李繼震

　　摘 要：迄今為止人們只研究了側(cè)向流翼片斜板沉淀池沿水平方向的除濁規(guī)律，而忽視了沿深度方向出水濁度的變化。文中重點探討了沿深度方向出水濁度的變化規(guī)律，從而提出了能全面概括水平方向和深度方向的濁度變化的除濁數(shù)學(xué)模式，探討了側(cè)向流翼片斜板沉淀池的設(shè)計計算方法，斜板區(qū)長度和高度的選擇，以及進(jìn)水、出水、層間銜接等設(shè)計問題。

　　側(cè)向流翼片斜板沉淀池具有獨特的除濁機(jī)理和除濁規(guī)律。在生產(chǎn)實驗和模型試驗中發(fā)現(xiàn)，這種沉淀池的出水濁度，不僅沿著水平方向且在深度方向上也有很大變化。但是，迄今為止人們只對前者研究較多，而后者研究則未見報導(dǎo)。由于缺少對深度方向上濁度變化規(guī)律的研究，所以對其濁度規(guī)律的認(rèn)識是不全面的，對出水濁度的推算與實際也有很大差別。文中對深度方向出水濁度的變化規(guī)律進(jìn)行了探討，從而提出了側(cè)向流翼片斜板沉淀池的完全除濁規(guī)律。

1． 除濁規(guī)律與數(shù)學(xué)模式

　　對哈爾濱市三水廠30萬m³/d的側(cè)向流翼片斜板沉淀池（共6座，每池5m³/d）的除濁效果，進(jìn)行了觀察和測試。側(cè)向流翼片斜板區(qū)長度7m，深度3.6m，分4層，斜板的底板距離9cm，翼片間距6cm，設(shè)計斷面流速8mm/s，主流區(qū)流速24mm/s。
1.1 水平方向的除濁規(guī)律
　　生產(chǎn)實驗中，在斜板區(qū)沿水流方向的不同長度點測定水的濁度，見圖1。從圖1中，出水濁度在水平方向上按負(fù)指數(shù)規(guī)律減少，均呈直線，該直線方程

　　　　　　　　　　　logC′-logC₀＝Ｋ′₁Ｌ　　?。?）
　　　　 式中 L－斜板區(qū)長度
C′ －長度為 時的濁度
C₀ －原水濁度
Ｋ′ －直線斜率，負(fù)值，其絕對值可由試驗求得
　　由公式（1）得,

　　　　　　　　　　　log(C′/Co)=K′₁L
ln(C′/Co)=[K′₁/0.4343]L
　　　　　　　　　　　C′=Co.e^k1L (2)

　　式中　　　K₁=K′₁/0.4343

1.21． 除濁規(guī)律與數(shù)學(xué)模式
　　對哈爾濱市三水廠30萬m³/d的側(cè)向流翼片斜板沉淀池（共6座，每池5m³/d）的除濁效果，進(jìn)行了觀察和測試。側(cè)向流翼片斜板區(qū)長度7m，深度3.6m，分4層，斜板的底板距離9cm，翼片間距6cm，設(shè)計斷面流速8mm/s，主流區(qū)流速24mm/s。
1.1.21.1 水平方向的除濁規(guī)律
　　生產(chǎn)實驗中，在斜板區(qū)沿水流方向的不同長度點測定水的濁度，見圖1。從圖1中，出水濁度在水平方向上按負(fù)指數(shù)規(guī)律減少，均呈直線，該直線方程

　　1．高濁期，濁度115度，水溫15℃，斷面流速8mm/s，主流區(qū)速24mm/s。
　　2．低溫低濁期，濁度13度，水溫0℃，斷面流速8mm/s，主流區(qū)速24mm/s。

　　有的通過模型實驗的出如圖1的規(guī)律[1]，也有通過理論推導(dǎo)得出水平方向的除濁數(shù)學(xué)模式。[2]
1.1.21.2 深度方向的除濁規(guī)律
　　在側(cè)向流翼片斜板沉淀區(qū)出水端的不同深度處測定水的濁度，其波動范圍[3]水深<1.5、2m、2.5~3m和3.5m時，濁度分別為<10、10~20、15~35、30~60。從上述范圍看出，水深越大出水濁度越高，而且濁度增加的幅度也越大，見圖2。

　　從圖2中，出水濁度在深度方向上按指數(shù)規(guī)律增加，均呈直線，該直線方程

　　　　　logC-logC′₌K′₂H (3)
　　式中 H－斜板區(qū)的深度
　　　　 Ｃ′－斜板區(qū)表面出水濁度
K′₂－直線斜率，正值，其絕對值可由試驗求得
　　由式(3)得，

　　　　log(C/C′)₌K′₂H
C/C′=ln[C/C′0.4343].h
C=C′.e^k₂^H (4)
　　式中　　K₂=K′₂/0.4343
　　式（4）反應(yīng)出翼片斜板區(qū)表層出水濁度最好，為C′ ，隨著深度 的增加出水濁度呈指數(shù)關(guān)系增加。由于上層翼片斜板沉淀物滑落到下層的途中，部分被主流去高速水流帶走，對下層翼片斜板處理的水造成二次污染、需進(jìn)行二次沉淀，故越是下層接受上層翼片斜板滑下的沉淀物越多、造成的二次污染也越嚴(yán)重，因而水位越深的地方出水濁度越大。所以，為了保證水質(zhì)應(yīng)適當(dāng)控制池的深度。
　　水在側(cè)向流翼片斜板沉淀池中是水平流動，絮狀物的不斷沉淀使水逐漸變清。渾水進(jìn)入沉淀池后，隱蔽重大而潛入池的下部形成異重流，其過水?dāng)嗝嫘∮诔恋沓貦M截斷面，造成上部出水濁度低，下部濁度高的現(xiàn)象。所以，異重流也是造成水深愈大，出水濁度愈大的原因之一，并且原水濁度愈高，異重流的影響也愈嚴(yán)重。
　　我國在模型試驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一座大型和幾座小型側(cè)向流翼片斜板沉淀池，生產(chǎn)結(jié)果表明都未達(dá)到設(shè)計要求，與模型試驗結(jié)果有很大差距。原因是未掌握側(cè)向流翼片斜板沉淀池在深度方向上的濁度變化規(guī)律，采用錯誤的模擬方式，以淺層單層的試驗數(shù)據(jù)作為深池多層翼片斜板沉淀池的設(shè)計依據(jù)而造成。
1.1.21.3 完全的除濁數(shù)學(xué)模式
　　在水平方向和垂直方向除濁數(shù)學(xué)模式的基礎(chǔ)上，渴求的側(cè)向流翼片斜板沉淀池的完全的除濁數(shù)學(xué)模式。
　　將式（2）代入（4）得，

　　　　　　　　　(5)

　　式（5）為側(cè)向流翼片斜板沉淀池長度 、深度 處的除濁數(shù)學(xué)模式，可求出縱斷面上任何位置的出水濁度，也可以用來深入理解該沉淀池的除濁規(guī)律。進(jìn)行計算時，要考慮沉淀池中基本上不可去除沉性物質(zhì)因素的影響。

2． 沉淀池出水濁度的計算

　　側(cè)向流翼片斜板沉淀池不同深度處出水濁度不同，而且差異很大呈單指數(shù)規(guī)律變化，所以在計算沉淀池的出水濁度時，宜采用平均出水濁度。
　　假定水的流速沿深度方向是不變的，則側(cè)向流翼片斜板區(qū)的長度為 、深度為 的沉淀池出水平均濁度 為

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(6)

　　在模型試驗中求得系數(shù) 和 后，可按如下方式計算：選定L和H，可求出C，核算是否符合設(shè)計要求；也可以先選用L和設(shè)計要求的C，求出C；或者先選用H和設(shè)計要求的C，求出L。
　　在設(shè)計側(cè)向流翼片斜板尺寸時，可用試算法進(jìn)行計算，并考慮原水水質(zhì)和絮凝效果等因素影響，留出一定余地。

3． 絮凝作用

　　在長期生產(chǎn)實踐中觀察，側(cè)向流翼片斜板沉淀池具有良好的絮凝作用。
　　側(cè)向流翼片斜板沉淀池在使絮狀物沉淀的同時，還可以是在反應(yīng)池未能生成良好絮狀物的物質(zhì)繼續(xù)絮凝，生成可沉性絮狀物。當(dāng)出水濁度4~8度時，出水中仍然存在大力的數(shù)量可觀的絮狀物，說明沉淀池具有進(jìn)一步的絮凝作用，如果斜板區(qū)有足夠的長度，出水濁度還可以下降，這種現(xiàn)象在其他形式沉淀池中是觀察不到的。日本東崗水廠側(cè)向流翼片斜板沉淀池，具有足夠長的翼片斜板區(qū)9.25m，出水濁度為2度，說明該沉淀池具有沉淀、絮凝，進(jìn)而深度沉淀處理的能力。
　　水在翼片斜板區(qū)中流動時，在主流區(qū)呈層流狀態(tài)，進(jìn)入翼片區(qū)時呈渦流狀態(tài)，流速之間具有足夠的速度梯度，顆粒之間具有充分的碰撞機(jī)會，因而具有良好的絮凝作用。
　　在設(shè)計側(cè)性流翼片斜板沉淀池時，宜減小斜板區(qū)的深度而加長其長度，從而可以減小深度對出水水質(zhì)的不利影響，又可充分發(fā)揮其長度絮凝的沉淀作用。但是，翼片斜板的絮凝作用絕不可以取代補(bǔ)償反應(yīng)池的作用。有人作了試驗^[4]，不經(jīng)反應(yīng)池反應(yīng)或減少反應(yīng)時間，沉淀池的出水濁度都會增大。

4. 注意的幾個問題

4.1 布水方式
　　水在側(cè)向流翼片斜板沉淀池中是水平流動的，為使反應(yīng)池配水均勻，應(yīng)采用花墻和縫隙布水墻等方式布水。在翼片斜板區(qū)前端，設(shè)立前過渡端。
4.2 集水方式
　　如前所述，沉淀池上層出水濁度低，下層出水濁度高；由于異重流的影響，上層水平流速低，下層水平流速高。所以沉淀池進(jìn)水，應(yīng)采用上層集水或中上層集水方式。在翼片斜板區(qū)的后端，設(shè)立后過渡段。
4.3層間的銜接方式
　　各層翼片斜板之間的銜接，應(yīng)達(dá)到使上層翼片斜板的沉淀物滑落在下層翼片環(huán)流區(qū)內(nèi)的斜板上，以防止落在流速高的主流區(qū)，造成二次污染。
4.4 阻水板
　　在翼片斜板區(qū)與沉淀池側(cè)面墻壁之間應(yīng)設(shè)立阻水板，防止原水形成股流穿透，影響出水水質(zhì)；斜板區(qū)底部與沉泥區(qū)之間應(yīng)設(shè)立阻水板，防止原水形成股流穿透，將沉淀物沖走影響出水水質(zhì)。
4.5 翼片斜板的深度與層數(shù)
　　水深愈大，翼片斜板區(qū)的出水濁度越大，而且呈指數(shù)規(guī)律增加。所以，選用翼片斜板區(qū)的高度不宜超過3m，翼片斜板的層數(shù)不大于3層。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 劉燦生（翼片斜板試驗研究）哈爾濱建筑工程學(xué)院學(xué)報1985年6期
　　[2] 丹保憲仁 橋本克纮 ほヵ，アニドチセニネル，セベレダ（111），水道協(xié)會雜志，Vol：51，V12，P29~38(1982)
　　[3] 李繼震（在設(shè)計側(cè)向流翼片斜板沉淀池時應(yīng)注意的幾個問題） 建筑技術(shù)通訊。給水排水1993年
　　[4] 羅輝榮（迷宮式斜板沉淀機(jī)理的探討）建筑技術(shù)通訊。給水排水1990年5期

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　　李繼震簡介
　　李繼震，1939年生，哈爾濱市人，研究員級高級工程師。1958年考入哈爾濱工業(yè)大學(xué)，1963年畢業(yè)于哈爾濱建筑工程學(xué)院。曾工作于國營鐵力木材干餾廠、哈爾濱自來水集團(tuán)有限責(zé)任公司，任總工程師、副總經(jīng)理，現(xiàn)任哈爾濱怡和水技術(shù)工程有限公司董事長、總經(jīng)理。本人擁有三項專利權(quán)。獲建設(shè)部科技進(jìn)步一等獎兩項、二等獎一項，黑龍江省建委科技進(jìn)步一等獎一項，伊春市科技進(jìn)步二等獎兩項。參與編寫地下水除鐵除錳論文集，主編《城鎮(zhèn)供水技術(shù)》一書，在《中國給水排水》、《給水排水》等雜志和學(xué)會上發(fā)表論文30余篇。