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,沉淀池的沉淀效率越高,与沉淀时间无关;沉淀池越浅,沉淀时间越短。斜管填料沉淀池的沉淀区由一系列平行斜板或斜管划分为薄层,体现了浅池原理。斜板斜管沉淀池的特点如下:(1)利用层流原理,水在板间或管内流动,水力半径很小,雷诺数低。一般来说,雷诺数Re约为200,水流呈层流状态,这对沉淀非常有利。倾斜管内水流的弗劳德数约为1*10^-3~1*10^-4,水流稳定。(2)增加沉淀池面积,提高沉淀效率。由于斜板的布置,不可能达到斜板进出水的理论倍数。实际降水效率与理论降水效率之比称为有效系数。(3)缩短颗粒的沉淀距离,大大缩短沉淀时间。(4)絮凝颗粒在斜板或斜管填料中的再凝聚促进了颗粒的进一步生长,提高了沉淀效率。
斜管斜板沉淀池的结构与普通沉淀池相同。它由入口、沉淀区、出口和污泥收集区组成,但沉淀区内有许多斜管或斜板。在斜板斜管沉淀池中,根据水流通过斜板的方向,可分为上流、下流和平流,如图2所示。水流通过斜管或斜板自下而上流动,泥沙自上而下流动。他们的方向正好相反。这种形式被称为向上流动(也称为反向流动)。水通过斜管或斜板向下流动并沉淀。物体的流动方向是相同的。这种形式被称为向下流动(也称为各向同性流动)。水平方向的水流称为水平流(也称为横流,仅适用于倾斜板)。1.进水区水流从水平方向进入沉淀池。进水区主要采用穿孔墙、缝隙墙和下斜管的形式,使水流在水箱宽度方向上均匀分布。其要求和设计布置与平流沉淀池相同。为使上流斜管均匀排水,斜管下方需保持一定的配水区域高度,进水段流速不大于0.02-0.05m/s。2.斜板与斜管的夹角斜板与水平方向的夹角称为倾角。倾角a越小,拦截速度U0越小,沉降效果越好。然而,为了使污泥自动下滑并顺利排放,a值不应太小。上流斜板斜管沉淀池a一般不小于55°-60°。对于下流斜板斜管沉淀池,排泥相对容易,一般不小于30°-40°。3.斜板和斜管的形状和材料为了充分利用沉淀池的有限容积,斜板和斜管被设计成截面密集的几何形状,包括方形、矩形、正六边形和波纹形。为了便于安装,通常将几根或数百根斜管作为一个安装构件整体形成,然后在沉淀区放置几根或几十根这样的构件。斜板和斜管的材料应轻、牢固、无毒、廉价。目前,纸蜂窝和薄塑料板被广泛使用。蜂窝斜管可用浸渍纸制成,并用酚醛树脂固化。一般做成正六边形,内切圆直径为25mm。塑料板通常用0.4mm厚的UPVC板热压。4.斜板的长度和间距越长,沉降效率越高。但斜板和斜管太长,制造安装困难,长度增加到一定程度后,长度的增加仅限于沉降效率的提高。如果长度太短,入口过渡段(入口过渡段指水流从斜管进口端的紊流过渡到层流的部分)的长度比例增加,有效沉降区的长度相应减少。斜管过渡段长度约为100-200mm。根据经验,上流斜板长度一般为0.8-1.0m,不宜小于0.5m,下流斜板长度约为2.5m。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,表面载荷越大。因此,储罐的体积可以相应减小,但斜板间距或管径太小,加工困难,容易堵塞。目前供水处理中使用的上流式沉淀池斜板间距或管径约为50-150mm,下流式斜板沉淀池斜板间距为35mm。5.为了保证出水区域斜板和斜管的均匀排水,集水装置的布置也非常重要。集水装置由集水支管和集水干渠组成。集水支槽有带孔集水槽、三角锯齿堰、薄堰和多孔管等形式。斜管出口至集水孔的高度(即清水区的高度)与集水管之间的间距有关,应满足以下公式:H≥√3/2L,其中:H为洁净水域的高度,m;L是收集支管之间的间距,M。通常,L的值为1.2-1.8m,因此h为1.0-1.5m。6.颗粒的沉降速度U0和斜板之间的流速基本相当于水平沉淀池的水平流速,一般为10-20mm/s。采用混凝处理时,U0=0.3-0.6mm/s。异流量斜管沉淀池设计要点:要求原水浊度长期低于1000度;斜管沉淀区的液位负荷可为9.0~11.0m3/(H·m2);管径25~35mm,管长1m;水平倾角为60°;斜管上方清水区的保护高度不应小于1.5m。同流斜板沉淀池设计要点:同流斜板沉淀池适用于浊度长期低于200℃的原水;斜板沉淀区的乘客表面荷载应根据原水条件和水厂在类似条件下的运行经验或试验数据确定。一般可使用30~40m3/(H·m2);斜板间距为35mm;斜板长度不小于0.5m,斜板长度不小于0.2~2.5m;沉淀区斜板倾角为40°,排泥区斜板倾角为斜管沉淀池是一种应用广泛的污水物化处理工艺。针对实际应用中遇到的沉淀池进水分配不均、污泥斗堵塞、浮明矾等问题,通过分析原因,提出了相应的解决方案。1.影响斜板斜管沉淀效果的因素:1)斜板斜管中部为层流,进口段和出口段受进出水影响,存在干扰;2)斜板和斜管内水流稳定性好,有利于提高沉淀效果;3)由于沉淀距离和时间较短,进入沉淀池前需要充分絮凝;4)浑水密度流对上升流的影响最小。上流适用于高浊度水,下流适用于极低浊度水。2.出水浊度超标。
分析原因(1)斜管沉淀池入口配水不均。在进水口附近,液体的运动会出现剧烈的紊流或进水速度过快,导致进水口处的局部液体流速过大,使沉积在倾斜管道上的污泥再次上升;(2)局部出现“短流”现象,影响絮体的稳定性,导致早期形成的絮体容易再次破碎成细絮体。(3)为了使水分布均匀,斜管沉淀池的花壁开度范围小,往往导致通孔流速大于平流沉淀池的流速,导致早期形成的明矾花二次破碎,配水孔底部沉积的死泥容易冲洗,导致出水浊度增加。解决方法:(1)将斜板与水平面成60°的倾角,在每个斜板下引出一排翅片,与水平面仍形成60°的倾角。增加的翅片可以显著降低水流的雷诺数,显著增强水流过程中的粘性力,有利于沉淀。颗粒的沉降路径缩短,密度高的颗粒有利于沉降。(2)保证配水均匀,采用穿孔花墙配水,配水区初期水平流速应控制在0.010~0.018m/s之间。(3)沉淀池前增设水平流整流段,使出水堰流出的水不会立即进入斜管沉淀池,而是首先经过平流整流段(占沉淀池总长的1/3)。增加的平流截面提高了沉淀池的抗冲击能力,进一步降低了平流流速,既能起到整流作用,又能降低斜管池中上升的流速。沉降效果好,冲击载荷强。同时在平流段和斜管段增设导流隔墙,提高斜管上升速度,提高沉降效率。3.泥桶堵塞,沉淀池排泥不畅。分析原因:(1)斜管沉淀池采用机械排泥,容易在沉淀池边缘和末端形成刮泥死角,导致污泥堆积区污泥较多;(2)排泥管设计不合理。解决方案(1)改造槽型,减少刮泥死角。污泥通过大型污泥桶通过重力排出。局部水流扰动较小,不易堵塞。污泥滑动角度大于小污泥斗,污泥滑动完整。(2)采用刮泥机排泥,增加池底排泥沟数量,提高排泥效果。