浅池理论分析斜管沉淀池的沉淀原理

近几年来城市给水事业蓬勃发展，由浅池理论原理发展形成的斜管沉淀池也获得较为广泛的应用。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**座生产性的上向流斜管沉淀池正式投入使用。随着理论研究的不断深入和生产实践的不断总结积累，斜管沉淀技术正在不断发展。

　　1. 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/ u0。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。

　　2. 斜管沉淀池设计原理

　　为了创造理想的层流条件，提高去除率，需要控制雷偌数Re=,斜管由于湿周p长，故Re可控制在200以下。远小于层流界限500。又从佛劳德数Fr=可知，由于P长，W小，Fr数可达10-3-10-4。

　　异向流斜管沉淀池的水力计算可归纳为如下三种：

　　2.1分离粒径法：

　　可分离颗粒的粒径dp可表示为：

　　

　　若用可分离颗粒沉速us来表示，则：

　　

　　式中:Q—沉淀池流量

　　A—斜管区水面面积

　　Af—斜管总投影面积

　　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

　　2.2 特性系数法

　　按照沉淀**不理的端面所求得的可分离沉速usc与us关系为：usc＝us，s为一常数。S值被称为斜管的特性参数，虽断面形状而定。

　　2.3加速沉淀法

　　考虑到颗粒沉淀过程中的絮凝因素，假设颗粒的沉速以等加速改变，并设起始沉速为零。结合考虑管内的流速分部，则斜管长度为：

　　 -d*tgθ

　　式中a为颗粒沉速变化的加速度，即a=du/dt

　　上诉三种方法，各有不足之处，在目前还没有更完善的斜管沉淀池计算方法之前，认为分离粒径可作为斜管沉淀计算的出发点。

　

　3. 斜管沉淀池的流态设计

　　对斜管沉淀池进行设计需要以下参数：

　　3.1截留速度

　　斜管沉淀池在布置方面的差别，将影响设计截留速度值的取用。一般规模较大的斜管沉淀池，由于其进水分配和出水收集不容易保证均匀。而设计时宜选用指标低于规模较小的斜管沉淀池。目前在异向流斜管沉淀池设计中，截留速度一般为0.15-0.40mm/s。

　　3.2管径与管距

　　 目前国内异向流斜管沉淀池的断面几乎采用正六角行，一般用内切直径作为管径。目前用于给水处理的异向流斜管沉淀池的管径为25-35mm.

　　3.3斜管长度

　　斜管长度一般不宜小于50cm，斜管的长度取决于斜管的加工和沉淀池的池深。

　　3.4倾角

　　异向流倾角需要保持45-600

　　3.5上升流速或表面符合率

　　异向流流速8.3-14mm/s.

　　3.6雷偌数（Re）

　　一般平流式沉淀池中的雷偌数（Re）常在104上，而水流属于紊流。斜管沉淀池则由于湿周增加，水力半径降低，而雷偌数（Re）明显减少，以致完全有条件控制在层流条件下（Re数小于500）。

　　3.7佛劳德数

　　在平流式沉淀池中，Fr值大致为10-5的数量级。斜管沉淀池由于水力半径减少和水流速度提高的提高，Fr数一般在10-3-10-4 的范围内，因而水流稳定性明显增加。

　　4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。特别湿对散性颗粒的去除效果更为显著。

　　 参考文献

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　　张希衡.水污染控制工程.北京：冶金工业出版社，2002

　　严洵世.给水工程. 北京：中国建筑工业出版社，1995

　　上海市政设计院.给水排水设计手册（第三册城市给水）. 北京：中国建筑工业出版社，1985