次高浊度水沉淀池在自然沉降工作状态的计算

来源：https://www.shuizhifenxi.com/ 作者：余氯检测仪 时间：2019-01-02

　　次高浊度水是指泥沙浓度在低浊度水与高浊度水之间的水，即沉淀时会呈现出拥挤沉降的特点，但是没有浑液面，这种水处于高浊度向低浊度过渡阶段。次高浊度水具有的从高浊度水到低浊度水的过渡性质等浓度面的沉速及其沉降曲线的测定原理;在等浓度面的概念和浑水动水沉淀浓缩规律的基础上,提出了等浓度型和沙峰型次高浊度水沉淀池的计算方法。

　　关键词：次高浊度水;沉淀池;计算方法

　　一、次高浊度水的相关概念

　　水的浊度是指水的浑浊程度。定义为在1升水中含白陶土(或)所产生的浑浊程度为1度。由于水中含有的泥沙、粘土及有机物等能够使水浑浊，所以可以用浊度来表示水中悬浮物的量。水的浊度高，说明水中的悬浮物(沙石、粘土等)含量高，对水处理运行不利。控制水的浊度是化学水处理的一项重要内容。水的用途不同，对水的浊度要求也不同。例：生活饮用水的浊度不能超过5度;循环冷却水的浊度不能超过10度。用于化学水处理的水：顺流再生固定床不能超过5度;对流床则不能超过2度等。当河水中的泥沙含量较高时，水流的形态不管是静水沉淀还是动水沉淀，都会在这一过程中形成一个清、浊水层分界面非常清晰的浑液面，这种水拥挤沉降的形式为浑液面，因此称其为高浊度水。当高浊度水以静水的形态进行沉淀时，浑液面下会呈现出一个浑水层，该浑水层的浓度变化相对较慢，称其为均浓浑水层。这种水层是由于自然絮凝的泥沙拥挤沉降形成的。均浑水层的主要成分是水中的细粒泥沙，而一些粗粒泥沙则会不断的沉淀、除去，因此属于均浑水层的不稳定部分;而那些不会被沉淀除去的细粒泥沙则是均浓浑水层的稳定组成部分。因此按照这个概念，原水中的泥沙区可以分为两个部分，即稳定部分和不稳定部分。高浊度的水进行沉淀时，原水中的稳定的泥沙浓度对形成均浓浑水层及出现浑液面等均有直接的影响。当原水中的泥沙浓度在低浊度和高浊度之间，在沉淀时有拥挤沉降的特点，但并没有出现浑液面，该水层的性质表现出高浊度向低浊度过渡，因此称其为次高浊度水。

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　　二、次高浊度水沉淀池在自然沉降工作状态的计算

　　在沉淀池中，次高浊度水的流动与沉淀状况和高浊度水相近，其表现在以下几点：第一，高浊度水在池中所呈现出的异重流现象，次高浊度水也同样具备，只是其典型性不如高浊度水;第二，次高浊度水沉淀的过程中不会出现浑液面，但是会呈现出一个过渡层，其等浓度面可以类比高浊度水的浑液面;第三，次高浊度水沉淀池的出水泥沙浓度和过波层的高程位置有着密切的关系。因此浑水的动水沉淀浓缩规律同样适用于次高浊度水。

　　如果池中的次高浊度水的流量及泥沙浓度为固定值，则池中的等浓度面以下的浑水设为计算浑水层，则其体积计算公式如下式所示：

　　W=a’QfHoω

　　上式中：W：计算浑水层体积

　　Ho：沉淀池的水深

　　Qf：次高浊度水流量

　　a’：系数，可取1.7

　　ω：次高浊度水沉淀浓缩参数

　　在计算次高浊度沉定浓缩参数ω时，采用解析法进行计算相对简单。次高浊度水沉淀浓缩曲线φ-ξ前段为直线，其方程表达如下式所示：

　　φ=1-upξ

　　若ξ<ξK，则

　　ω=(1+φ)ξ/2=[1-(up/2ξ)] ξ

　　即ω与直线下梯形面积相等。若ξ<1/ up，则

　　ω=1/2 up +△≈1/2 up

　　即ω与直线下三角形面积up与三角形以外的面积△之和相等。由于次高浊度水中淤积层的比例非常小，因此△通常是个很小的值，为了简化计算过程即使将其忽略不计也不会产生太大误差。则将上述公式代入后可以得出计算浑水层的体积为：

　　W=a’QfHo/2 up

　　如果沉淀池处于不排泥的工作状态，则浑水层的体积会由于泥沙未排出而越来越大，相应的等浓度面也会不断的提高;逐渐等浓度面就会接近出水堰，在等浓度面上还有水层，这些水层就会被出水挟出，从而出水泥沙的浓度就会越来越高;一旦等浓度面升到一定高度，该高度恰可被挟出，设沉淀池所出水的泥沙深度为ρ0，如果设池中等浓度面上的泥沙浓度和静水沉淀的浓度分布是相等的，静水沉淀时其等浓度面以上水层还会有一定的残留浓度，则沉淀池的出水浓度可以与之相等，设等浓度面以上水层的残留浓度为ρ1，则ρ0=ρ1。

　　可以采用池底排泥的方法控制等浓度面的高度，如果排泥的流量与浑水层体积的增长速度相等，则等浓度面也会相应的稳定，则此时沉淀池排泥流量可以表达为下式：

　　Qu=dw/dt=aQfφ

　　为了降低排泥流量，要保证水的沉淀时间要足够，当其处于沉淀浓缩曲线的K点后，则沉淀池的排泥浓度则可以推算如下式：

　　Qfρ1=Q0ρ0+Quρu

　　ρu=Qfρf-Quρu/Qu

　　通常次高浊度水沉淀池连续的排泥流量比较低，因此实际生产中一般采用间歇排泥的方法，即池内的积泥积累到一定程度时再排泥。此时会造成池内的等浓度面会在一定幅度内波动，不过排泥水量只占进水量的很小比重，因此此波动幅度可以忽略不计。则排泥流量及水量平衡关系可以表达如下式：

　　Qf=Q0+Qu

　　Qu=(Qfρf- Quρu )ρu/={(ρf-ρ0)/(ρu -ρf)}•Qu

　　则可以得出沉淀池的进水流量如下式：

　　Qf ={(ρu -ρ0)/(ρu -ρf )}•Qu

　　最终可以计算出沉淀池的面积应为：

　　Ω=W/H=(a/2)•{H0/(H0-H’)}•{(ρu -ρ0)/(ρu -ρf)}•(Q0/ up)

　　而沉淀池的面积至少要大于等浓度面分离清水时所需要的最小面积，设其为Ωmin，则

　　Ω≥Ωmin=λ•Q0/up

　　上式中λ是系数，对于高浊度水来说，λ可以取1.3-1.35之间，而低浊度水λ则取值在1.2-1.5范围内，参考二者的取值范围，则次高浊度水的λ取值范围可以设定为1.3-1.5之间。当根据上式求出沉淀池的面积比界限值要小时，即Ω<Ωmin，则可以先设定Ω=Ωmin，然后再推算出沉淀池的深度计算公式H0如下式所述：

　　H0=H’/{1-(a’/2)•[(ρu -ρ0)/(ρu -ρf)]•[Q0/(upΩmin)]}

　　= H’/{1-[(a’/2)•(ρu -ρ0)/(ρu -ρf)]}

　　总之，在给排水工程、选矿厂以及化工、钢铁等多个行业均会用到沉淀技术，而设置各种不同形式的沉淀池，本文提出了次高浊度水沉淀池的算法，希望可以与业内同行共同讨论。

　　参考文献：

　　[1] 李圭白. 试论高浓度、中浓度和低浓度浑水沉淀池的统一计算方法[J].哈尔滨建筑工程学院学报,2005(1)

　　[2] 阎立华. 高浊度水沉淀池计算理论的实验验证[J].哈尔滨建筑工程学院学报,2003(2)

　　[2]崔设华 高、中、低浊度水混凝最优GT值研究『D].暗尔滨：暗尔滨建筑大学，1988

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