新型平流式沉淀池沉淀效果试验研究

华根福，刘焕芳，汤 骅，宗全利，高先刚

（新疆石河子大学水利建筑工程学院，832003，石河子）

污水处理的主要目标是去除水中悬浮固体或溶解态污染物，如胶体粒子、颗粒物质、BOD、COD等。从水中去除污染物的途径有物理、化学、物化、生物等方法。无论哪种方法，都需要由一定的污水处理单元设备来完成，而在污水处理系统的各个处理单元设备中，沉淀池作为污水处理设施构筑物的重要一环，担负着去除原水中大量悬浮物(约80%～90%)的任务，是必不可少的主体工艺。它的形式很多，按池内水流方向可分为平流式、竖流式和辐流式三种。

平流式沉淀池是历史悠久的沉淀池型，具其他沉淀池型不可比拟的优势，已成为我国城市污水厂沉淀池的主要池型。

平流式沉淀池的沉淀效果除受原水水质的影响外，还与池中水平流速、沉淀时间、颗粒的沉降速度、进出口布置形式及排泥效果等因素有关。通过对传统的平流式沉淀池进行改进，设计提出了一种新型平流式沉淀池，即在传统的平流式沉淀池的进水口设置开孔率适当的进水调流板，在出水溢流堰上沿水流方向增设溢流槽。本文依据改进设计的试验研究分析验证了调流板和溢流槽对新型平流式沉淀池沉淀效果的影响。

一、新型平流式沉淀池的设计

1.增设调流板

传统平流式沉淀池中，经过渡段调节进入工作段的水流紊动仍比较剧烈，流场分布不均匀，为改善入池水流条件，对传统平流式沉淀池进行了改进，在进水口加设调流板来对入池水流进行调节，调流板对水流调节平面示意图见图1。

从设计原理上分析，调流板的作用是消能和对水流流场进行调节。经过渡段调节后进入工作段的水流紊动仍比较剧烈，具有较大的动能，调流板将对这种具有较大动能和紊动强度的水流产生拦截作用，减缓其运动趋势，迫使其动能和紊动强度都有所降低，并对水流流场进行调节，使调节后的流场分布更利于泥沙的沉降。在平流式沉淀池进水口设置调流板后，来流主流将直接顶冲在调流板上，调流板将迫使其主流向两侧横向扩散，甚至向底部扩散。当主流顶冲调流板时，主流流速符合明渠水流底部流速小、上部流速大的特点，为使调流板能对来流的这种流速分布进行调节，经过水力学分析，认识到可在调流板上布设不同孔径的孔洞作为出水口，调流板示意图见图2。

2.增设溢流槽

根据含沙量沿垂线的分布曲线可知含沙量沿垂线的分布是上稀下浓，即越靠近水表面，含沙量越小，因此要想提高平流式沉淀池的沉淀效率，就应当尽量取表层的清水。实际工程中由于平流式沉淀池的尺寸等限制，溢流堰不能太长，这样就不能有效降低溢流堰上的水头以取得表层清水。此时可以在溢流堰上沿水流方向增设几道溢流槽来解决这一问题，加设溢流槽后溢流堰出池水流示意图如图3所示。

二、试验结果分析

为了验证增设的调流板和溢流槽对提高平流式沉淀池沉淀效率的作用，在长10 m、宽0.72 m的平流式沉淀池模型中进行了试验，模型由进水段、渐变过渡段、沉淀室段和集水区四部分组成，其中进水段长1 m、渐变过渡段长1 m、沉淀室段长6 m、集水区长2 m。整个模型的平面布置如图4，剖面如图5。

1.调流板对沉淀效果的影响

主要考虑调流板对平流式沉淀池含沙量沿程变化的影响规律，试验中分别针对加调流板和不加调流板对含沙量的沿程变化情况进行了研究，在测量含沙量时，各断面均取平均含沙量作为该断面含沙量的代表值，得到有无调流板时水流泥沙含量沿程变化关系图。

从有调流板的试验中可以看出，含沙量沿程逐渐减少，离调流板最远的溢流堰处的含沙量最小，这充分反映了泥沙的分选沉降规律；由于调流板的作用，虽然来水含沙量较大，但经过调流板调节后，含沙量迅速减少，减小的最大幅度为80%以上，说明调流板对水流的调节效果是非常明显的。

加设调流板后，调流板不仅能对沿平流式沉淀池纵向的流场产生调节作用，同时也能对平流式沉淀池沿水深方向的流场产生调节作用。在未加设调流板时，在池首部水流表面流速较大，不利于细颗粒泥沙的沉降；加设调流板后，在池首部水流表面流速较小，有利于细颗粒泥沙的沉降，能够提高细颗粒泥沙在池首部沉降的概率，从而最终达到提高泥沙在平流式沉淀池内沉降的效率。

2.溢流槽对沉淀效果的影响

针对于平流式沉淀池在加溢流槽和不加溢流槽两种情况下含沙量的沿程变化规律和泥沙的粒径级配沿程变化规律，通过试验验证和分析了改进后平流式沉淀池的沉淀效果。

在平流式沉淀池溢流堰区增设溢流槽后，能直接降低溢流堰水头，也间接地降低了平流式沉淀池内水流的有效深度，由悬移质泥沙含沙量沿垂线分布公式可知，其对平流式沉淀池内沿程含沙量也是有影响的。经分析可知，增设溢流槽后，泥沙的分选沉降规律应该更加明显，含沙量的沿程变化规律也应该更加突出。

从试验中可以看出，加溢流槽后含沙量沿程逐渐减小的幅度比不加溢流槽时要大，且相差也较大，尤其是在溢流堰处，不设溢流槽时出池水流含沙量在2g/L左右，增设溢流槽时出池水流含沙量小于1g/L，出池水流平均含沙量最大降幅可达94.8%，可见溢流槽的影响作用是非常明显的。

3.调流板和溢流槽共同作用对沉淀效果的影响

通过分析试验数据，表明在设置调流板以后，平流式沉淀池对粒径0.10 mm以上的杂质处理率达到95%以上，沉淀室内水流的扩散比较充分，没有回流和偏流现象，流场分布比较均匀，有利于泥沙的沉降；加设溢流槽后，泥沙的截沙率有了较大提高，并且粒径越细，提高越明显，表明溢流槽对细颗粒泥沙的排除效果良好。

[1]张希衡.水污染控制工程（第2版）[M].北京:冶金工业出版社，1993.

[2]刘焕芳，宗全利.一种新型平流式沉沙池的设计[J].工业水处理，2005，25（4）.

[3]宗全利，刘焕芳，李强，等.一种新型冲洗式沉沙池的设计探讨[J].长江科学院院报，2005，22（2）.