關于次高濁度水沉淀池的計算方法

靳莉莉

次高濁度水是指泥沙濃度在低濁度水與高濁度水之間的水，即沉淀時會呈現出擁擠沉降的特點，但是沒有渾液面，這種水處于高濁度向低濁度過渡階段。次高濁度水具有的從高濁度水到低濁度水的過渡性質等濃度面的沉速及其沉降曲線的測定原理;在等濃度面的概念和渾水動水沉淀濃縮規律的基礎上,提出了等濃度型和沙峰型次高濁度水沉淀池的計算方法。

關鍵詞：次高濁度水；沉淀池；計算方法

中圖分類號：TU991.23文獻標識碼：A 文章編號：

一、次高濁度水的相關概念

水的濁度是指水的渾濁程度。定義為在1升水中含白陶土（或）所產生的渾濁程度為1度。由于水中含有的泥沙、粘土及有機物等能夠使水渾濁，所以可以用濁度來表示水中懸浮物的量。水的濁度高，說明水中的懸浮物（沙石、粘土等）含量高，對水處理運行不利?？刂扑臐岫仁腔瘜W水處理的一項重要內容。水的用途不同，對水的濁度要求也不同。例：生活飲用水的濁度不能超過5度；循環冷卻水的濁度不能超過10度。用于化學水處理的水：順流再生固定床不能超過5度；對流床則不能超過2度等。當河水中的泥沙含量較高時，水流的形態不管是靜水沉淀還是動水沉淀，都會在這一過程中形成一個清、濁水層分界面非常清晰的渾液面，這種水擁擠沉降的形式為渾液面，因此稱其為高濁度水。當高濁度水以靜水的形態進行沉淀時，渾液面下會呈現出一個渾水層，該渾水層的濃度變化相對較慢，稱其為均濃渾水層。這種水層是由于自然絮凝的泥沙擁擠沉降形成的。均渾水層的主要成分是水中的細粒泥沙，而一些粗粒泥沙則會不斷的沉淀、除去，因此屬于均渾水層的不穩定部分；而那些不會被沉淀除去的細粒泥沙則是均濃渾水層的穩定組成部分。因此按照這個概念，原水中的泥沙區可以分為兩個部分，即穩定部分和不穩定部分。高濁度的水進行沉淀時，原水中的穩定的泥沙濃度對形成均濃渾水層及出現渾液面等均有直接的影響。當原水中的泥沙濃度在低濁度和高濁度之間，在沉淀時有擁擠沉降的特點，但并沒有出現渾液面，該水層的性質表現出高濁度向低濁度過渡，因此稱其為次高濁度水。

二、次高濁度水沉淀池在自然沉降工作狀態的計算

在沉淀池中，次高濁度水的流動與沉淀狀況和高濁度水相近，其表現在以下幾點：第一，高濁度水在池中所呈現出的異重流現象，次高濁度水也同樣具備，只是其典型性不如高濁度水；第二，次高濁度水沉淀的過程中不會出現渾液面，但是會呈現出一個過渡層，其等濃度面可以類比高濁度水的渾液面；第三，次高濁度水沉淀池的出水泥沙濃度和過波層的高程位置有著密切的關系。因此渾水的動水沉淀濃縮規律同樣適用于次高濁度水。

如果池中的次高濁度水的流量及泥沙濃度為固定值，則池中的等濃度面以下的渾水設為計算渾水層，則其體積計算公式如下式所示：

W=aQfHoω

上式中：W：計算渾水層體積

Ho：沉淀池的水深

Qf：次高濁度水流量

a：系數，可取1.7

ω：次高濁度水沉淀濃縮參數

在計算次高濁度沉定濃縮參數ω時，采用解析法進行計算相對簡單。次高濁度水沉淀濃縮曲線φ-ξ前段為直線，其方程表達如下式所示：

φ=1-upξ

若ξ<ξK，則

ω=（1+φ）ξ/2=[1-（up/2ξ）] ξ

即ω與直線下梯形面積相等。若ξ<1/ up，則

ω=1/2 up +△≈1/2 up

即ω與直線下三角形面積up與三角形以外的面積△之和相等。由于次高濁度水中淤積層的比例非常小，因此△通常是個很小的值，為了簡化計算過程即使將其忽略不計也不會產生太大誤差。則將上述公式代入后可以得出計算渾水層的體積為：

W=aQfHo/2 up

如果沉淀池處于不排泥的工作狀態，則渾水層的體積會由于泥沙未排出而越來越大，相應的等濃度面也會不斷的提高；逐漸等濃度面就會接近出水堰，在等濃度面上還有水層，這些水層就會被出水挾出，從而出水泥沙的濃度就會越來越高；一旦等濃度面升到一定高度，該高度恰可被挾出，設沉淀池所出水的泥沙深度為ρ0，如果設池中等濃度面上的泥沙濃度和靜水沉淀的濃度分布是相等的，靜水沉淀時其等濃度面以上水層還會有一定的殘留濃度，則沉淀池的出水濃度可以與之相等，設等濃度面以上水層的殘留濃度為ρ1，則ρ0=ρ1。

可以采用池底排泥的方法控制等濃度面的高度，如果排泥的流量與渾水層體積的增長速度相等，則等濃度面也會相應的穩定，則此時沉淀池排泥流量可以表達為下式：

Qu=dw/dt=aQfφ

為了降低排泥流量，要保證水的沉淀時間要足夠，當其處于沉淀濃縮曲線的K點后，則沉淀池的排泥濃度則可以推算如下式：

Qfρ1=Q0ρ0+Quρu

ρu=Qfρf-Quρu/Qu

通常次高濁度水沉淀池連續的排泥流量比較低，因此實際生產中一般采用間歇排泥的方法，即池內的積泥積累到一定程度時再排泥。此時會造成池內的等濃度面會在一定幅度內波動，不過排泥水量只占進水量的很小比重，因此此波動幅度可以忽略不計。則排泥流量及水量平衡關系可以表達如下式：

Qf=Q0+Qu

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

則可以得出沉淀池的進水流量如下式：

Qf ={（ρu -ρ0）/（ρu -ρf ）}?Qu

最終可以計算出沉淀池的面積應為：

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

而沉淀池的面積至少要大于等濃度面分離清水時所需要的最小面積，設其為Ωmin，則

Ω≥Ωmin=λ?Q0/up

上式中λ是系數，對于高濁度水來說，λ可以取1.3-1.35之間，而低濁度水λ則取值在1.2-1.5范圍內，參考二者的取值范圍，則次高濁度水的λ取值范圍可以設定為1.3-1.5之間。當根據上式求出沉淀池的面積比界限值要小時，即Ω<Ωmin，則可以先設定Ω=Ωmin，然后再推算出沉淀池的深度計算公式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）]}

總之，在給排水工程、選礦廠以及化工、鋼鐵等多個行業均會用到沉淀技術，而設置各種不同形式的沉淀池，本文提出了次高濁度水沉淀池的算法，希望可以與業內同行共同討論。

參考文獻：

[1] 李圭白. 試論高濃度、中濃度和低濃度渾水沉淀池的統一計算方法[J].哈爾濱建筑工程學院學報,2005(1)

[2] 閻立華. 高濁度水沉淀池計算理論的實驗驗證[J].哈爾濱建筑工程學院學報,2003(2)

[2]崔設華 高、中、低濁度水混凝最優GT值研究『D]．暗爾濱：暗爾濱建筑大學，1988

注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。