斜板、斜管沉淀原理及选型方法

斜板、斜管沉淀原理及选型方法

在给水与污水处理系统中，沉淀池是极为关键的单元工艺之一。传统平流式或竖流式沉淀池虽然结构简单，但池体庞大、占地面积大、效率低，难以满足现代工程对高效、紧凑的要求。为此，工程界逐步发展出了斜板、斜管沉淀池，通过在沉淀区布置倾斜板（管）组件，大幅提高了沉淀效率与出水水质，但部分水处理人员知其然、而不知其所以然，无法解释斜板、斜管的沉淀原理，并且在选型时，也是盲目的跟随其它项目参数。本文分享斜板、斜管沉淀原理及选型方法，供水处理人士参考。

一、斜板（斜管）沉淀的基本原理

斜板、斜管沉淀是根据浅层（池）沉淀和分格多层沉淀理论而发展来的。它大大地降低了雷诺数Re，提高了弗劳德数Fr，在沉淀的过程中使水流在层流状态中进行，大大地提高了沉淀的效率，减少了占地面积。

1.流态判别与雷诺数Re

水流的紊动性用雷诺数Re 来判别，该值表示推动流体的黏性力与惯性力之间的相对关系，如下式所示。 

式中：u 为水平流速，cm/s；R 为水力半径，cm，可按下式计算；ν 为水的运动粘度，cm?/s。该式的分子可理解为是惯性力，分母可理解为是黏性力。

式中：B 为沉淀池宽，cm；H 为沉淀池高，cm。

当Re<500时，为层流状态；当Re>500时，为紊流状态。为了获得良好的沉淀效果，斜板（斜管）内的水流一般应控制在层流或过渡流状态，典型Re 范围为200～400。若雷诺数过高，会导致紊流、颗粒再悬浮，从而影响出水水质。

2.沉降稳定性与弗劳德数Fr

为判断水流在重力与惯性作用下的稳定性，常用弗劳德数Fr，如下式所示。

当Fr 增大，表明惯性力作用相对增加，重力作用相对减小，说明水流的流型朝着稳定的方向发展，故作为判别水流稳定程度的指标。

3.斜板斜管沉淀原理:把平流沉淀池按浅池原理改成多层多格，增加了沉淀面积，但无法解决排泥问题，故无法应用和推广。为此，把多层沉淀池底板做成一定倾斜度，以利排泥，即成了斜板沉淀池。斜板与水平夹角（倾角）一般为60°，放置于池中，水流自下而上流动（也有自上而下，或水平方向流动），沉淀颗粒累积在斜板上到一定程度时，便自动滑下，沉到池底。这样浅池理论获得实际应用。如下图所示。从改善沉淀的水力条件来分析，由上面的公式可知，减小水力半径R，有利于降低Re 值和提高Fr 值，由于斜板沉淀使水力半径R 值大大减小，从而使Re 值大幅度降低，而Fr 值大幅度提高。而斜管沉淀是把斜板沉淀进行再分隔，使水力半径R 值更小。在斜板沉淀中水流基本上属层流状态，而斜管沉淀的Re 值多在200以下，甚至低于100。斜板沉淀的Fr 值一般在10^-3~10^-4之间，斜管的Fr 值更大。因此，斜板斜管沉淀满足了水流的稳定性和层流要求，并且，根据流体力学原理，可以证明斜管沉淀比斜板更好，一些厂商或设计单位宣称的斜板、斜管各有优势是没有科学依据的。

与传统沉淀池相比，斜板（斜管）沉淀池的表面负荷可提高3～5倍，池深减少50%以上，且沉降区水力条件稳定。

二、斜板与斜管材料与几何形态

1.斜板沉淀单元

 

斜板多采用玻璃钢、PVC或PP材料制成，板间距通常为50～80 mm，板长1.0～1.2 m，倾角约 60°。斜板可为平板式或波纹板式结构，波纹板有利于泥渣滑落、减少堵塞。

2.斜管沉淀单元

 

斜管由多根六角形或矩形塑料管（蜂窝管）拼装而成。常见规格为：

六角边长为25 mm、管长为1 m、倾角为60°。斜管多采用PP、PVC、PP与PVC共聚物或玻璃钢材料，重量轻、强度高、安装方便，适用于大中型沉淀池。

三、斜板与斜管的选型原则

在工程设计中，斜板与斜管的选择应综合考虑水质特点、流量规模及维护条件，如下表所示。

 

综合来看，当原水悬浮物浓度较高、絮体粒径较大时，可选用斜板沉淀池；当流量大、负荷高、对紧凑性要求高时，宜采用斜管沉淀池。

四、设计与运行建议

1.水力负荷设计值

斜管（板）沉淀池的表面负荷一般为8～12 m?/(m?·h)，最大可达15 m?/(m?·h)。

2.停留时间

总水力停留时间一般为15～30 min，如果用于化学软化的高密度沉淀池，由于软化产物氢氧化镁质轻且颗粒细小，水力停留时间应该更长。

3.排泥系统

排泥宜采用连续排泥或周期排泥方式，防止泥渣堆积造成短流。

4.维护与清洗

定期冲洗斜板和斜管，可防止斜管通道堵塞。

总结

斜板、斜管沉淀技术以其高效、紧凑、经济的特点，已广泛应用于给水、污水及工业循环水处理系统中。通过合理控制流态参数（Re、Fr），优化结构设计与材料选型，可显著提升沉淀效率与出水水质。未来，随着一体化设备与模块化构件的发展，斜板、斜管沉淀池将朝着轻量化、集成化方向演进，为工业与市政水处理工程提供更加可靠与经济的解决方案。