串联式斜管反应沉淀池.pdf

本发明属于给水净化技术。
    目前为止，国内外在给水净化处理技术上，多采用隔板式或机械搅拌式混凝反应池和斜板、斜管式沉淀池。斜板和斜管两种沉淀池效果相仿，但由于斜管比斜板多了对水流的侧向限制，故斜管沉淀池的沉淀效果高于斜板式沉淀池，但二者没有质的差别。近年来又推出了由日本学者提出的迷宫式沉淀池，这种沉淀池是在斜板沉淀池基础上加上翼片，水流绕过翼片之后产生涡列，靠涡列强制地把水流输送至迷宫之中，迷宫中水流基本处于层流状态，是理想的沉淀场所，故其沉淀效果明显地优于斜板沉淀池，在其最佳工况时可比斜板提高效率四倍。尽管如此，上述各种混凝沉淀处理工艺，其出水浊度都远达不到饮用水标准。其原因在于，现有的斜板和斜管两种沉淀池，在沉淀过程中，斜板和斜管中均存在较强的紊流脉动，即存在着铅垂向上的脉动流速，其沉淀条件并不像人们所想象的层流状态，尤其高速区部分脉动更强。因为泥沙颗粒本身就是扰动源，因此、这种脉动是无法克服的。由此可见其沉淀工况并不理想。而迷宫沉淀池，迷宫中水流基本属于层流状态。故其沉淀效果较斜板、斜管有明显地改善。但这种沉淀池也有其致命的缺点，其主流区水力阻力最小，而水流有沿阻力最小的通道短路问题，即有一部分原水不进入迷宫中，直接由主流区通过，而这种短路的情况又取决于翼片后面涡列的情况。在某一速度范围内，涡列输送能力很强，使短路情况得到很大的改善，这时沉淀效率可比普通斜板式沉淀池提高四倍。但是离开这一速度范围，短路情况则大幅度增加，其沉淀效果急骤恶化。所以迷宫沉淀池的致命弱点是抗冲击能力差。由于上述沉淀池本身所存在的问题，尽管原水从混凝反应到沉淀停留50分钟左右，但其出水浊度尚远达不到饮用水要求，后面尚需接滤池过滤。一般情况下使其停留10分钟左右才可达到饮用水出水要求。但是在低温低浊情况下，由于混凝反应池中，水分子热运动减弱，加之浊度低，水中泥沙颗粒含量少这样泥沙颗粒发生碰撞形成小矾花的几率大为减少，所以原水混凝反应极不充分。由于小矾花颗粒难于形成，大矾花就更难于形成。故此使沉淀池的出水浊度更加无法保证，只能靠滤池来调解。这样就增加了滤池的负荷。需要对滤池频繁的反冲洗，大大地增加了反冲洗用水量，同时也缩短了滤料的补充更换时间。

    本发明的目的是设计一种串联式斜管反应沉淀池，以解决上述混凝反应、沉淀工艺中所存在地种种缺陷。

    本发明的基本思路是，使加入混凝剂的原水直接进入多级串联的园形斜管中。使其在斜管中产生多级同一方向螺旋运动，这样泥沙质点就受到离心惯性力作用。在混凝反应开始之前，泥沙比重为2.6左右，故这种离心作用也最强。在离心力作用下，泥沙颗粒被向管壁输送使其密度增大，增加了碰撞几率，故容易形成小的矾花颗粒。为了加速混凝反应，应使水流在前面几级斜管中切向流速加大。当矾花颗粒形成之后，再减慢管中的切向流速，在多级离心作用下，矾花进一步向边壁靠近，其密度进一步增大，矾花也进一步长大，长大的矾花再经过多级离心作用，被输送到近壁区。由于斜管中水流分为两个区，其一是紊流脉动区，另一是斜管近壁粘性底层区，这个区的流动基本处于层流状态，是理想的沉淀场所，因此在这个区域，泥沙稍一沉淀，便在斜管排泥侧沉降到边壁而滑下，达到沉淀目的。

    下面结合附图给出本发明的实施细节。

    附图为串联式斜管反应沉淀池。

    如图所示，本发明是由多级斜管①串联在一齐。在每一级斜管①上都设有一个入水口②和出水口③，为了保证水切向进入与流出斜管在多级斜管开口侧加设导流板④。

    为了保证反应和沉淀效果，将该多级斜管分为前后两个区。为了保证原水充分混凝反应，应使前区各级斜管的入、出口尺寸均远小于后区各级斜管的入、出口尺寸，以增加前区各级斜管中的切向流速。在前后两区的交接处，有一级斜管应使其入水口尺寸同前区;出水口尺寸同后区，这样使前后两区较好地串联在一齐。为了增加沉淀效果防止水流沿斜管的轴向和侧向由出水口短路，在靠近出水口的水平侧装有矩形挡水板⑤;侧向装有三角形挡水板⑥。为了防止含浊原水沿斜管底部短路，在斜管下边开口以下，设留有排泥孔的阻水板⑦或加长斜管留有35厘米以上的排泥段。并让其两级斜管为一组，每两组之间用铅垂到底的挡板⑧隔开。

    由于本发明将混凝反应与沉淀融合为一体，而且水流方式始终相同，从流动状态来看，已接近反应，沉淀最佳工况，故均比现有的混凝反应、沉淀工艺有着本质的改变。以沉淀池出水浊度比较，本发明可比迷宫式沉淀池出水浊度降低几十倍;比斜板沉淀池降低近百倍。由于从混凝反应到沉淀停留时间仅需要20～25分钟就可以达到饮用水的出水浊度，因此可以从根本上省去了滤池，这样不仅彻底地改变了传统的给水净化工艺，而且也大大地降低了工程造价。同时也使其具备了体积小灵活多变的特点，可根据需要制成不同规格的给水净化设备，扩大了应用范围。