中加斜板后，效果一般均较普通平流式沉淀池提高3-5倍，因而它在生产实践中取得了较好效果，特别是对分散性颗粒的去除效果更为显著。并且根据浅层沉降原理设计的斜板浓密或沉降设备，在国内外已成功应用和推广。

参考文献：

[1]上海市政工程设计院主编.给水排水设计手册[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2004年4月第二版，524,15-16

[2]严煦世，范瑾初. 给水工程[M]. 北京：中国建筑工业出版社，1999年12月第四版,304,21-24

[3]张自杰. 排水工程[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2000年6月第四版，93,28-33