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　　提要 簡述了測定沉淀池上升流速的兩種常用方法 , 即容積法和高錳酸鉀法。針對兩種方法存在的問題 , 介紹了新研制出的一種方便有效的上升流速計 , 并對其組成與原理、標定試驗和實際運用情況作了闡述。
　　關鍵詞 沉淀池　上升流速　測定方法

前言

　　上升流速是斜板 ( 斜管 ) 沉淀池以及機械加速澄清池重要的設計和運行參數 , 了解實際運行的斜板 ( 斜管 ) 沉淀池和澄清池中的上升流速分布對水廠的運行管理有重要的意義。但目前鮮見這方面的報道。國內水廠常用的方法有兩種 :
　　(1) 容積法。將測定出水渠的水量除以每個出水渠所承擔的出水負荷面積 , 從而求得上升流速。這種方法操作難度很大 , 而且無法了解上升流速的分布狀況。
　　(2) 高錳酸鉀法。將底部裝有高錳酸鉀的有機玻璃管插入沉淀池內 , 同時用秒表記錄高錳酸鉀紅色溶液上升至水面的時間 , 從而求得上升流速。這種方法對于清澈的水體勉強可行 , 但沉淀池水體常常并不很清澈 , 所以目視常常無法看到清晰的高錳酸鉀上升線。而且高錳酸鉀制劑容易擴散 , 所以此方法并不可靠。因此尋找一種方便有效的上升流速測定方法 , 是許多水廠的當務之急 , 也是我們要對某水廠進行制水能力測試所必須解決的課題。

1 上升流速計的組成與原理

1.1　儀器組成

　　上升流速計由有機玻璃管、彩球、鐵絲、格網等組成 ( 見圖 1) 。
　　(1) 有機玻璃管。材料為輕質有機玻璃 , 直徑 54 mm , 管長 1 1 5 m , 在距下端 1 m 處開了 6 個直徑為 15 mm 的圓孔。管子原本兩端開口 , 然后加工 , 在下端用格網進行封口 , 使彩球不會掉下 , 但水流能以盡可能小的阻力通過。

　　(2) 彩球。均質光滑球面 , 材料為無毒聚氯乙烯 , 密度略比水小 , 顏色為紅色 , 直徑為 2 cm 。
　　(3) 鐵絲。鐵絲一頭折彎幾圈成小盤狀 , 其余部分為直條 , 比有機玻璃管長 5 ～ 10 cm , 用于把彩球壓至管底。
1.2　原理
　　將上升流速計先在實驗室配上流量計進行標定 , 作出水流實際上升流速與彩球上升時間 ( 從底端上升至 1 m 刻度處 ) 的關系曲線 , 并回歸出一關系公式 , 于是將這上升流速計用于實際水體中測定 , 只需計下彩球的上升時間 , 便能從公式算得或從曲線查得其對應的上升流速。

2 　標定試驗

2.1　試驗裝置
　　試驗裝置由流量計、上升流速計、大小接頭、皮管、秒表等組成 ( 見圖 2) 。
2.2 　試驗方法與步驟
　　(1) 通入水流 , 調節水量 , 使水量固定在某一值。
　　(2) 用鐵絲把彩球壓至管底 , 然后輕輕地提起鐵絲、放開彩球 , 同時按下秒表 , 則彩球在水流作用下上升。當上升至 1 m 刻度時再按下秒表 , 停止計時 , 從而得出彩球上升時間。

　　(3) 在同一水量下 , 測三次彩球上升時間 , 然后取其平均值。
　　(4) 改變水量 , 重復上述過程。
2.3　試驗結果與數據分析
　　試驗所得數據見表 1 。

　　

2.4　結果討論

　　彩球的上升速度 v ′由水流上升流速 v 和彩球在靜水中的上浮速度 v 0 ( 由彩球和水的密度差引起 ) 兩部分組成 , 即 v ′ = v + v 0 。又彩球的上升速度與彩球上升時間的關系式為 :

式中 ρ 水 為水的密度 ; ρ 球 為球的密度 ; g 為重力加速度 ; d 為彩球直徑 ; C D 為阻力系數。當有機玻璃管的尺寸已確定 , 在同一水體中 , v 0 為常數。因此 , 式 (2) 可作為理論公式檢驗試驗結果 , 發現試驗所得彩球上升時間與水流上升速度的關系曲線符合理論要求。所以研制出的上升流速計在理論上具有可靠性和精確性。

3 　測定方法與實際運用

3.1 　測定方法與步驟

　　(1) 將經過標定的上升流速計垂直放入實際水體中 , 先用鐵絲把彩球壓至管底 , 然后在放開鐵絲的同時按下秒表開始計時 , 待彩球上升至 1 m 刻度處 , 再立刻按下秒表 , 停止計時 , 從而得彩球上升時間 , 重復以上過程三次 , 最后取其平均值。
　　(2) 將彩球的上升時間 , 在上升流速標定曲線圖 ( 圖 3) 中對照 , 得水流實際上升流速。
3.2 　實際應用
　　我們在對上海某水廠制水能力測試的過程中 , 應用此上升流速計測定了 6 座斜管沉淀池或澄清池 , 每座沉淀池或澄清池均布 10 ～ 20 個測點。下面各取 1 座澄清池和 1 座斜管沉淀池為例 , 說明此上升流速計在實際中的應用。
3.2.1 　澄清池
　　(1) 澄清池中的測點分布見圖 4 。

　　(2) 各點所測彩球上升時間及對應流速見表 2 。
　　(3) 由圖 4 及表 2 , 可見此澄清池平均上升流速為 1 1 18 mm/ s , 與設計值 1 mm/ s 較接近。
　　(4) 由圖 4 及表 2 , 可見此澄清池最大上升流速為 1 1 81 mm/ s , 最小上升流速為 0 1 76 mm/ s , 上升流速分布不太均勻 , 東南部上升流速大 , 西北部上升流速小

3.2.2 　斜管沉淀池
　　(1) 斜管沉淀池中的測點分布見圖 5 。

　　

　　(2) 各測點彩球上升時間及對應水流上升流速見表 3 。
　　(3) 由圖 5 及表 3 可以看到這座沉淀池平均上升流速為 2 1 75 mm/s, 與設計值 (2 1 7 mm/ s) 比較接近。
　　(4) 由表 3 可見此斜管沉淀池最大上升流速為 4 1 66 mm/ s , 最小上升流速為 2 1 1 mm/ s , 上升流速分布很不均勻 , 這是由于集水槽不水平造成的 , 建議將集水槽整平。實踐證明研制的上升流速計操作簡單 , 使用方便 , 不影響生產的正常運行。

4 注意事項與結論

4.1 　注意事項
　　(1) 標定試驗時 , 注意實行淹沒標定 , 即找一個大水體 , 讓上升流速計的 6 個小孔淹沒于水面下 , 因為在實際測定中 , 小孔總是淹沒于水面下 , 這樣才能消除標定與實際之間的誤差。
　　(2) 測試時上升流速計一定要豎直 , 避免彩球碰到管壁。
4.2 結語
　　經理論分析和應用實踐證明 , 研制的上升流速計具有以下特點 :
　?、僭O備簡單 , 使用方便 , 成本低廉 ;
　?、诰哂锌煽啃院途_性 ;
　?、凼褂脮r不影響水廠正常運行 ;
　?、苓m用范圍廣 , 適合于各種水質 , 多種場合 ;
　?、輧x器便于推廣。