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斜管沉淀器的工作原理主要基于重力作用和倾斜管道的设计。具体来说，当原水进入斜管沉淀器后，其中的悬浮物、固体物或经投加混凝剂后形成的絮体，会在斜管底侧表面积聚成薄泥层。这些絮体依靠重力作用滑回泥渣悬浮层，并终沉入集泥斗。然后，这些泥渣通过排泥管排入污泥池进行另行处理或综合利用。同时，上清液则逐渐上升至集水管，并逐渐排出，可以直接排放或进一步利用。
斜管沉淀器的内部通常分为上、中、下三个区域。上部为污水进口区，中部为斜管沉淀区，下部为清水出口和污泥池。由于斜管倾斜角度和流速的影响，固体颗粒会从污水中沉淀到管道底部，形成一层较厚的污泥层，并定期通过污泥泵排放出去。
此外，斜管沉淀器的设计还考虑到了水流的动力学特性。通过增加斜管，可以减少水力半径，加大水池过水断面的湿周。这样，在相同水平流速下，可以降低雷诺数Re，减少蓄流，促进沉淀。同时，加设斜管还可以使颗粒沉淀距离缩短，减少沉淀时间，提高沉淀效率。
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