出　　自： 《中國給水排水》 1997年第3期第24頁
發(fā)表時(shí)間： 1997-3

張玉先；張春妍；閆勝全
( 同濟(jì)大學(xué) )

　　各種沉淀、澄清構(gòu)筑物出水集水系統(tǒng)對沉淀效果產(chǎn)生一定影響，設(shè)計(jì)不當(dāng)常出現(xiàn)短流、沉渣上浮及環(huán)向異重流。一些使用、施工單位往往為了施工方便，總是要求變更圖紙、改變集水方式。為了對各集水形式進(jìn)行比較，擬就常用的集水方式作一些分析討論。

1 集水方式比較

　　常見的沉淀澄清池出水集水系統(tǒng)大多采用的幾種形式:
1.1 穿孔管集水
　　集水管采用鋼管、鑄鐵管或水泥管，上部開雙排斜向或單排 φ20～φ 25mm進(jìn)水孔，孔口淹沒水深H=0.07～0.10m，集水管中心間距1.2～1.8m。為使各孔口出水量相等，集水管應(yīng)是不滿流的，設(shè)一定坡度、按無壓圓管均勻流計(jì)算(孔口流量計(jì)算式略)。
　　這種集水方式常因孔口淹沒深度H值發(fā)生變化而出現(xiàn)滿管流。結(jié)果近出水終端出水較多、有時(shí)帶出沉泥而發(fā)黃，集水管起端出水較少，使整個(gè)沉淀(澄清)池出水不均勻。
1.2 孔口出流集水槽集水
　　集水槽一般為矩形，槽內(nèi)水深按明渠非均勻流計(jì)算。集水槽中心間距1.5～2.0m。兩側(cè)開 25～ 32mm進(jìn)水孔或預(yù)埋短管。孔口淹沒深度H=0.05～0.07m，超高0.20m。孔口出流跌落0.05m。
　　這種集水系統(tǒng)集水均勻，即使兩孔口淹沒水深有一定差別也不致于使其流量相差很大。例如兩孔口標(biāo)高差0.01m,則兩孔口出流量比為 孔口出流集水槽所開進(jìn)水孔很多，欲使均處于同一水平面上施工難度較大，可采用鋼板條開孔后安裝在集水槽兩側(cè)的方法，檢修時(shí)僅對緣口開孔鋼板條維護(hù)調(diào)換。
1.3 水平堰出流集水槽集水
　　當(dāng)集水槽兩側(cè)不開進(jìn)水孔，而在槽緣粉刷水平或粉成一條薄壁堰口，成為水平堰口出流集水槽。如因施工誤差及不均勻沉降，堰口高度不水平時(shí)過水流量誤差增大。如兩處堰口高差0.01m，則兩處流量比為q 1 /q 2 =(H 1 /H 2 ) 15 =(0.05/0.06) 15 ～(0.07/0.08) 15 =0.76～0.82，于是出現(xiàn)堰口低處出水流量大，以致于抽吸帶走礬花。當(dāng)然也可以按照穿孔集水槽方法，堰口安裝活動(dòng)鋼板定期校正高度。
　　堰口出流集水槽一般設(shè)計(jì)成自由跌落式出流，斷面計(jì)算同孔口出流集水槽。
1.4 齒形堰出流集水槽集水
　　常用的齒形堰集水槽，由鋼板切割若干倒三角形加工而成。堰口下緣與集水槽外側(cè)水面高差即堰口作用水頭，多取0.05～0.07m。當(dāng)堰口作用水頭相差0.01m，則兩三角堰出水流量比為q 1 /q 2 =(H 1 /H 2 ) 2.5 ，顯然誤差更大。
　　比較孔口出流集水、水平堰口出流集水和齒形堰出流集水系統(tǒng)不難看出，如果均安裝可調(diào)堰(孔)板，則三角齒形堰加工復(fù)雜、水平薄壁堰最為方便；當(dāng)水中有較多漂浮物時(shí)孔口出流集水槽較難排出；當(dāng)沉淀(澄清)池不均勻沉降或者集水槽發(fā)生變形位移，孔口出流集水槽引起的出水流量誤差最小。
此外，設(shè)置孔口出流集水槽的沉淀池，對進(jìn)水量突然變化有一定調(diào)節(jié)作用。例如，當(dāng)一級泵房取水量突然增大，集水槽孔口淹沒深度由0.05m增加到0.10m，整個(gè)沉淀(澄清)池水位抬高50mm，則孔口流量增加41.4%，尚有部分水量不會(huì)馬上流入濾池使濾池負(fù)荷驟然增加過多。如維持濾池進(jìn)水流量增加41.4%，則水平堰口出流集水的沉淀池水面抬高13mm，而齒形堰出流集水的沉淀池水面僅能抬高7.4mm，基本上無調(diào)節(jié)作用，這一現(xiàn)象對于平流式沉淀池作用明顯。所以孔口出流集水槽被廣泛采用。

2 集水槽布置對沉淀效果的影響

2.1 圓形澄清池集水槽布置
圓形澄清池清水區(qū)既有垂直向上水流又有水平方向水流，導(dǎo)致泥渣向外側(cè)慣性流動(dòng)，水質(zhì)渾濁。故必須在澄清池內(nèi)、外側(cè)均設(shè)集水槽，并適當(dāng)提高外側(cè)集水槽高度，強(qiáng)迫清水向內(nèi)側(cè)流動(dòng)。一般取內(nèi)側(cè)水流上升流速2mm/s，外側(cè)水流上升流速0.8～1.0mm/s，同時(shí)按照集水面積確定集水槽淹沒深度。較大直徑的圓形澄清池每隔3～4m設(shè)置一根徑向集水槽、進(jìn)水淹沒水深沿徑向逐漸減小是正確的。
2.2 平流式沉淀池集水槽布置
平流式沉淀池因長度較大、其水平流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于豎向流速，故主要考慮水平流速變化對沉淀效果的影響。
近年來，對平流式沉淀池有了全面認(rèn)識，普遍設(shè)計(jì)了較高的水平流速，為此在近沉淀池終端加設(shè)了中途集水槽(如圖1)，假定每條集水槽溢流量相等，能夠去除的雜質(zhì)臨界沉速平均值為u 0 ，沉淀池水平流速為υ，根據(jù)沉淀理論分析則有

未加中途集水槽前沉淀顆粒臨界沉速為u0 ，和沉淀池長L、深度H及水平流速υ的關(guān)系是 。加設(shè)兩條中途集水槽后可使堰口溢流負(fù)荷減少2/3，顆粒臨界沉速減少9%。
考慮到沉淀池吸泥機(jī)行走不便，常把垂直于水平流速方向的集水槽改為平行的指形槽(如圖2所示)，同樣具有上述作用。沉淀顆粒臨界沉速計(jì)算如下:

假定沉淀池長為l、深為H，出水區(qū)設(shè)若干條長為ι的集水槽和一條出水渠，每條集水槽一側(cè)開進(jìn)水孔n個(gè)，兩進(jìn)水孔間距為△x，每條集水槽出水流量為q，沉淀池水平流速υ，自第一個(gè)進(jìn)水孔開始依次減少1/n，于是得:

經(jīng)推算上式可以近似回歸為

3 結(jié)語

本文從理論上分析了沉淀(澄清)池各種集水方式的適用條件及中途集水槽提高沉淀效率的出發(fā)點(diǎn)和計(jì)算方法。完全適用于實(shí)際工程的計(jì)算設(shè)計(jì)。

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作者通訊處:200092 上海 同濟(jì)大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院
(收稿日期1996-11-29)