次高濁度水沉淀池在自然沉降工作狀態(tài)的計(jì)算

來(lái)源：http://m.ssygc.com/ 作者：余氯檢測(cè)儀 時(shí)間：2019-01-02

　　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(shí)會(huì)呈現(xiàn)出擁擠沉降的特點(diǎn)，但是沒(méi)有渾液面，這種水處于高濁度向低濁度過(guò)渡階段。次高濁度水具有的從高濁度水到低濁度水的過(guò)渡性質(zhì)等濃度面的沉速及其沉降曲線的測(cè)定原理;在等濃度面的概念和渾水動(dòng)水沉淀濃縮規(guī)律的基礎(chǔ)上,提出了等濃度型和沙峰型次高濁度水沉淀池的計(jì)算方法。

　　關(guān)鍵詞：次高濁度水;沉淀池;計(jì)算方法

　　一、次高濁度水的相關(guān)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(chǎn)生的渾濁程度為1度。由于水中含有的泥沙、粘土及有機(jī)物等能夠使水渾濁，所以可以用濁度來(lái)表示水中懸浮物的量。水的濁度高，說(shuō)明水中的懸浮物(沙石、粘土等)含量高，對(duì)水處理運(yùn)行不利。控制水的濁度是化學(xué)水處理的一項(xiàng)重要內(nèi)容。水的用途不同，對(duì)水的濁度要求也不同。例：生活飲用水的濁度不能超過(guò)5度;循環(huán)冷卻水的濁度不能超過(guò)10度。用于化學(xué)水處理的水：順流再生固定床不能超過(guò)5度;對(duì)流床則不能超過(guò)2度等。當(dāng)河水中的泥沙含量較高時(shí)，水流的形態(tài)不管是靜水沉淀還是動(dòng)水沉淀，都會(huì)在這一過(guò)程中形成一個(gè)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(chēng)其為高濁度水。當(dāng)高濁度水以靜水的形態(tài)進(jìn)行沉淀時(shí)，渾液面下會(huì)呈現(xiàn)出一個(gè)渾水層，該渾水層的濃度變化相對(duì)較慢，稱(chēng)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(xì)粒泥沙，而一些粗粒泥沙則會(huì)不斷的沉淀、除去，因此屬于均渾水層的不穩(wěn)定部分;而那些不會(huì)被沉淀除去的細(xì)粒泥沙則是均濃渾水層的穩(wěn)定組成部分。因此按照這個(gè)概念，原水中的泥沙區(qū)可以分為兩個(gè)部分，即穩(wěn)定部分和不穩(wěn)定部分。高濁度的水進(jìn)行沉淀時(shí)，原水中的穩(wěn)定的泥沙濃度對(duì)形成均濃渾水層及出現(xiàn)渾液面等均有直接的影響。當(dāng)原水中的泥沙濃度在低濁度和高濁度之間，在沉淀時(shí)有擁擠沉降的特點(diǎn)，但并沒(méi)有出現(xiàn)渾液面，該水層的性質(zhì)表現(xiàn)出高濁度向低濁度過(guò)渡，因此稱(chēng)其為次高濁度水。

在線濁度儀

　　二、次高濁度水沉淀池在自然沉降工作狀態(tài)的計(jì)算

　　在沉淀池中，次高濁度水的流動(dòng)與沉淀狀況和高濁度水相近，其表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：第一，高濁度水在池中所呈現(xiàn)出的異重流現(xiàn)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(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)渾液面，但是會(huì)呈現(xiàn)出一個(gè)過(guò)渡層，其等濃度面可以類(lèi)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(guò)波層的高程位置有著密切的關(guān)系。因此渾水的動(dòng)水沉淀濃縮規(guī)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(shè)為計(jì)算渾水層，則其體積計(jì)算公式如下式所示：

　　W=a’QfHoω

　　上式中：W：計(jì)算渾水層體積

　　Ho：沉淀池的水深

　　Qf：次高濁度水流量

　　a’：系數(shù)，可取1.7

　　ω：次高濁度水沉淀濃縮參數(shù)

　　在計(jì)算次高濁度沉定濃縮參數(shù)ω時(shí)，采用解析法進(jìn)行計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單。次高濁度水沉淀濃縮曲線φ-ξ前段為直線，其方程表達(dá)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(gè)很小的值，為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程即使將其忽略不計(jì)也不會(huì)產(chǎn)生太大誤差。則將上述公式代入后可以得出計(jì)算渾水層的體積為：

　　W=a’QfHo/2 up

　　如果沉淀池處于不排泥的工作狀態(tài)，則渾水層的體積會(huì)由于泥沙未排出而越來(lái)越大，相應(yīng)的等濃度面也會(huì)不斷的提高;逐漸等濃度面就會(huì)接近出水堰，在等濃度面上還有水層，這些水層就會(huì)被出水挾出，從而出水泥沙的濃度就會(huì)越來(lái)越高;一旦等濃度面升到一定高度，該高度恰可被挾出，設(shè)沉淀池所出水的泥沙深度為ρ0，如果設(shè)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(shí)其等濃度面以上水層還會(huì)有一定的殘留濃度，則沉淀池的出水濃度可以與之相等，設(shè)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(zhǎng)速度相等，則等濃度面也會(huì)相應(yīng)的穩(wěn)定，則此時(shí)沉淀池排泥流量可以表達(dá)為下式：

　　Qu=dw/dt=aQfφ

　　為了降低排泥流量，要保證水的沉淀時(shí)間要足夠，當(dāng)其處于沉淀濃縮曲線的K點(diǎn)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(xù)的排泥流量比較低，因此實(shí)際生產(chǎn)中一般采用間歇排泥的方法，即池內(nèi)的積泥積累到一定程度時(shí)再排泥。此時(shí)會(huì)造成池內(nèi)的等濃度面會(huì)在一定幅度內(nèi)波動(dòng)，不過(guò)排泥水量只占進(jìn)水量的很小比重，因此此波動(dòng)幅度可以忽略不計(jì)。則排泥流量及水量平衡關(guān)系可以表達(dá)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(jìn)水流量如下式：

　　Qf ={(ρu -ρ0)/(ρu -ρf )}•Qu

　　最終可以計(jì)算出沉淀池的面積應(yīng)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(shí)所需要的最小面積，設(shè)其為Ωmin，則

　　Ω≥Ωmin=λ•Q0/up

　　上式中λ是系數(shù)，對(duì)于高濁度水來(lái)說(shuō)，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(nèi)，參考二者的取值范圍，則次高濁度水的λ取值范圍可以設(shè)定為1.3-1.5之間。當(dāng)根據(jù)上式求出沉淀池的面積比界限值要小時(shí)，即Ω<Ωmin，則可以先設(shè)定Ω=Ωmin，然后再推算出沉淀池的深度計(jì)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(gè)行業(yè)均會(huì)用到沉淀技術(shù)，而設(shè)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(yè)內(nèi)同行共同討論。

　　參考文獻(xiàn)：

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