沉淀池出水集水槽对沉淀效果的影响

出　　自： 《中国给水排水》 1997年第3期第24页
发表时间： 1997-3

张玉先；张春妍；闫胜全
( 同济大学 )

　　各种沉淀、澄清构筑物出水集水系统对沉淀效果产生一定影响，设计不当常出现短流、沉渣上浮及环向异重流。一些使用、施工单位往往为了施工方便，总是要求变更图纸、改变集水方式。为了对各集水形式进行比较，拟就常用的集水方式作一些分析讨论。

1 集水方式比较

　　常见的沉淀澄清池出水集水系统大多采用的几种形式:
1.1 穿孔管集水
　　集水管采用钢管、铸铁管或水泥管，上部开双排斜向或单排 φ20～φ 25mm进水孔，孔口淹没水深H=0.07～0.10m，集水管中心间距1.2～1.8m。为使各孔口出水量相等，集水管应是不满流的，设一定坡度、按无压圆管均匀流计算(孔口流量计算式略)。
　　这种集水方式常因孔口淹没深度H值发生变化而出现满管流。结果近出水终端出水较多、有时带出沉泥而发黄，集水管起端出水较少，使整个沉淀(澄清)池出水不均匀。
1.2 孔口出流集水槽集水
　　集水槽一般为矩形，槽内水深按明渠非均匀流计算。集水槽中心间距1.5～2.0m。两侧开 25～ 32mm进水孔或预埋短管。孔口淹没深度H=0.05～0.07m，超高0.20m。孔口出流跌落0.05m。
　　这种集水系统集水均匀，即使两孔口淹没水深有一定差别也不致于使其流量相差很大。例如两孔口标高差0.01m,则两孔口出流量比为 孔口出流集水槽所开进水孔很多，欲使均处于同一水平面上施工难度较大，可采用钢板条开孔后安装在集水槽两侧的方法，检修时仅对缘口开孔钢板条维护调换。
1.3 水平堰出流集水槽集水
　　当集水槽两侧不开进水孔，而在槽缘粉刷水平或粉成一条薄壁堰口，成为水平堰口出流集水槽。如因施工误差及不均匀沉降，堰口高度不水平时过水流量误差增大。如两处堰口高差0.01m，则两处流量比为q 1 /q 2 =(H 1 /H 2 ) 15 =(0.05/0.06) 15 ～(0.07/0.08) 15 =0.76～0.82，于是出现堰口低处出水流量大，以致于抽吸带走矾花。当然也可以按照穿孔集水槽方法，堰口安装活动钢板定期校正高度。
　　堰口出流集水槽一般设计成自由跌落式出流，断面计算同孔口出流集水槽。
1.4 齿形堰出流集水槽集水
　　常用的齿形堰集水槽，由钢板切割若干倒三角形加工而成。堰口下缘与集水槽外侧水面高差即堰口作用水头，多取0.05～0.07m。当堰口作用水头相差0.01m，则两三角堰出水流量比为q 1 /q 2 =(H 1 /H 2 ) 2.5 ，显然误差更大。
　　比较孔口出流集水、水平堰口出流集水和齿形堰出流集水系统不难看出，如果均安装可调堰(孔)板，则三角齿形堰加工复杂、水平薄壁堰最为方便；当水中有较多漂浮物时孔口出流集水槽较难排出；当沉淀(澄清)池不均匀沉降或者集水槽发生变形位移，孔口出流集水槽引起的出水流量误差最小。
此外，设置孔口出流集水槽的沉淀池，对进水量突然变化有一定调节作用。例如，当一级泵房取水量突然增大，集水槽孔口淹没深度由0.05m增加到0.10m，整个沉淀(澄清)池水位抬高50mm，则孔口流量增加41.4%，尚有部分水量不会马上流入滤池使滤池负荷骤然增加过多。如维持滤池进水流量增加41.4%，则水平堰口出流集水的沉淀池水面抬高13mm，而齿形堰出流集水的沉淀池水面仅能抬高7.4mm，基本上无调节作用，这一现象对于平流式沉淀池作用明显。所以孔口出流集水槽被广泛采用。

2 集水槽布置对沉淀效果的影响

2.1 圆形澄清池集水槽布置
圆形澄清池清水区既有垂直向上水流又有水平方向水流，导致泥渣向外侧惯性流动，水质浑浊。故必须在澄清池内、外侧均设集水槽，并适当提高外侧集水槽高度，强迫清水向内侧流动。一般取内侧水流上升流速2mm/s，外侧水流上升流速0.8～1.0mm/s，同时按照集水面积确定集水槽淹没深度。较大直径的圆形澄清池每隔3～4m设置一根径向集水槽、进水淹没水深沿径向逐渐减小是正确的。
2.2 平流式沉淀池集水槽布置
平流式沉淀池因长度较大、其水平流速远远大于竖向流速，故主要考虑水平流速变化对沉淀效果的影响。
近年来，对平流式沉淀池有了全面认识，普遍设计了较高的水平流速，为此在近沉淀池终端加设了中途集水槽(如图1)，假定每条集水槽溢流量相等，能够去除的杂质临界沉速平均值为u 0 ，沉淀池水平流速为υ，根据沉淀理论分析则有

未加中途集水槽前沉淀颗粒临界沉速为u0 ，和沉淀池长L、深度H及水平流速υ的关系是 。加设两条中途集水槽后可使堰口溢流负荷减少2/3，颗粒临界沉速减少9%。
考虑到沉淀池吸泥机行走不便，常把垂直于水平流速方向的集水槽改为平行的指形槽(如图2所示)，同样具有上述作用。沉淀颗粒临界沉速计算如下:

假定沉淀池长为l、深为H，出水区设若干条长为ι的集水槽和一条出水渠，每条集水槽一侧开进水孔n个，两进水孔间距为△x，每条集水槽出水流量为q，沉淀池水平流速υ，自第一个进水孔开始依次减少1/n，于是得:

经推算上式可以近似回归为

3 结语

本文从理论上分析了沉淀(澄清)池各种集水方式的适用条件及中途集水槽提高沉淀效率的出发点和计算方法。完全适用于实际工程的计算设计。

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作者通讯处:200092 上海 同济大学环境工程学院
(收稿日期1996-11-29)