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蜂窩斜管填料沉淀數(shù)據(jù)分析及公式計算

作者:admin     發(fā)布日期:2021-05-06

蜂窩斜管填料沉淀數(shù)據(jù)分析及公式計算

一、沉淀過程的分析

設有水平沉淀池取其斷面ABCD(見圖2-3),做如下分析。
斜管填料的沉淀過程分析
在A點,大于或等于沉速u0的顆粒與水平流速v的合成速度的方向AD重合時,則這些顆粒都能被除掉;在E點若有顆粒沉速為u。u與v的合成速度的方向與ED線相重合,說明E點以下沉速為u的顆粒均能被除掉,由于顆粒在斷面上是均勻分布的,故顆粒去除率可用EC/AC*100%即u/u0*100%表示。
圖2-3中池深AC以H表示,池長CD以L表示,若將池深分為四層,則顆粒沉淀深度減少至H/4,則池長可減少至L/4,即池體減少了3/4。若池長L不變,則水平流速可增加4倍??梢娫黾?倍水平方向的沉淀面積,水處理能力也增加4倍。在實際應用中,通常用傾斜放置的板或管構成沉淀單元,稱為斜管填料沉淀。它可增加水平沉淀面積10倍甚至20倍以上,但由于進出口水流的影響,管內(nèi)流態(tài)干擾以及積泥干擾等原因,實際沉淀效率增高2-4倍。
斜管填料能增大沉淀能力的原因可歸納為以下幾點。
①沉淀距離減小,沉淀時間縮短,或者說是增加了沉淀面積。顆粒的去除率為顆粒的沉速與表面負荷率之比。采用斜板后沉淀面積的增加率為 a=L/d cosθsinθ
式中,d為斜管間距,參見圖2-5。當d=25mm,L=700mm,θ=30°時,a≈12,由于沉淀面積增大,表面負荷降低。
②由于斜板斜管內(nèi)的再凝聚作用,使絮狀物變大,易于沉淀。增加斜板、斜管后形成上下流動的混合流,增大了上壁處的速度梯度,使GT值增大,有利于二次凝聚作用。斜管填料增加了水流通道的潤周,有利于水的攪拌。下降的絮狀物依次同多邊形寬水流通道
中的上升流接觸,原水中的濁度再次被下層絮狀物吸附。
③斜管填料創(chuàng)造了層流沉淀條件。雷諾數(shù)(Re)500以下為層流區(qū),雷諾數(shù)大于2000為紊流,上向流斜管沉淀雷諾數(shù)一般小于50,斜管沉淀池雷諾數(shù)一般也能小于500。
在工程應用中,把這種能增加沉淀效率的斜管填料便于流動的排泥,一般取600,稱為蜂窩斜管填料沉淀池。所謂斜管,實際不是圓形管,而是正方形、正六邊形(它們的水力半徑是d/4,其中d為對邊間距)。此外還可以包括長邊比短邊不大于2倍的長方形,而其他長方形則視為斜板。
斜板的雷諾數(shù)可用下式計算。Re=Rv0/v=d/4*v0/0.01=25v0d
式中,R為水力半徑,cm;v為水的運動黏滯系數(shù),cm2/s,當水溫為20℃時為0.01cm2/s;d為直徑,cm;V0為流速,cm/s。
若取d=2.5-5cm,v=4-8cm/s,Re均在100以下;其中d=2.5cm,v0=8.5mm/s,Re=50,可見水呈層流狀態(tài)。由于斜管填料的效果比斜板好,而且便于安裝,故工業(yè)水處理中多采用斜管填料,而且應用六方體的較多。這種六方體可用硬聚氯乙烯片制作,厚度為0.4-0.5mm,相對密度1.3-1.45。先把硬片壓成多槽狀的板,然后用黏合劑粘在一起,成為圖2-4所示的形狀。也可采用環(huán)氧玻璃鋼材料或用酚醛樹脂處理過的牛皮紙做成蜂窩體。

二、斜板填料、斜管填料沉淀計算

按水流方向,可分為上向流、下向流和橫向流,因工業(yè)水處理采用上向流較多,下面以上向流為例敘述計算方法。
圖2-5中給出了懸浮顆粒在斜板、斜管中的沉淀過程和矢量關系。
設顆粒沉降速度為u0,水流在斜板、斜管中的速度為v0,它們的合成矢量所指的終點位置不應超過斜管終端。若設定它剛好在終端,根據(jù)圖2-5中所示相似三角形,則有v0/u0=L+d/sinθcosθ/d/cosθ=Lcosθsinθ+d/dsin
由此得 L=(v0/u0-1/sinθ)*d/cosθ
但由于平均速度與管內(nèi)(或板間)各點的實際速度偏差較大,中心點速度要高于平均速度,故上式應再考慮1.33倍的余量,上式變?yōu)?br />L=1.33*(v0/u0-1/sinθ)*d/cosθ
在上向流斜管中,為使管內(nèi)水流從進口端的紊流過渡到層流,以及考慮到進水端的進水和沉泥上下交替的過程,根據(jù)實際考察,應再加200-250mm過渡段。
[例2-1]已知:v0=5.2cm/s,u0=0.4cm/s,d=25mm,斜管傾角θ=60°,求斜管長。
解:L=1.33*(5.2/0.4-1/sin60°)*25/cos60°=788mm
再考慮到過渡段,取斜管長1000mm。

三、參數(shù)的選取

(1)管徑;所謂斜管并非采用圓管,一般多采用正六角形或正方形。故統(tǒng)稱的管徑系指六角形內(nèi)切圓的直徑或正方形的邊長,矩形二長邊的距離。上升流斜板的管徑大致為25-50mm。為防止沉淀物堵塞,間距不宜過小,而間距過大則因需要管較長,經(jīng)濟上不合算,目前六角形斜管管徑一般做成25mm。
(2)管內(nèi)水的上升速度v0;當水凝聚處理時,一般情況下,當要求出水濁度為10度左右時,斜管沉淀池上部面積上的水上升流速常在3.5-5mm/s,據(jù)此,若斜管傾角θ為60°時,則斜管填料內(nèi)相應的流速為4-6mm/s(即池內(nèi)上升流速再除以sinθ)。
(3)顆粒沉降速度u0;單獨沉砂時數(shù)據(jù)見前述。采用混凝處理時,絮體沉降速度可為0.3-0.5mm/s,出水水質(zhì)要求較高時,可選用較小的u0值。
(4)高濁度水的參數(shù)當采用水解聚丙烯酰胺作助凝劑時有關參數(shù)可參照表2-2選取??梢娦惫茈m然是較先進的沉淀裝置,但當泥砂較細,含量較高時,自然沉淀尚不能達到滿意的預沉效果。

各種進水含砂量下的混凝沉淀效果 表2-2
進水含砂量/(kg/m3) 上升流速/(mm/s) 水解聚丙烯酰胺/(mg/L) 出水濁度/度
25 5 3.5 127
50 4 8.8 105
65 4 13.8 118
80 3.5 14 89
106 3.5 14 93
注:上升流速不是極限值。
對于表2-2的運行工況若再加鋁100-150mg/L或三氯化鐵30-80mg/L,則出水濁度可降到10-60mg/L。
高濁水自然沉淀時斜管管徑25-35mm,管長1-1.5m,傾角60°,平均軸向流速不超過1mm/s,不同進水含砂量的處理效果見表2-3。
不同進水含砂量的處理效果 表2-3
進水含砂量/(kg/m3) 20-30 50 100
沉淀效率/% 95 70 30