通過建立包括長寬比、斜管管徑、配水區(qū)高度等多個因素的水力學方程，定量分析了上述因素對沉淀池運行效果的影響，得出的結(jié)果表明沉淀池的高寬比的影響，增加配水區(qū)高度和沿池長方向減小斜管管徑可以提高斜管沉淀池的布水均勻性，從而實現(xiàn)了 斜管沉淀池的優(yōu)化設(shè)計?？偠灾?，國內(nèi)對沉淀池的速度場、濃度場以及溫度場的數(shù)值模擬研究已趨于成熟，但還沒有深入研究沉淀池的幾何尺寸、進水懸浮物動態(tài)變化情況下對沉淀效果的影響；并且對沉淀池的探討分析大部分還停留于二維模擬，關(guān)于三維模擬的研究。我國對沉淀池的多相流研究目前還處于探索階段，所選用的模型通常包括混合物兩相流模型和歐拉兩相流模型，在沉淀池數(shù)值模擬研究中關(guān)于多相流模型大部分只有水體和懸浮物質(zhì)這兩相。

    在水處理工藝中，沉淀特性是指比重大于水的懸浮顆粒依靠重力的作用，從水中沉降分離的過程。根據(jù)懸浮顆粒的濃度和顆粒性質(zhì)的不同，沉淀又可分為分散顆粒自由沉淀、絮凝顆粒絮凝沉淀、擁擠沉淀和壓縮沉淀這四種基本形式。（1）分散顆粒自由沉淀 懸浮顆粒小于5000ｍｇ／Ｌ的天然河流水中泥砂顆粒一般具有自由沉淀的性質(zhì)。自由沉淀是指當水中懸浮物濃度不高時，顆粒從水中下沉分離時彼此互不干擾，獨立完成各自的沉淀過程。懸浮顆粒呈離散狀態(tài)，其物理性質(zhì)（密度、尺寸、形狀等）及下沉速度均不發(fā)生變化，且顆粒在水中只受到本身的重力和水流的阻力作用。關(guān)于分散顆粒的自由沉淀的變化規(guī)律通常使用牛頓定律與斯托克斯公式來表達。

    絮凝顆粒絮凝沉淀又稱為干擾沉淀，天然水源水中細小粒徑的泥砂也會發(fā)生自然絮凝作用，形成絮凝顆粒的自由沉淀。經(jīng)過混凝后的懸浮顆粒具有一定絮凝性能，絮凝過程即兩懸浮顆粒相互碰撞后聚結(jié)，粒徑和質(zhì)量均逐漸增大，其沉降速度也隨水深增加而加快的沉淀過程。沉淀軌跡呈拋物線狀，但很難用規(guī)律的公式計算，這是由于4萬方數(shù)據(jù) 章緒論 懸浮物顆粒的尺寸在不斷變化，沉速也隨之變化，故大都需要試驗測定。擁擠沉淀又稱為分層沉淀，當水中的懸浮顆粒濃度大于15000mg／Ｌ時，在下沉過程中互相干擾碰撞，最終形成一個整體并且共同向下沉淀的過程即為擁擠沉淀。該過程中懸浮物與水之間會出現(xiàn)明顯的固液分界面。擁擠沉淀在水處理過程中常?？梢?。例如二次沉淀池下部污泥的沉淀過程以及濃縮池中污泥濃縮的初始階段。

    壓縮沉淀又為污泥濃縮，它是擁擠沉淀的繼續(xù)。當濃度比較高的懸浮物顆粒在水中沉降時，顆粒與顆粒之間通常形成團塊狀，呈現(xiàn)彼此接觸并依托的狀態(tài)，在重力作用下，下層顆粒受到上層顆粒的擠壓并擠出間隙水，使污泥得到濃縮的過程，該過程稱之為壓縮沉淀。懸浮物顆粒聚集在一起，與液體形成顯而易見的分界面，且粒群與液體分離的速 度非常緩慢。一般污泥的濃縮過程都存在著壓縮沉淀，該過程通常發(fā)生在沉淀池及濃縮池內(nèi)，如活性污泥在二次沉淀池污泥斗中的濃縮過程。理想沉淀池是簡化了的沉淀池的模型，是沉淀池設(shè)計的理論基礎(chǔ)，它應(yīng)符合以下三個假定：（1）水中顆粒處于自由沉淀狀態(tài)，認為顆粒在沉淀過程中互不干擾：（2）忽略懸浮顆粒之間的相互作用，即顆粒密度、形狀、大小保持不變，認為沉降過程中顆粒下沉的速度是相同的；（3）忽略了水流對池底的沖刷作用，認為顆粒沉到池底視為己去除。 依據(jù)上述假設(shè)條件，作出理想沉淀池的工作原理簡圖.

    原水經(jīng)整流設(shè)施流入池內(nèi)，均勻分配于Ａ-ｃ截面，則其水平流速公式為： ｖ：ｊ生（1.1） ％曰 式中ｒ水平流速，ｍ／ｓ 曠流量，ｍ３／ｈ； 辦Ｄ一水流截面Ａ—Ｂ的高度，ｍ； 召一水流截面Ａ—Ｂ的寬度，ｍ。 如圖1.1所示，直線１所代表的顆粒沉速實際上反映的是沉淀池所能全部去除的顆粒中顆粒沉速ｖ，通常稱為“截留沉速”；圖中比截留沉速大的全部顆粒均能夠按照類似路線３的軌跡沉入池底，而比截留沉速小的全部顆粒如果由Ａ點進入沉淀池，則無法沉淀只能順著類似路線２的軌跡隨液體流出池外。 沉淀池的去除率公式為：E＝』Ｌ Ｑ兒（1.2）由式（1.2）可知：在理想沉淀池中，沉淀池的運行效率與沉淀池與池體的幾何構(gòu)造、進水流速以及顆粒停留時間等因素無關(guān)，只有沉淀池的表面負荷影響其大小。根據(jù)式（1.1），懸浮顆粒在沉淀池里的沉降速度影響了沉淀池長度與深度間的聯(lián)系，因而影響了沉淀池的優(yōu)化設(shè)計。然而這與真實的情況并不相符。顆粒沉速只是影響沉淀池去除效果的其中一個因素，還有其他原因例如由溫度差引起的對流、密度差引起的異重流、風力和水力攪動以及配水、池內(nèi)死角和水與池壁摩擦引起的滯流等不 規(guī)則運動。同時，水流的斷面流速并不是均勻分布，懸浮顆粒沉淀效率容易受到水流狀態(tài)不穩(wěn)定的影響。綜上所述，對于沉淀池的尺寸優(yōu)化基于上述假定條件具有很大的經(jīng)驗性、主觀性和任意性。所以，對沉淀池內(nèi)的流態(tài)和懸浮物濃度分布進行研究具有十分重要的意義，能夠比較地確定沉淀池的尺寸以及沉淀的效率。

    沉淀池的種類按照液體在池中的運動與軌跡，通?？梢苑譃橐韵挛宸N：平流式沉淀池、豎流式沉淀池、輻射式沉淀池、氣浮池和斜管沉淀池。選擇正確的沉淀設(shè)施對于整個水處理工藝是否能運行起到不容忽視的作用。平流沉淀池是較普遍的一種沉淀形式，也是水廠設(shè)計中應(yīng)用較早的沉淀構(gòu)筑物。它的用途大致可以歸為過濾操作前的沉淀處理以及預(yù)沉、終沉淀處理。

    沉淀池構(gòu)造比較簡單，大多為矩形水池，平流沉淀池在設(shè)計時應(yīng)當注意出水要均勻，池內(nèi)的水流狀態(tài)保持穩(wěn)定，減少湍流運動的干擾，同時盡量增大池體的有效容積。 國內(nèi)較大、中型水廠的沉淀通常采用平流式沉淀池，尤其是對于大型水廠，該沉淀池更加具有實用性。主要特征是構(gòu)造簡單，造價低，沉淀效果比較穩(wěn)定，操作管理方便，且其處理水量幅度變化廣，對水量和溫度變化的適應(yīng)能力較強。主要缺點是進出水配水不易均勻，平面面積較大，池深較淺，因而使后續(xù)濾池的選用常常受到限制。豎流式沉淀池 在上世紀五十年代我國許多小水廠設(shè)計都選擇了豎流式沉淀池。該沉淀池池體一般呈現(xiàn)圓柱形或者方柱形。進水口通常設(shè)置在池中心，運行時水自中心管流入水池后，經(jīng)管下的傘形擋板反射后逐漸上升且分布均勻，被去除的懸浮物進入池底的排泥斗中，清水則由池四周的集水設(shè)施收集后流出。污泥依靠靜水壓力定期排走。豎流式沉淀池的特點是體積小節(jié)省建設(shè)空間，且排泥便捷，然而建設(shè)費用高，不便于施工等缺點也是其不能廣泛運用的原因。