斜管沉淀池的原理及特点

斜管沉淀池是一种基于浅池原理的高效沉淀设备。浅池原理指出，在沉淀池有效容积不变的情况下，沉淀池的面积越大，沉淀效率越高，而与沉淀时间无关；同时，沉淀池越浅，沉淀时间越短。斜管沉淀池通过在沉淀区内设置一系列平行的斜板或斜管，将水流分隔成薄层，从而充分利用浅池原理，显著提高沉淀效率。

斜板斜管沉淀池的特点：

1. 层流原理的应用：水流在斜板或斜管内流动时，水力半径较小，雷诺数较低（通常Re≈200），水流呈现层流状态，有利于颗粒的沉淀。斜管内水流的弗劳德数约为1×10⁻³~1×10⁻⁴，水流状态稳定，进一步提升了沉淀效果。

2. 沉淀面积增加：斜板或斜管的设置显著增加了沉淀池的有效沉淀面积，从而提高了沉淀效率。然而，由于斜板布置、进出水影响及流态等因素，实际处理能力往往低于理论值。实际沉淀效率与理论沉淀效率的比值称为有效系数。

3. 沉淀距离缩短：斜板或斜管的设计缩短了颗粒的沉淀距离，大幅减少了沉淀时间，提高了处理效率。

4. 絮凝作用增强：斜板或斜管内的絮状颗粒在流动过程中发生再凝聚，颗粒进一步增大，沉淀效率得到提升。

斜管填料沉淀池的结构

斜管沉淀池的结构与普通沉淀池类似，主要由进水区、沉淀区、出水区和集泥区四部分组成。不同之处在于，沉淀区内设置了大量的斜管或斜板。图1展示了斜管沉淀池的典型结构。

1. 进水区

进水区的主要功能是使水流均匀分布到沉淀池的整个宽度方向。常见的进水形式包括穿孔墙、缝隙墙和下向流斜管进水等。为了确保上向流斜管的均匀出水，斜管下方需要保持一定的配水区高度，且进水口处的水流速度应控制在0.02-0.05 m/s。

2. 斜板斜管的倾斜角

斜板与水平方向的夹角称为倾斜角。倾斜角越小，颗粒的截留速度越低，沉降效果越好。然而，为了确保污泥能够顺利滑下并排泥通畅，倾斜角不宜过小。上向流斜板、斜管沉淀池的倾斜角一般不小于55°-60°，而下向流斜板、斜管沉淀池的倾斜角通常为30°-40°。

3. 斜板斜管的形状与材质

为了充分利用沉淀池的有限容积，斜板、斜管通常设计为密集的几何形状，如正方形、长方形、正六边形和波纹形等。为了便于安装，多个斜管通常组合成一个整体组件，再在沉淀区内安装多个这样的组件。斜板斜管的材料要求轻质、坚固、无毒且成本低廉。目前常用的材料包括纸质蜂窝和薄塑料板等。纸质蜂窝斜管通常用浸渍纸制成，并用酚醛树脂固化定型，内切圆直径一般为25 mm。塑料板则多采用0.4 mm厚的硬聚氯乙烯板热压成型。

4. 斜板的长度与间距

斜板或斜管的长度越长，沉降效率越高。然而，过长的斜板或斜管会增加制作和安装的难度，且长度增加到一定程度后，对沉降效率的提升有限。如果长度过短，进口过渡段（水流由紊流过渡到层流的区段）所占比例增加，有效沉降区长度相应减少。通常，上向流斜板的长度为0.8-1.0 m，不宜小于0.5 m；下向流斜板的长度约为2.5 m。斜板间距或管径越小，管内流速越大，表面负荷越高，池体体积可以相应减少。然而，过小的间距或管径会增加加工难度，且容易堵塞。目前，上向流沉淀池的斜板间距或管径一般为50-150 mm，下向流斜板沉淀池的斜板间距为35 mm。

5. 出水区

为了确保斜板斜管出水均匀，出水区的集水装置布置至关重要。集水装置通常由集水支管和集水总渠组成。集水支槽的形式包括带孔眼的集水槽、三角锯齿堰、薄型堰和穿孔管等。斜管出口到集水孔的高度（清水区高度）与集水支管之间的间距有关，通常满足公式：h ≥ √3/2 L，其中h为清水区高度，L为集水支管间距。一般L的值为1.2-1.8 m，因此h为1.0-1.5 m。

6. 颗粒的沉降速度u₀

斜板间的水流速度与平流式沉淀池的水平流速相当，一般为10-20 mm/s。当采用混凝处理时，u₀为0.3-0.6 mm/s。

斜管、斜板沉淀池设计要点

异向流斜管沉淀池设计要点：

• 原水浊度应长期低于1000度；

• 斜管沉淀区液面负荷为9.0~11.0 m³/(h·m²)；

• 管径为25~35 mm，管长为1 m；

• 水平倾角为60°；

• 斜管上部清水区保护高度不宜小于1.5 m。

同向流斜板沉淀池设计要点：

• 适用于浊度长期低于200度的原水；

• 斜板沉淀区液面负荷为30~40 m³/(h·m²)；

• 斜板间距为35 mm；

• 斜板长度为2.0~2.5 m，排泥区斜板长度不小于0.5 m；

• 沉淀区斜板倾角为40°，排泥区斜板倾角为60°。

影响因素及常见问题

斜管沉淀池在实际应用中可能会遇到一些问题，如进水布水不均匀、污泥斗堵塞、矾花上浮等，导致出水水质下降。以下是常见问题及其解决方案：

1. 影响斜板、斜管沉淀效果的因素：

• 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；

• 斜板、斜管中水流稳定性较好，有利于提高沉淀效果；

• 由于沉淀距离和沉淀时间较短，要求进入沉淀池前有充分的絮凝；

• 上向流适用于高浊度水，下向流适用于低浊度水。

2. 出水浊度超标

原因分析：

• 斜管沉淀池进口处布水不均匀，导致局部液体流动速度过大，使沉积的污泥再度泛起；

• 局部出现“短流”现象，影响絮体的稳定性，导致絮体重新破碎；

• 斜管沉淀池花墙开孔范围较小，过孔流速较大，造成矾花二次破碎。

解决方法：

• 将斜板与水平面成60°倾斜角放置，并在每块斜板下方加装翼片，降低水流雷诺数，增强粘性力，缩短颗粒沉降路径；

• 采用穿孔花墙配水，控制配水区起端水平流速在0.010~0.018 m/s之间；

• 在沉淀池前增加平流式整流段，增强抗冲击能力，降低水平流速，提高沉淀效果。

3. 泥斗堵塞，排泥不畅

原因分析：

• 机械排泥容易在沉淀池边缘和端部形成刮泥死角，导致积泥；

• 排泥管设计不合理。

解决方法：

• 改造池型，减少刮泥死角，采用大泥斗重力排泥，减少局部水流扰动；

• 增加池底排泥沟数目，改善排泥效果。

通过以上改进措施，可以有效提升斜管沉淀池的运行效率，确保出水水质稳定。