田林青+張亞方+喬娜+胡雪婷+彭趙旭

摘要：本文從水流角度方向?qū)π卑宄恋沓剡M(jìn)行分類(lèi)，討論其優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍，并針對(duì)制約同向流斜板沉淀池應(yīng)用的主要因素，給出可供改進(jìn)方法。同向流由于水流方向與顆粒沉降方向相同，即使黏度大、難沉降的顆粒也可借助水流沖力而沉降，解決了異向流、側(cè)向流中斜板堵塞等問(wèn)題，且理論沉淀效果最佳。但因工程中泥水分離問(wèn)題難以解決，在水處理領(lǐng)域鮮有應(yīng)用。本文針對(duì)同向流中斜板下方的泥水分離問(wèn)題，給出了可供改進(jìn)方案。在未來(lái)的改進(jìn)與發(fā)展下，同向流斜板沉淀池必將得到廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：同向流；斜板沉淀池；泥水分離；溝槽；導(dǎo)泥管

前言：

目前在國(guó)內(nèi)外的水處理工藝中，水中懸浮物的去除是水處理工藝中的重要環(huán)節(jié)之一。其中，沉淀池作為去除水中懸浮物顆粒的主要設(shè)施之一，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。沉淀池作為進(jìn)行沉降分離的主要裝置，七十年代后期，斜板沉淀池發(fā)展迅速。斜板沉淀池通過(guò)增加沉降面積從而大大提高了沉淀效率，在各地水處理行業(yè)應(yīng)用頗多。

1 從水流方向角度常見(jiàn)沉淀池分類(lèi)

由淺層理論發(fā)展而來(lái)的斜板沉淀池，相比于傳統(tǒng)型沉淀池而言，增加了沉降面積、改善了水力條件，大大提高了沉淀效率；此外，又因斜板沉淀池具有占地面積小、停留時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于水處理工藝中。斜板沉淀池有多種分類(lèi)方法，其中最常見(jiàn)的是按照進(jìn)水方向的不同，即按照水流方向和顆粒沉降方向之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，分為側(cè)向流、異向流和同向流斜板沉淀池。側(cè)向流斜板沉淀池中水流方向?yàn)樗椒较?，異向流中水流方向自下而上，同向流中水流方向自上而下；其中，顆粒的沉降過(guò)程均為受重力作用下沿斜板自上而下滑落，即從上到下的方向，具體如圖1、圖2、圖3所示。

2 不同種類(lèi)斜板沉淀池的特點(diǎn)

基于以上斜板沉淀池的三種分類(lèi)，下面就其特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)述。側(cè)向流斜板沉淀池的水流方向?yàn)樗椒较?，與顆粒沉降方向不同，導(dǎo)致水中顆粒難以被全部沉降；異向流斜板沉淀池在實(shí)際工程中的應(yīng)用最為廣泛，但由于其沉泥與清水的走向相反，一些難以沉降、黏度較大的顆粒易堵塞斜板，甚至將斜板壓塌；同向流因其水流方向與沉泥走向相同，即使當(dāng)一些黏度大的顆粒難以沉降時(shí)，也可借助水流的沖力而沉降，故理論沉淀效果最佳。具體特點(diǎn)如表1所示：

由表1可以看出，因同向流過(guò)程中水流的方向和沉泥的沉降方向一致，方向均為自上而下，故有利于沉降顆粒沿斜板滑落。對(duì)黏度較大、很難沉降的的顆粒，在側(cè)向流和異向流中易堵塞斜板斜管，然而同向流可以很好地解決這一問(wèn)題。當(dāng)顆粒難以沉降時(shí)，由于水流自上而下的沖力，可將難以滑落的沉泥沿斜板沖落，同時(shí)避免了異向流中沉泥在滑落的同時(shí)被自下而上的水流反向沖上去、側(cè)向流中沉泥沉降過(guò)程中被水平流向的水流擾動(dòng)的缺點(diǎn)。結(jié)合斯托克定律穩(wěn)流利于沉淀原理，同向流內(nèi)水的流速設(shè)計(jì)為層流。經(jīng)由分析，可得如下結(jié)論：理論上，同向流斜板沉淀池的沉淀效率最高。但是，由表1中三種斜板沉淀池的應(yīng)用規(guī)模可知，目前應(yīng)用較多的仍為側(cè)向流、異向流斜板沉淀池。雖然理論上同向流斜板沉淀池的沉淀效率最高，但在水處理領(lǐng)域卻鮮有應(yīng)用。

3 制約同向流沉淀池應(yīng)用的主要因素

最早在1967年，同向流斜板沉淀池技術(shù)于瑞典問(wèn)世[1]；五十年代末，同向流技術(shù)開(kāi)始被引入我國(guó)；于1973年，我國(guó)開(kāi)始進(jìn)行同向流斜板沉淀池裝置的試驗(yàn)研究，全國(guó)各地先后陸續(xù)建造了多座同向流斜板沉淀池。七十年代初期，造紙白水回收行業(yè)首先應(yīng)用了同向流沉淀池技術(shù)，并且在大部分地區(qū)的造紙行業(yè)都有相應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例。但是，在工程的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，卻頻頻出現(xiàn)沉淀效果不理想的問(wèn)題。制約同向流實(shí)際應(yīng)用的主要因素即為排泥問(wèn)題[2]，即不能較好地解決泥水分離。同向流中水和沉泥的流向一致，故不能單純利用二者流向不同讓其自然分離。同向流中，即使在斜板處顆粒能夠得到較好的沉降，但在斜板下方，沿著斜板滑落的顆粒與經(jīng)由斜板得到沉淀的清水將再次混合，導(dǎo)致沉泥與清水無(wú)法分離，降低了沉淀的效果，大大制約了同向流斜板沉淀池的實(shí)際應(yīng)用規(guī)模。

4 解決同向流斜板沉淀池應(yīng)用的可行性路線

針對(duì)以上制約同向流實(shí)際應(yīng)用的因素，即沉泥與清水在斜板下方的分離問(wèn)題，提出能夠解決同向流應(yīng)用的可行性方案如下：

方案一：在原有斜板的基礎(chǔ)上，對(duì)斜板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。首先，在斜板底部增加溝槽，用以收集沿斜板滑落的顆粒物；其次，在溝槽的中央連通一根導(dǎo)管，用以導(dǎo)出溝槽中收集的顆粒物。導(dǎo)管向下延伸，通往沉淀池下方的集泥斗。經(jīng)由改造，經(jīng)過(guò)斜板的沉淀后，顆粒物均被斜板下方溝槽所收集，再由導(dǎo)管導(dǎo)入集泥斗，于是清水在斜板下方便實(shí)現(xiàn)了與沉泥的分離。

方案二：在沉淀池密閉的條件下，在斜板上增加集水管，利用大氣壓力的作用，經(jīng)過(guò)斜板沉淀過(guò)的清水自下而上通過(guò)集水管被壓出水面，實(shí)現(xiàn)了泥水的分離。

方案三：在滑泥斜板區(qū)，較之以前的多孔管集水系統(tǒng)，在兩塊斜板之間增加一塊斜板，即使沉泥沿斜板的走向有一突變，清水從增加斜板的上部，通過(guò)人字形結(jié)構(gòu)進(jìn)入清水區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)了泥水的分離。

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項(xiàng)目及編號(hào)：鄭州大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃領(lǐng)導(dǎo)小組資助項(xiàng)目（2016xjxm165）

基金項(xiàng)目：高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目（17A560029）

鄭州大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃領(lǐng)導(dǎo)小組資助項(xiàng)目（2016xjxm165）

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通訊作者簡(jiǎn)介：彭趙旭（1983-），男，博士，講師，污水脫氮除磷新技術(shù)，Email：pengzhaoxu1983@163.com。