?蜂窩斜管填料沉淀進(jìn)程剖析及核算方式

    斜管沉淀池比較常見(jiàn)的為長(zhǎng)方形和正方形，（斜管沉積池有方形和圓形兩種）斜板沉積池在初期設(shè)計(jì)時(shí)就要充分考慮好建成后里面的凈面積，因?yàn)樾卑宓某叨葹?m*1m,沉積池好建成寬度（也就是斜板橫向擺放的寬度）剛好為整尺度，這樣不只便于設(shè)備修理，整齊漂亮，并且比較結(jié)實(shí)。如果不是整尺度，就需求補(bǔ)上一排，會(huì)影響全體結(jié)實(shí)性。

一、沉積進(jìn)程的剖析

設(shè)有水平沉積池取其斷面ABCD(見(jiàn)圖2-3)，做如下剖析。

    在A點(diǎn)，大于或等于沉速u(mài)0的顆粒與水平流速v的組成速度的方向AD重合時(shí)，則這些顆粒都能被除去；在E點(diǎn)若有顆粒沉速為u。u與v的組成速度的方向與ED線相重合，闡明E點(diǎn)以下沉速為u的顆粒均能被除去，因?yàn)轭w粒在斷面上是均勻分布的，故顆粒去除率可用EC/AC*100%即u/u0*100%表明。

    圖2-3中池深A(yù)C以H表明，池長(zhǎng)CD以L表明，若將池深分為四層，則顆粒沉積深度削減至H/4，則池長(zhǎng)可削減至L/4，即池體削減了3/4。若池長(zhǎng)L不變，則水平流速可添加4倍�？梢�(jiàn)添加4倍水平方向的沉積面積，水處理能力也添加4倍。在實(shí)踐使用中，通常用歪斜放置的板或管構(gòu)成沉積單元，稱(chēng)為斜管填料沉積。它可添加水平沉積面積10倍乃至20倍以上，但因?yàn)檫M(jìn)出口水流的影響，管內(nèi)流態(tài)攪擾以及積泥攪擾等原因，實(shí)踐沉積功率增高2-4倍。
斜管填料能增大沉積能力的原因可概括為以下幾點(diǎn)。

    ①沉積間隔減小，沉積時(shí)刻縮短，或者說(shuō)是添加了沉積面積。顆粒的去除率為顆粒的沉速與外表負(fù)荷率之比。選用斜板后沉積面積的添加率為 a=L/d cosθsinθ
式中，d為斜管間隔，參見(jiàn)圖2-5。當(dāng)d=25mm，L=700mm，θ=30°時(shí)，a≈12，因?yàn)槌练e面積增大，外表負(fù)荷下降。

    ②因?yàn)樾卑逍惫軆?nèi)的再凝集作用，使絮狀物變大，易于沉積。添加斜板、斜管后形成上下活動(dòng)的混合流，增大了上壁處的速度梯度，使GT值增大，有利于二次凝集作用。斜管填料添加了水流通道的潤(rùn)周，有利于水的拌和。下降的絮狀物順次同多邊形寬水流通道中的上升流觸摸，原水中的濁度再次被下層絮狀物吸附。

    ③斜管填料發(fā)明了層流沉積條件。雷諾數(shù)(Re)500以下為層流區(qū)，雷諾數(shù)大于2000為紊流，上向流斜管沉積雷諾數(shù)一般小于50，斜管沉積池雷諾數(shù)一般也能小于500。
在工程使用中，把這種能添加沉積功率的斜管填料便于活動(dòng)的排泥，一般取600，稱(chēng)為蜂窩斜管填料沉積池。所謂斜管，實(shí)踐不是圓形管，而是正方形、正六邊形(它們的水力半徑是d/4，其間d為對(duì)邊間隔)。此外還能夠包括長(zhǎng)邊比短邊不大于2倍的長(zhǎng)方形，而其他長(zhǎng)方形則視為斜板。

斜板的雷諾數(shù)可用下式核算。Re=Rv0/v=d/4*v0/0.01=25v0d 

    式中，R為水力半徑，cm；v為水的運(yùn)動(dòng)黏滯系數(shù)，cm2/s，當(dāng)水溫為20℃時(shí)為0.01cm2/s；d為直徑，cm；V0為流速，cm/s。

    若取d=2.5-5cm，v=4-8cm/s，Re均在100以下；其間d=2.5cm，v0=8.5mm/s，Re=50，可見(jiàn)水呈層流狀況。因?yàn)樾惫芴盍系淖饔帽刃卑搴�，并且便于設(shè)備，故工業(yè)水處理中多選用斜管填料，并且使用六方體的較多。這種六方體可用硬聚氯乙烯片制造，厚度為0.4-0.5mm，相對(duì)密度1.3-1.45。先把硬片壓成多槽狀的板，然后用黏合劑粘在一同。也可選用環(huán)氧玻璃鋼資料或用酚醛樹(shù)脂處理過(guò)的牛皮紙做成蜂窩體。

二、斜板、斜管沉積核算

按水流方向，可分為上向流、下向流和橫向流，因工業(yè)水處理選用上向流較多，下面以上向流為例敘說(shuō)核算方法。

圖2-5中給出了懸浮顆粒在斜板、斜管中的沉積進(jìn)程和矢量關(guān)系。

設(shè)顆粒沉降速度為u0，水流在斜板、斜管中的速度為v0，它們的組成矢量所指的結(jié)尾位置不應(yīng)超越斜管終端。若設(shè)定它剛好在終端，依據(jù)圖2-5中所示類(lèi)似三角形，則有v0/u0=L+d/sinθcosθ/d/cosθ=Lcosθsinθ+d/dsin

由此得 L=(v0/u0-1/sinθ)*d/cosθ 

但因?yàn)榫鶆蛩俣扰c管內(nèi)(或板間)各點(diǎn)的實(shí)踐速度誤差較大，中心點(diǎn)速度要高于均勻速度，故上式應(yīng)再考慮1.33倍的余量，上式變?yōu)?/span>

L=1.33*(v0/u0-1/sinθ)*d/cosθ

在上向流斜管中，為使管內(nèi)水流從進(jìn)口端的紊流過(guò)渡到層流，以及考慮到進(jìn)水端的進(jìn)水和沉泥上下交替的進(jìn)程，依據(jù)實(shí)踐調(diào)查，應(yīng)再加200-250mm過(guò)渡段。

[例2-1]已知:v0=5.2cm/s，u0=0.4cm/s，d=25mm，斜管傾角θ=60°，求斜管長(zhǎng)。

解：L=1.33*(5.2/0.4-1/sin60°)*25/cos60°=788mm

再考慮到過(guò)渡段，取斜管長(zhǎng)1000mm。

三、參數(shù)的選取

    (1)管徑；所謂斜管并非選用圓管，一般多選用正六角形或正方形。故統(tǒng)稱(chēng)的管徑系指六角形內(nèi)切圓的直徑或正方形的邊長(zhǎng)，矩形二長(zhǎng)邊的間隔。上升流斜板的管徑大致為25-50mm。為避免沉積物阻塞，間隔不宜過(guò)小，而間隔過(guò)大則因需求管較長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)上不合算，目前六角形斜管管徑一般做成25mm。

    (2)管內(nèi)水的上升速度v0；當(dāng)水凝集處理時(shí)，一般情況下，當(dāng)要求出水濁度為10度左右時(shí)，斜管沉積池上部面積上的水上升流速常在3.5-5mm/s，據(jù)此，若斜管傾角θ為60°時(shí)，則斜管填料內(nèi)相應(yīng)的流速為4-6mm/s(即池內(nèi)上升流速再除以sinθ)。

    (3)顆粒沉降速度u0；獨(dú)自沉砂時(shí)數(shù)據(jù)見(jiàn)前述。選用混凝處理時(shí)，絮體沉降速度可為0.3-0.5mm/s，出水水質(zhì)要求較高時(shí)，可選用較小的u0值。

    (4)高濁度水的參數(shù)當(dāng)選用水解聚丙烯酰胺作助凝劑時(shí)有關(guān)參數(shù)可參照表2-2選取�？梢�(jiàn)斜管雖然是較先進(jìn)的沉積設(shè)備，但當(dāng)泥砂較細(xì)，含量較高時(shí)，天然沉積尚不能到達(dá)滿(mǎn)足的預(yù)沉作用。

注：上升流速不是極限值。

關(guān)于表2-2的運(yùn)轉(zhuǎn)工況若再加硫酸鋁100-150mg/L或三氯化鐵30-80mg/L，則出水濁度可降到10-60mg/L。

高濁水天然沉積時(shí)斜管管徑25-35mm，管長(zhǎng)1-1.5m，傾角60°，均勻軸向流速不超越1mm/s，不同進(jìn)水含砂量的處理作用見(jiàn)表2-3。