平流式沉淀池沉淀效果分析

实际平流式沉淀池沉淀条件的主要原因如下：

水流状态；在沉淀池中，假定水流稳定，流速均匀分布。理论停留时间t0为：t0=V/Q
式中：V为沉淀池容积，m3；Q为沉淀池的设计流量，m3/h。
但在实际沉淀池中，停留时间总是偏离理想沉淀池，表现在一部分水流通过沉淀区的时间小于t0，而另一部分水流则大于t0，这种现象称为短流，是由于水流的流速和流程不同而产生的。
短流的原因如下：①进水的惯性作用。②出水堰产生的水流抽吸。③较冷或较重的进水产生的异重流。④风浪引起的短流。⑤池内存在导流壁和刮泥设施。
这些因素造成池内顺若某些流程的水流流速大于平均值，而在另一些区城流速小于平均值，甚至形成死角：因此一部分水通过沉淀池的时间短于平均值而另一部分水却长于平均值。雷诺数(Re)，弗劳德数(Fr)和异重流都是反映水流状态的指标。
(1)雷诺数(Re)。水流的紊动性用雷诺数Re判别。该值表示水流的惯性力与黏滞力两者之间的对比：Re=vR/γ
式中：v为水平流速，m/s；R为水力半径，m；γ为水的运动黏度，m2/s。
在明渠流中，Re<500时属层流状态；Re＞2000时属紊流状态；当Re介于这两个数值之间时，水流视边界状态决定是层流还是紊流。平流式沉淀池中Re一般为4000-15000，属紊流状态，此时水流除水平流速外，尚有上、下、左、右的脉动分速且伴有小的涡流体，这些情况都不利于颗粒的沉淀，通常在沉淀池设计时要求降低雷诺数以利于颗粒沉降。
(2)异重流。异重流是进入较静而具有密度差异的水体的一股水流。异重流重于池内水体者将下沉并以较高的流速沿着底部绕道前进；异重流轻于水体者将沿水面径流至出水口。密度的差别可能由于水温、所含盐分或悬浮固体量的不同所造成。若池内水平流速相当高，异重流将和池中水流汇合，这样的沉淀池具有稳定的流态。若异重流在整个池内存在，池中将具有不稳定的流态。
(3)弗劳德数(Fr)。水流稳定性以弗劳德数Fr判别。该值反映水流的惯性力与重力两者之间的对比：Fr=v2/Rg
式中：Fr为弗劳德数；R为水力半径，m；v为水平流速，m/s；g为重力加速度，m/s2。
Fr增大，表明惯性力作用相对增加，重力作用相对减小，水流对温差、密度差异重流及风浪等影响的抵抗能力强，使沉淀池中的流态保持稳定。一般认为，平流沉淀池的Fr宜大于1-10^-5。
在平流式沉淀池中，降低Re和提高Fr数的有效措施是减小水力半径R。池中纵向分格及斜板、蜂窝斜管填料沉淀池都能达到上述目的。
在沉淀池中，增大水平流速，一方面提高了Re，不利于沉淀，另一方面却提高了Fr，加强了水的稳定性。设计时沉淀池的适宜水平流速应为10-25mm/s。
凝聚作用
原水通过絮凝池后，悬浮杂质的絮凝过程在平流式沉淀池内继续进行。池内水流流速分布实际上是不均匀的，水流中存在的速度梯度将引起颗粒相互碰撞而絮凝。此外，水中絮凝颗粒的大小也是不均匀的，它们将具有不同的沉速，沉速大的颗粒在沉淀过程中能追上沉速小的颗粒而引起絮凝。水在池内的沉淀时间越长，由速度梯度引起的絮凝进行越完全，所以沉淀时间对沉淀效果是有影响的，池中的水深越大，因颗粒沉速不同而引起的絮凝也进行的越完全，所以沉淀池的水深对混凝效果也是有一定影响的。因此，由于实际沉淀池的沉淀时间和水深均影响了沉淀效果，实际沉淀池偏离了理想沉淀池的假定条件。
容积利用系数β
沉淀池的容积利用系数是指水流在沉淀池内的理论停留时间与实际停留时间的比值，即：
β=理论停留时间/实际停留时间=t0/t
理想沉淀池中，假定水流的流动状态以活塞式流动向前推进，因此理论停留时间t0为：t0=V/Q
式中：V为沉淀池的容积，m3；Q为沉淀池的设计流量，m3/h。
β值接近于1，表明池中水流越接近理想沉淀池的水流。在实际沉淀池中，由于惯性力、温差、风浪、池内设施等因素，产生短流现象，使一部水流在池中的停留时间小于t0，另外一部分水流则大于t0。因此，水流在池中的实际停留时间难以估算，必须由实验求得。
常用的实验方法是在进水中加入一种示踪离子(如Cl-)，在出水中不断取样测定C1-含量，以时间为横坐标，以出水中离子的含量为纵坐标，画出曲线，该曲线所围面积的重心所对应的时间，即为实际停留时间，如图3-15所示。
容积利用系数的大小，在一定程度上反映了水流在沉淀池中的均匀性，通常在0.35-0.60之间。

工艺参数
(1)沉淀时间：原水悬浮物的密度小、色度及有机物浓度高、水温度低时，沉淀时间应适当增加。沉淀时间一般为1-3h。
(2)表面负荷：表面负荷根据表3-1选择。
(3)水平流速：如前所述，水平流速高，有利干增强水流的稳定性，从而提高沉淀池容积利用系数，减少短路和减轻异重流，也有利于颗粒的再絮凝。但是，水平流速太高，又会引起出水携带颗粒和对底泥的冲刷。水平流速一般为10-25mm/s。

平流式沉淀池表面负荷表3-1
序号	沉淀方式	原水浊度(mg/L)	表面负荷[m3/(m2·d)]
1	混凝沉淀	0-250	45-75
2		＞500	25-40
3		低浊度高色度	30-40
4		低温低浊度	25-35
5	自然沉淀		10-15