用浅池理论分析斜板沉淀池设计原理docx

作者:菲律宾龙门赌场 | 2020-06-14 19:26

  1.本站不保证该用户上传的文档完整性,不预览、不比对内容而直接下载产生的反悔问题本站不予受理。

  用浅池理论分析斜板沉淀池的设计原理(建筑与土木工程 臧振亚 2012229006)摘要:斜管沉淀池是指在沉淀区内设有斜管的沉淀池。在平流式或竖流式沉淀池的沉淀区内利用倾斜的平行管或平行管道(有时可利用蜂窝填料)分割成一系列浅层沉淀层,被处理的和沉降的沉泥在各沉淀浅层中相互运动并分离。根据其相互运动方向分为逆(异)向流、同向流和测向流三种不同分离方式。每两块平行斜板间(或平行管内)相当于一个很浅的沉淀池。斜板沉淀池有许多其他沉淀池不具有的优点,本文将详细的阐述浅池理论在设计斜板沉淀设计中的应用。浅池理论如图所示为理想沉淀池,直线ox/代表从池顶o点开始下沉而刚好能够在池底最远处x/点之前沉到池底的颗粒运动轨迹;直线ox代表从池顶o点下沉而不能够沉到池底的颗粒的运动轨迹。设沉淀池的水平流速为v,按直线ox/运动的颗粒的相应沉速为u0,于是凡是沉速大于u0的一切颗粒都可以沉到池底;凡是沉速小于u0颗粒,如从池顶o点开始下沉,肯定不能沉到池底而沿着类似ox的方式被带出池外;可以看出直线ox/所代表的颗粒沉速u0具有特殊的意义,一般称为“截留沉速”。实际上它反映了沉淀池所能去除的颗粒中最小颗粒的沉速,因为凡是沉速等于或大于沉速u0的颗粒能够全部被沉掉。对于直线ox/所代表的一类颗粒而言,流速v和u0都与沉淀时间t有关: t=L/v (1) t=h0/u0 (2) v=Q/h0B (3)式中L——沉淀区的长度,m; h0即H——沉淀区的水深,m; t——水在沉淀区的停留时间,s; u0——颗粒的截留沉降速度,m/s; v——水平流速,m/s; Q——流量,m3/s B——水流截面的宽度即池宽,m;整理可得u0=Q/LB 上式中LB是沉淀池水面的表面积A,因此上式的右边就是单位沉淀池表面积的产水量,可用下式表示u0=Q/A,即一般被称为表面负荷或溢流率。上式表明:表面负荷在数值上等于沉速,但含义却不同。后者代表自池顶o开始下沉所能去除的颗粒中的最小颗粒的沉速。为了求得沉淀池总的沉淀效率,先讨论某一特定颗粒即具有沉速ui的颗粒的去除百分比E.应该指出,这个特定颗粒的沉速,必定小于截留沉速u0,因为大于u0的颗粒将全部下沉,不必讨论。去除率E的关系推倒如下。如前所述,沉速ui小于截留沉速u0的颗粒,如从池顶o点下沉,将沿直线ox前进而不能沉到池底。如果引一条平行与直线ox而交于o/的直线o/x/,从图中可见,只有处于o/点以下的这种颗粒才能全部沉到池底。设原水中这类颗粒的浓度为C,沿着进水区的高度为H的截面进入的这种颗粒的总量为QC=HBvC,沿着o/点以下的高度为hi的截面进入的这中颗粒的数量为hiBvC,则沉速为ui的颗粒的去除率应为E=hi/H,又h0/u0=L/v即h0=Lu0/v同理得:hi=Lui/v将上两式带入E即得到某特定颗粒的去除率公式为E=ui/u0即E= uiA/Q由上式可知:悬浮颗粒在理想沉淀池中的去除率只与沉淀池的表面负荷有关,而与其他因素如水深、池长、水平流速和沉淀时间均无关。当然在实际沉淀池中,除了表面负荷以外,其他因素对去除率还是有影响的。公式反映了下列两个问题:当去除率一定时,颗粒沉速ui越大则表面负荷也越高,亦即产水量越大;或者当产水量和表面积不变时,ui越大则去除率E越高。颗粒沉速ui的大小与凝聚效果有关,所以生产上一般均重视混凝工艺。颗粒沉速ui一定时,增加沉淀池表面积可以提高去除率。当沉淀池容积一定时,池身浅些则表面积大些,去除率可以高些,这就是“浅池理论”,斜板、斜管沉淀池的发展即是基于此理论。由式E= uiA/Q可知,在沉淀池有效容积一定的条件下,增加沉淀面积,可使颗粒的去除率更高。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,斜板和斜管沉淀池发展起来,浅池理论才得到实际应用。斜板沉淀池是把与水平面成一定角度(一般600左右)的众多斜板放置于沉淀池中构成。水从下向上流动(也有从上向下、或水平方向流动),颗粒则沉于斜板底部。当颗粒积累到一定程度时,便自动滑下。斜管沉淀池则是把与水平面成一定角度(一般600左右)的管状组件(断面矩形或六角行等)置于沉淀池构成。水流可从下向上或从上向下流动,颗粒则沉于众多斜管底部,而后自动滑下。从改善沉淀池水力条件的角度来分析,由雷诺数和弗劳德数的公式可知,由于斜板沉淀池水力半径大大减小,从而使雷诺数大大降低,而弗劳德数则大为提高。斜管沉淀池的水力半径更小。一般来讲,斜板沉淀池中的水流基本上是层流状态,而斜管沉淀池的Re多在200以下,甚至低于100.斜板沉淀池的Fr数一般为10-3~10-4。斜管的Fr数则更大。因此斜板斜管沉淀池满足了水流的稳定性和层流的要求。当前我国使用较多的是斜管沉淀池。斜板沉淀池是在池内加设了倾斜平行板,使颗粒沉降到板上(相当于池底)的垂直距离减小了,如上图1所示。斜板水平距一般小于150毫米,所以沉降高度小于260毫米, 由于减少了沉降距离在10倍似上,缩短了沉淀时间, 减小了沉淀池的容积。在理想条件下颗粒沉降速度Vs=Q/Af+A,设截留粒径为dp,则可知dp2=KQ/Af+A 式中Q——进水流量 A——池子水平面积 Af——斜板总投影面积 K——为综合性系数。斜板板距一般采用150~100毫米,过宽时,水力条件变差,加固困难,容易变形。沈阳矿山机器厂斜板浓缩机板距为150毫米。斜板间距大小直接影响池子的大小,而且与板内流速、雷诺数等均有很大的关系。从理论上讲板间距越小越好,这样可以增大斜板的数量从而提高沉淀效率,但是考虑到施工安装等因素建议以100毫米左右为好。斜板板距又与斜板的有效长度有关。当进料量与出水量相同,板距大则板亦长。反之板距越小则板长亦越短。例如,当板内上升流速v = 2.5毫米/秒时, 板距为70 毫米,则板长应为1600毫米,若板距改为50毫米时,板长仅需要1200毫米。故在可能条件下应尽量使板长缩短, 但板距过小施工困难则不如用斜管。而对于斜管来说,试验表明,在斜管进口一段距离内,泥水混杂,水流紊乱,污泥浓度亦较大,此段称为过渡段。该段以上部分便明显看出泥水分离,称为分离段。过渡段的长度随管中上升流速而异,这段泥水虽然混杂,但由于浓度较大,反而有利于接触絮凝,从而有利于分离段的泥水分离。一般估计过渡段长度约为200mm。斜管过长会增加造价,而沉淀效率的提高则是有限的。试验表明,往往在分离段上部出现一段较长的清水段,并未起沉淀作用。目前的斜管长度多采用1000mm。斜管管径(指正方形边长或多边形内切圆直径)通常采用25~35mm。斜管断面形状会影响管中水流的雷诺数,但影响不大。生产上多采用正六角形断面。矩形断面加工方便,但排泥不如六角形通畅斜管的材料要求轻质、坚固、无毒、价廉,目前使用较多的是厚约0.4~0.5mm的薄塑料板。一般在安装前将薄塑料板制成蜂窝状块体,块体平面尺寸通常不宜大于1m乘1m,以免安装时出现过大的缝隙,造成浑水短路。块体是用塑料板热轧成半六角形,然后粘合而成。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。参考文献张自杰.排水工程. 北京:中国建筑工业出版社,2000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黄延林,李玉仙,何文杰. 斜管沉淀池结构参数优化的理论分析[J]. 给水排水, 2007, 33(4): 20-26. 黄延林,李玉仙,何文杰, 等. 布水不均匀性对斜管沉淀池临界沉速的影响[J]. 水处理技术, 2008, 34(12): 28-34.


菲律宾龙门赌场