李繼震

　　摘 要：迄今為止人們只研究了側向流翼片斜板沉淀池沿水平方向的除濁規律，而忽視了沿深度方向出水濁度的變化。文中重點探討了沿深度方向出水濁度的變化規律，從而提出了能全面概括水平方向和深度方向的濁度變化的除濁數學模式，探討了側向流翼片斜板沉淀池的設計計算方法，斜板區長度和高度的選擇，以及進水、出水、層間銜接等設計問題。

　　側向流翼片斜板沉淀池具有獨特的除濁機理和除濁規律。在生產實驗和模型試驗中發現，這種沉淀池的出水濁度，不僅沿著水平方向且在深度方向上也有很大變化。但是，迄今為止人們只對前者研究較多，而后者研究則未見報導。由于缺少對深度方向上濁度變化規律的研究，所以對其濁度規律的認識是不全面的，對出水濁度的推算與實際也有很大差別。文中對深度方向出水濁度的變化規律進行了探討，從而提出了側向流翼片斜板沉淀池的完全除濁規律。

1． 除濁規律與數學模式

　　對哈爾濱市三水廠30萬m³/d的側向流翼片斜板沉淀池（共6座，每池5m³/d）的除濁效果，進行了觀察和測試。側向流翼片斜板區長度7m，深度3.6m，分4層，斜板的底板距離9cm，翼片間距6cm，設計斷面流速8mm/s，主流區流速24mm/s。
1.1 水平方向的除濁規律
　　生產實驗中，在斜板區沿水流方向的不同長度點測定水的濁度，見圖1。從圖1中，出水濁度在水平方向上按負指數規律減少，均呈直線，該直線方程

　　　　　　　　　　　logC′-logC₀＝Ｋ′₁Ｌ　　　（1）
　　　　 式中 L－斜板區長度
C′ －長度為 時的濁度
C₀ －原水濁度
Ｋ′ －直線斜率，負值，其絕對值可由試驗求得
　　由公式（1）得,

　　　　　　　　　　　log(C′/Co)=K′₁L
ln(C′/Co)=[K′₁/0.4343]L
　　　　　　　　　　　C′=Co.e^k1L (2)

　　式中　　　K₁=K′₁/0.4343

1.21． 除濁規律與數學模式
　　對哈爾濱市三水廠30萬m³/d的側向流翼片斜板沉淀池（共6座，每池5m³/d）的除濁效果，進行了觀察和測試。側向流翼片斜板區長度7m，深度3.6m，分4層，斜板的底板距離9cm，翼片間距6cm，設計斷面流速8mm/s，主流區流速24mm/s。
1.1.21.1 水平方向的除濁規律
　　生產實驗中，在斜板區沿水流方向的不同長度點測定水的濁度，見圖1。從圖1中，出水濁度在水平方向上按負指數規律減少，均呈直線，該直線方程

　　1．高濁期，濁度115度，水溫15℃，斷面流速8mm/s，主流區速24mm/s。
　　2．低溫低濁期，濁度13度，水溫0℃，斷面流速8mm/s，主流區速24mm/s。

　　有的通過模型實驗的出如圖1的規律[1]，也有通過理論推導得出水平方向的除濁數學模式。[2]
1.1.21.2 深度方向的除濁規律
　　在側向流翼片斜板沉淀區出水端的不同深度處測定水的濁度，其波動范圍[3]水深<1.5、2m、2.5~3m和3.5m時，濁度分別為<10、10~20、15~35、30~60。從上述范圍看出，水深越大出水濁度越高，而且濁度增加的幅度也越大，見圖2。

　　從圖2中，出水濁度在深度方向上按指數規律增加，均呈直線，該直線方程

　　　　　logC-logC′₌K′₂H (3)
　　式中 H－斜板區的深度
　　　　 Ｃ′－斜板區表面出水濁度
K′₂－直線斜率，正值，其絕對值可由試驗求得
　　由式(3)得，

　　　　log(C/C′)₌K′₂H
C/C′=ln[C/C′0.4343].h
C=C′.e^k₂^H (4)
　　式中　　K₂=K′₂/0.4343
　　式（4）反應出翼片斜板區表層出水濁度最好，為C′ ，隨著深度 的增加出水濁度呈指數關系增加。由于上層翼片斜板沉淀物滑落到下層的途中，部分被主流去高速水流帶走，對下層翼片斜板處理的水造成二次污染、需進行二次沉淀，故越是下層接受上層翼片斜板滑下的沉淀物越多、造成的二次污染也越嚴重，因而水位越深的地方出水濁度越大。所以，為了保證水質應適當控制池的深度。
　　水在側向流翼片斜板沉淀池中是水平流動，絮狀物的不斷沉淀使水逐漸變清。渾水進入沉淀池后，隱蔽重大而潛入池的下部形成異重流，其過水斷面小于沉淀池橫截斷面，造成上部出水濁度低，下部濁度高的現象。所以，異重流也是造成水深愈大，出水濁度愈大的原因之一，并且原水濁度愈高，異重流的影響也愈嚴重。
　　我國在模型試驗的基礎上，設計了一座大型和幾座小型側向流翼片斜板沉淀池，生產結果表明都未達到設計要求，與模型試驗結果有很大差距。原因是未掌握側向流翼片斜板沉淀池在深度方向上的濁度變化規律，采用錯誤的模擬方式，以淺層單層的試驗數據作為深池多層翼片斜板沉淀池的設計依據而造成。
1.1.21.3 完全的除濁數學模式
　　在水平方向和垂直方向除濁數學模式的基礎上，渴求的側向流翼片斜板沉淀池的完全的除濁數學模式。
　　將式（2）代入（4）得，

　　　　　　　　　(5)

　　式（5）為側向流翼片斜板沉淀池長度 、深度 處的除濁數學模式，可求出縱斷面上任何位置的出水濁度，也可以用來深入理解該沉淀池的除濁規律。進行計算時，要考慮沉淀池中基本上不可去除沉性物質因素的影響。

2． 沉淀池出水濁度的計算

　　側向流翼片斜板沉淀池不同深度處出水濁度不同，而且差異很大呈單指數規律變化，所以在計算沉淀池的出水濁度時，宜采用平均出水濁度。
　　假定水的流速沿深度方向是不變的，則側向流翼片斜板區的長度為 、深度為 的沉淀池出水平均濁度 為

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(6)

　　在模型試驗中求得系數 和 后，可按如下方式計算：選定L和H，可求出C，核算是否符合設計要求；也可以先選用L和設計要求的C，求出C；或者先選用H和設計要求的C，求出L。
　　在設計側向流翼片斜板尺寸時，可用試算法進行計算，并考慮原水水質和絮凝效果等因素影響，留出一定余地。

3． 絮凝作用

　　在長期生產實踐中觀察，側向流翼片斜板沉淀池具有良好的絮凝作用。
　　側向流翼片斜板沉淀池在使絮狀物沉淀的同時，還可以是在反應池未能生成良好絮狀物的物質繼續絮凝，生成可沉性絮狀物。當出水濁度4~8度時，出水中仍然存在大力的數量可觀的絮狀物，說明沉淀池具有進一步的絮凝作用，如果斜板區有足夠的長度，出水濁度還可以下降，這種現象在其他形式沉淀池中是觀察不到的。日本東崗水廠側向流翼片斜板沉淀池，具有足夠長的翼片斜板區9.25m，出水濁度為2度，說明該沉淀池具有沉淀、絮凝，進而深度沉淀處理的能力。
　　水在翼片斜板區中流動時，在主流區呈層流狀態，進入翼片區時呈渦流狀態，流速之間具有足夠的速度梯度，顆粒之間具有充分的碰撞機會，因而具有良好的絮凝作用。
　　在設計側性流翼片斜板沉淀池時，宜減小斜板區的深度而加長其長度，從而可以減小深度對出水水質的不利影響，又可充分發揮其長度絮凝的沉淀作用。但是，翼片斜板的絮凝作用絕不可以取代補償反應池的作用。有人作了試驗^[4]，不經反應池反應或減少反應時間，沉淀池的出水濁度都會增大。

4. 注意的幾個問題

4.1 布水方式
　　水在側向流翼片斜板沉淀池中是水平流動的，為使反應池配水均勻，應采用花墻和縫隙布水墻等方式布水。在翼片斜板區前端，設立前過渡端。
4.2 集水方式
　　如前所述，沉淀池上層出水濁度低，下層出水濁度高；由于異重流的影響，上層水平流速低，下層水平流速高。所以沉淀池進水，應采用上層集水或中上層集水方式。在翼片斜板區的后端，設立后過渡段。
4.3層間的銜接方式
　　各層翼片斜板之間的銜接，應達到使上層翼片斜板的沉淀物滑落在下層翼片環流區內的斜板上，以防止落在流速高的主流區，造成二次污染。
4.4 阻水板
　　在翼片斜板區與沉淀池側面墻壁之間應設立阻水板，防止原水形成股流穿透，影響出水水質；斜板區底部與沉泥區之間應設立阻水板，防止原水形成股流穿透，將沉淀物沖走影響出水水質。
4.5 翼片斜板的深度與層數
　　水深愈大，翼片斜板區的出水濁度越大，而且呈指數規律增加。所以，選用翼片斜板區的高度不宜超過3m，翼片斜板的層數不大于3層。

參考文獻

　　[1] 劉燦生（翼片斜板試驗研究）哈爾濱建筑工程學院學報1985年6期
　　[2] 丹保憲仁 橋本克纮 ほヵ，アニドチセニネル，セベレダ（111），水道協會雜志，Vol：51，V12，P29~38(1982)
　　[3] 李繼震（在設計側向流翼片斜板沉淀池時應注意的幾個問題） 建筑技術通訊。給水排水1993年
　　[4] 羅輝榮（迷宮式斜板沉淀機理的探討）建筑技術通訊。給水排水1990年5期

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　　李繼震簡介
　　李繼震，1939年生，哈爾濱市人，研究員級高級工程師。1958年考入哈爾濱工業大學，1963年畢業于哈爾濱建筑工程學院。曾工作于國營鐵力木材干餾廠、哈爾濱自來水集團有限責任公司，任總工程師、副總經理，現任哈爾濱怡和水技術工程有限公司董事長、總經理。本人擁有三項專利權。獲建設部科技進步一等獎兩項、二等獎一項，黑龍江省建委科技進步一等獎一項，伊春市科技進步二等獎兩項。參與編寫地下水除鐵除錳論文集，主編《城鎮供水技術》一書，在《中國給水排水》、《給水排水》等雜志和學會上發表論文30余篇。