平流式沉淀池工作原理[一類建資]

1、平流式斜管沉淀池的工作原理平流式沉淀池應(yīng)用很廣，特別是在采用地面水源的電廠中常被采用。一、平流池的結(jié)構(gòu)平流式蜂窩斜管填料沉淀池為矩形水池，基本組成如圖3-5所示。上部為沉淀區(qū)，下部為污泥區(qū)，池前部有進(jìn)水區(qū)，池后部有出水區(qū)。添加混凝劑后的原水流入沉淀池，沿進(jìn)水區(qū)整個(gè)截面均勻分配進(jìn)入沉淀區(qū)，然后緩慢地流向出口區(qū)。水中的顆粒沉于池底，沉積的污泥連續(xù)或定期排出池外。1. 進(jìn)水區(qū)通過混凝處理后的水先進(jìn)入沉淀池的進(jìn)水區(qū)，進(jìn)水區(qū)內(nèi)設(shè)有配水渠和穿孔墻，如圖3-6所示。配水渠墻上配水孔的作用是使進(jìn)水均勻分布在整個(gè)池子的寬度上，穿孔墻的作用是讓水均勻分布在整個(gè)池子的斷面上。為了保證穿孔墻的均勻布水作用，穿孔墻的開

2、孔率應(yīng)為斷面面積的6%-8%，孔徑為125mm左右。配水孔沿水流方向做成喇叭狀，孔口流速在0.2-0.3m/s以內(nèi)，最上一排孔淹沒在水面下12-15cm處，最下一排孔距污泥區(qū)以上0.3-0.5m處，以免將已沉降的污泥再?zèng)_起來。2. 沉淀區(qū)沉淀區(qū)是沉淀池的核心，作用是完成固體顆粒與水的分離。在沉淀區(qū)固體顆粒以水平流速-v和沉降速度u的合成速度，一邊向前行進(jìn)一邊向下沉降。3. 出水區(qū)出水區(qū)的作用是均勻收集經(jīng)斜管填料沉淀區(qū)沉降后的出水，使其進(jìn)入出水渠后流出池外。為保證在整個(gè)沉淀池寬度上均勻集水和不讓水流將已沉到池底的懸浮固體帶出池外，必須合理設(shè)計(jì)出水渠的進(jìn)水結(jié)構(gòu)。圖3-7給出三種結(jié)構(gòu)。圖3-7(a)

3、為溢流堰式，這種形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但堰頂必須水平才能保證出水均勻。圖3-7(b)為鋸齒三角堰式，為保證整個(gè)堰口的流量相等，鋸齒堰應(yīng)該用薄壁材料制作，堰頂要在同一個(gè)水平線上，圖3-7(c)為淹沒孔口式，在出水渠內(nèi)墻上均勻布孔，保證每個(gè)小孔流量相等。4. 存泥區(qū)和排泥措施沉淀池排泥方式有靜水壓力斗形底排泥和機(jī)械排泥等。靜水壓力法。利用池內(nèi)的靜水位，將污泥排出池外，見圖3-8。排泥管1插入污泥斗，上端伸出水面與大氣相通。靜水壓力H(m)。為了使池底污泥能滑入污泥斗，池底有i=0.01-0.02的坡度，也可采用多斗式平流沉淀池，以減小深度，見圖3-9。機(jī)械排泥法。鏈帶式刮泥機(jī)見圖3-10，鏈帶裝有刮板，沿

4、池底緩慢移動(dòng)，速度1m/min，把沉泥級(jí)級(jí)推入污泥斗，當(dāng)鏈帶刮板轉(zhuǎn)到水面時(shí)，又可將浮渣推向流出擋板處的浮渣槽。行走小車刮泥裝置見圖3-11，小車沿池壁頂?shù)膶?dǎo)軌往返行走，刮板將沉泥刮入污泥斗，浮渣刮入浮渣槽。由于整套刮泥機(jī)都在水面上，不易腐蝕，易于維修。被刮入污泥斗的沉泥，可用靜水壓力法或螺旋泵排出池外。二、理想沉淀池平流式蜂窩斜管填料沉淀池在運(yùn)行時(shí)，水流受到池身構(gòu)造和進(jìn)口處水流慣性、出口處束流、風(fēng)吹池面、水質(zhì)的濃差和溫差等影響，使顆粒沉淀復(fù)雜化。為了便于討論，先從理想沉淀池出發(fā)，然后討論實(shí)際沉淀池。所謂理想沉淀池，應(yīng)符合以下三個(gè)假定：(1)顆粒處于自由沉淀狀態(tài)。在沉淀過程中，顆粒之間互不干擾，

5、顆較的大小、形狀和密度不變。因此顆粒的沉速始終不變。(2)水流沿水平方向流動(dòng)，在過水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)流速相等，在流動(dòng)過程中流速始終不變。(3)顆粒沉到池底即認(rèn)為已被去除，不再返回水流中。三、離散顆粒在理想沉淀池中的沉淀過程分析1. 水平流速按照上述假定，理想沉淀池的工作情況見圖3-12。原水進(jìn)入沉淀池，在進(jìn)水區(qū)被均勻分配在AB截面上，水平流速為：v=Q/h0B式中：v為水平流速，m/s；Q為流量，m3/s；h0為水流截面AB的高度，m；B為水流截面AB的寬度，M。2. 截留速度和表面負(fù)荷截流速度。如圖3-12所示，直線I代表從池頂A點(diǎn)開始下沉而能夠在池底最遠(yuǎn)處B點(diǎn)之前沉到池底的顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡。直線I

6、I代表從池頂A開始下沉不能沉到池底的顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡。直線III代表一種顆粒從池頂A開始下沉而剛好沉到池底最遠(yuǎn)處B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。設(shè)沉淀池的水平流速為v，按直線III運(yùn)動(dòng)的顆粒的相應(yīng)沉速為v0，于是凡是沉速大于v0的一切顆粒都可以沿著類似直線I的方式沉到池底。凡是沉速小于v0的顆粒，如從池頂A點(diǎn)開始下沉，肯定不能沉到池底而沿著類似直線II的方式被帶出池外。可以看出，直線III所代表的顆粒沉速v0具有特殊的意義，稱為“截留速度”或“截留沉速”。“截留速度”實(shí)際上反映了沉淀池所能全部去除的顆粒中的最小顆粒的沉速。因?yàn)榉彩浅了俚扔诨虼笥诔了賤0的顆粒能夠全部被沉掉。對(duì)于直線III所代表的一類顆粒，流速v

7、和v0都與沉淀時(shí)間t有關(guān)：t=L/v t=h0/u0式中：L為沉淀區(qū)的長(zhǎng)度，m；h0為沉淀區(qū)的水深，m；t為水在沉淀區(qū)中的停留時(shí)間，S；u0為顆粒的截留速度，m/s；v為水平流速，m/s。令以上兩式相等，并以式(3-12)代入，整理得截流速度u0：u0=Q/LB=Q/A式中：A為沉淀池水面的表面積。表面負(fù)荷q。沉淀區(qū)單位表面積在單位時(shí)間所通過的流量定義為沉淀池的表面負(fù)荷(q)，表面負(fù)荷的單位為m3/(m2h)。由此可見，截留速度在數(shù)值上等于表面負(fù)荷，但含義不同：截留沉速代表自池頂A點(diǎn)開始下沉所能全部去除的顆粒中的最小顆粒的沉速，表面負(fù)荷則表示沉淀區(qū)的單位表面積在單位時(shí)間所通過的流量。3. 沉淀

8、效率為了求得沉淀池總的沉淀效率，先討論某一特定顆粒即具有沉速vi的顆粒的去除百分比Pi。應(yīng)該指出，這個(gè)特定顆粒的沉速，必定小于截留沉速u0，因大于u0的顆粒將全部下沉，不必討論。去除率Pi的關(guān)系推導(dǎo)如下。沉速ui小于截留沉速u0的顆粒，如從池頂A點(diǎn)下沉，將沿著直線II前進(jìn)而不能沉到池底。如果引一條平行于直線II而交于B的直線mB，從圖3-12可見，只有位于池底以上hi高度內(nèi)，也即處于m點(diǎn)以下的這種顆粒才能全部沉到池底。設(shè)原水中這類顆粒的濃度為c，沿著進(jìn)水區(qū)的高度為h0的截面進(jìn)入的這種顆粒的總量為Qc=h0Bc，沿著m點(diǎn)以下的高度為hi的截面進(jìn)入的這種顆粒的數(shù)量為hiBc，則沉速為ui的顆粒的去

9、除率pi應(yīng)為：Pi=hiBvc/h0Bvc=hi/h0另外從三角形ABB和三角形Abb的相似關(guān)系可得：h0/u0=L/v 即：h0=Lu0/v 同理得：hi=Lui/v將上式代入，得到該顆粒的去除率為：Pi=ui/u0將u0=Q/A代入上式得：Pi=uiA/Q=ui/q由式可知：懸浮顆粒在理想沉淀池中的去除率只與沉淀池的表面負(fù)荷有關(guān)，而與其他因素如水深、池長(zhǎng)、水平流速和沉淀時(shí)間均無關(guān)。這就是著名的哈真(Hazen)理論，對(duì)沉淀技術(shù)的發(fā)展起了很大的作用。公式反映以下兩個(gè)問題：(1)當(dāng)去除率一定時(shí)，顆粒沉速ui越大表面負(fù)荷也越高，即產(chǎn)水量越大。或者當(dāng)產(chǎn)水量和表面積不變時(shí)，ui越大則去除率Pi越高。顆粒沉速ui的大小與凝聚效果有關(guān)。(2)顆粒沉速ui一定時(shí)，增加沉淀池表面積可以提高去除率。當(dāng)沉淀池容積一定時(shí)，池身淺些則表面積大些，去除率可以高些，這就是“淺池理論”，斜板、斜管沉淀池就是基于該理論發(fā)展起來的。實(shí)際上，原水中沉速小于v0的顆粒眾多，這些不同的顆粒的總?cè)コ蔖是各種顆粒去除率的總和。故理想沉淀池總的去除率P為：P=(1-P0)+p00 ui/u0 dPi式中：P0為沉速小于截留速度u0的顆粒占全部顆粒的質(zhì)量百分