网绳梳流沉淀池 技术领域 本发明属于给水和排水处理工艺技术领域， 特别是给水和排水工程的沉淀处理， 具体地说是一种网绳梳流沉淀池。
背景技术 沉淀是用于分离水中固体颗粒的重要工艺过程， 沉淀池在给水的水质净化和雨污 水的水质处理中广泛采用。 平流式沉淀池因其构造简单， 造价低廉， 管理方便而在水质的沉 淀处理中发挥着重要作用。在一般沉淀池中， 为使水流和所携带的固体颗粒均匀地分布在 沉淀池的横断面上， 要在沉淀池的水流进口处设置一堵进水穿孔墙， 进水穿孔墙一般用钢 筋砼制作， 但是由于施工条件所限， 穿孔流速可达 0.3 ～ 0.5m/s。 这样不仅增加了配水的水 头损失， 而且易使絮体破碎， 恶化沉淀效果， 还因孔口射流的水力扰动而影响沉淀效率。
平流式沉淀池还有诸如水流均匀性差， 短路滞留现象严重， 沉淀效果不理想， 容积 利用率低下等缺点。
发明内容
针对平流式沉淀池的缺点和不足， 本发明要解决的技术问题在于提供一种水流均 匀性好、 沉淀效能好而且容积利用率高的网绳梳流沉淀池。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下 ： 一种网绳梳流沉淀池， 包括沉 淀池， 其特征在于 ： 沉淀池前端的水流进口处过水断面上设置均流网绳， 沉淀池前端均流网 绳后面设有 N 道前部网绳， 均流网绳与第一道前部网绳之间、 相邻的两道前部网绳之间的 沉淀池底部分别设有锥状集泥斗， 各锥状集泥斗底部装有排泥管。
前部网绳通常设置四道即可满足需要。
进一步的， 在沉淀池中部的过水断面上设 1 ～ 2 道中部网绳， 以防止沉淀颗粒的再 次跃起。
安装在沉淀池前部的均流网绳用以均布水流。
本发明应用流体力学原理， 用均流网绳取代进水穿孔墙， 并在平流式沉淀池中设 置一道道网绳， 用网绳梳流的办法， 增大弗劳德数， 改善水流的流动状况和固体颗粒的沉淀 条件， 使沉淀效能得以整体提升。
根据日本学者佐藤等人的研究， 在沉淀池水平流速为 25mm/s 时， 进水穿孔墙的射 流影响长度将达 5m 之远， 降低了沉淀池的使用效率。
第一， 将现阶段的进水穿孔墙改用均流网绳后， 絮体破碎和水力扰动将明显降 低；
这是因为过网的水流运动是一种绕流运动， 其尾迹不对沉淀产生明显干扰。和应 用进水穿孔墙的孔口射流相比， 在整流效果相同的情况下水力损失也能大大降低。一般来 说， 穿孔墙的水力损失约 0.2 ～ 0.5m， 而均流网绳的水力损失可控制在 0.1m 以下。
第二， 在沉淀池前部的沉淀区设置的 4 道前部网绳， 用以改善沉淀池的水流状况 ；对于大多数的沉淀池， 其雷诺数在 4000 ～ 20000 之间， 属紊流范畴。紊流是一种随机的旋涡运动， 大大小小的涡旋充塞着水体。大涡旋的尺度可以和沉淀池的 宽度和深度相当。很明显， 大涡旋会对沉淀池的水流进行翻腾搅动， 不利于悬浮颗粒的沉 淀， 使沉淀池的容积利用系数大大降低。 有资料表明， 一般沉淀池的容积利用系数多在 50％ 上下， 很少有超过 80％的， 这就是说， 有 20％～ 50％的沉淀空间远远没有发挥其沉淀去除 作用。
在沉淀池的过水断面上放置网绳后， 网绳中的每一个网格都对水流进行梳理， 使 网绳后的涡旋减小到网绳网格的量级。参见图 2 ： 如果网格的边长宽度为 M， 则网后水流涡 旋的尺度与网格宽度 M 为同一数量级， 这就有效防止了大涡旋对沉淀池的扰动， 从而提高 沉淀池的容积利用效率。
为验证这一设想， 发明者对加网绳改进沉淀池的水力条件进行了测试。
试验以亚甲兰为示踪剂， 其优点是流态比较清晰， 便于取样， 比色分析也较方便。 试验采用的亚甲兰浓度为 1.74 克 / 升， 一次投加量为 20 毫升， 投加时间为 6 ～ 7 秒。
试验是在水平放置的沉淀池中进行的， 自来水先进入综合混合器， 然后分两股分 别流经本发明即网绳梳流沉淀池和现有的普通平流沉淀池， 最后通过容积计量计装置由出 口流出。示踪剂从混合器由针管瞬时加入并在出口处定时采集水样， 采样时间的间隔为 8 秒， 采样后测定亚甲兰浓度， 并绘制出示踪剂浓度随时间变化的分布曲线如图 3， 亚甲兰的 回收率在 87 ～ 100％之间。 试验用 600 升 / 时和 910 升 / 时二种流量进行了停留时间的测定。
图 3 为 910 升 / 时示踪剂在普通沉淀池和网绳梳流沉淀池中的分布曲线， 实线是 网绳梳流沉淀池的沉淀曲线， 虚线是普通沉淀池的沉淀曲线， 从图中可以看出， 示踪剂在出 口处的出现时间、 消失时间、 浓度峰值时间、 反应池理论停留时间及反应池的平均实际停留 时间为 ： 普通沉淀池 ： t1′＝ 5′ 15″， t2′＝ 8′， tp′＝ 5′ 57″， T′＝ 6′ 32″， ta′＝ 6′ 04″ ； 网绳梳流沉淀池 ： t1 ＝ 5′ 43″， t2 ＝ 7′ 45″， tp ＝ 6′ 13″， T ＝ 6′ 20″， ta ＝ 6′ 15″。
由此得出， 网绳梳流沉淀池的峰值前后时间基本相同， 说明水流流态稳定， 比普通 沉淀池更接近于理想沉淀池。
表 1 为停留时间试验的特征参数表。
表 1 停留时间试验的特征参数表
表中 ： T- 反应器的理论停留时间
ta- 反应器的平均实际停留时间
tp- 峰值对应的时间
t1- 示踪剂在出口处初始出现时间
t2- 示踪剂在出口处消失时间
表中的 t1/T 值反映了短流存在的程度， 其值愈小表明短流愈严重， 多次试验表明 说明网绳沉淀优于普通沉淀， 加网绳后将 普通平流沉淀池的 t1/T 值小于网绳梳流沉淀池， 使短流大大改善。从上表明确得知 ： 流量 910 升 / 时， 普通池产生的短流比本发明产生的短 流低 11.1％ ； 流量 600 升 / 时 ； 普通池产生的短流比本发明产生的短流低 15％。
tp/T 表示推流存在的程度， 此值高说明沉淀池有良好的水力效率， 比较两种不同 流量的本发明的 tp/T 值和普通平流沉淀池的 tp/T， 网绳梳流沉淀池的 tp/T 值均高于普通 平流沉淀池的 tp/T， 并且网绳梳流沉淀池的 tp/T 接近于 1， 说明网绳沉淀接近理想推流式 沉淀， 有良好的水力效率。上表的试验数据表明， 加网绳后， 水力效率可提高 10％以上。
ta/T 是实际停留时间与理论时间的比值， 即所谓容积利用系数， 是表征沉淀池水 力特征的一个主要参数， 能衡量因死水区和非均匀流形成的短流和环流。几次试验所得数 据， 本发明的 ta/T 值都比普通平流沉淀池的 ta/T 值高， 且网绳沉淀的 ta/T 也都接近于 1， 说明网绳沉淀接近于理想推流式沉淀池， 有着很高的容积利用率。
t2/t1 是最小流速的水流与最大流速的水流在池中停留时间的比值， 称为水流的扩 散系数， 反映着水流的混杂程度， 也是水中大尺度涡流存在数量的表征， 网绳梳流沉淀池的 t2/t1 低于普通平流沉淀池的 t2/t1， 正是网绳控制了涡体尺度， 改善了水力学条件的重要标 志。 此值高说明水流的混合扰动激烈， 大尺度涡旋较多， 不利于沉淀。 普通平流沉淀池的 t2/ t1 值大于网绳梳流沉淀池的 t2/t1 值， 这也说明网绳有控制涡旋尺度的作用， 能消除不利于 沉淀的大尺度涡流， 使微涡体在整个涡体分布中的比重加大。
从以上讨论可以明显看出， 在不同流量中本发明的这四项水力参数都具有优势， 且接近理想推流沉淀池， 特别是网绳梳流沉淀池能将反映涡体尺度的 t2/t1 值控制在较低 的数值上， 这是网绳梳流沉淀池效率高的重要原因。
目前常用的沉淀池都存在一个共同的问题， 即水流均匀性差， 短路滞留现象严重， 很难将沉淀控制在较理想的状态。由于常用的普通沉淀池其水力损失大部集中在边界附 近， 横断面上速差大， 速度梯度分布不均匀， 沉淀池中形成的大涡旋造成水流的大范围扰 动， 对沉淀不利。
而网绳对水流进行了 “整理” ， 使水流在横断面上的分布趋于均匀， 水流每通过一 个网绳即形成大量微小涡体， 改善了水流的紊动结构， 避免了短路和滞留， 为沉淀提供有利 条件。
总之， 网绳梳流沉淀池水流均匀， 避免了短路及滞留， 有高的容积利用率， 有良好 的推流状况， 以较优的水力条件达到了高效沉淀的目的。
第三， 在沉淀池中部的过水断面上设置的 1 ～ 2 道中部网绳， 能防止沉淀颗粒的再 次跃起 ；
近代流体力学研究表明， 紊流的猝发现象将对颗粒沉淀造成影响， 紊流猝发可发 生在水流运动的任意时刻， 其表现为池底低速流动带的水流可从池底抬升到中部， 而中部 高速带的水流随即向池底进行扫荡。猝发的抬升和扫荡在沉淀池频繁发生， 会使沉淀颗粒 再次跃起进行入澄清后的水体， 使沉淀工况受到破坏。著名学者萨 在水槽试验中系统观 测到多达 20％的底部泥沙在紊流猝发的作用下上升到水体中部， 破坏了沉淀效果。在沉淀 池的过水断面加设中部网绳， 就能减小猝发对沉淀的影响进而提高沉淀效率。
平流沉淀池因沉淀时间较长而导致池体长度较长， 受风力造成的偏流和密度差引 起的异重流也对沉淀池的工况形成很大影响。 加装的中部网绳， 改善了沉淀池的流动条件， 能明显减小偏流和异重流的影响而改善沉淀池的工作状况。
本发明与现有技术相比， 其突出的效果在于 ： 1、 在沉淀池前端用均流网绳取代进水穿孔墙可降低造价 10％， 降低能耗 30％。 2、 沉淀池前部的沉淀区加设的前部网绳， 可使沉淀池的容积利用系数提高 10％以上。 3、 沉淀池中部加设中部网绳， 有效防止了紊流猝发以及其他的自然因素对沉淀池 的影响， 提高了沉淀池的工作效能。
总之， 建立在现代流体力学理论基础上的网绳沉淀大大改善了沉淀池的水力条 件， 用网绳梳流沉淀池代替和改造现有的普通平流沉淀池将使沉淀效率大大提高， 节约投 资， 降低能耗 ； 在发展低碳经济、 改善环境面貌方面将发挥重要作用。
附图说明
图 1 是本发明的结构示意图，
图 2 是网格对水流梳理的原理示意图，
图 3 为本发明与普通平流沉淀池示踪剂试验流量是 910 升 / 时的示踪剂分布曲 线，
图 4 是均流网绳的结构示意图。
图中 ： 1- 均流网绳， 2- 前部网绳， 201- 第 - 道前部网绳， 3- 中部网绳， 4- 集泥斗， 5- 排泥管， 具体实施方式
如图 1 所示 ： 一种网绳梳流沉淀池， 包括沉淀池， 其特征在于 ： 沉淀池前端的水流 进口处过水断面上设置均流网绳 1， 沉淀池前端均流网绳 1 后面设有 N 道前部网绳 2， 均流 网绳 1 与第一道前部网绳 201 之间、 相邻的各道前部网绳 2 之间的沉淀池底部分别设有锥状集泥斗 4， 各锥状集泥斗 4 底部装有排泥管 5。
前部网绳 2 通常设置四道即可满足需要。
为防止沉淀颗粒的再次跃起， 在沉淀池中部的过水断面上设 2 道中部网绳 3。
参见图 4 ： 均流网绳 1 是用聚丙烯 (PP) 编结的如同渔网状的网孔结构， 网孔通常 为 5×5mm。
前部网绳 2 及中部网绳 3 的结构与均流网绳 1 相同， 只是网孔通常为 10×10mm 至 12×12mm。
沉淀池进水端的高度大于与沉淀池出水端的高度， 使沉淀池底部的泥沙流向锥状 集泥斗 4， 从排泥管 5 排出。