平流式初沉池进出水计算与平剖面图设计
初沉池是污水处理厂的重要预处理设施,其主要功能是通过重力沉淀去除污水中的悬浮固体（SS）、油脂及部分有机物，降低后续处理单元的负荷，平流式初沉池因结构简单、处理效果好、适用范围广，被广泛应用于大中型污水处理厂，其设计核心是进出水计算与平剖面图设计，两者相互关联，直接影响沉淀效率与处理效果，本文将系统阐述平流式初沉池进出水计算方法、平剖面图设计要点及关键参数，并结合实例说明设计流程。
平流式初沉池
平流式初沉池为矩形水池,污水从一端进入，通过配水槽均匀分布后，沿水平方向缓慢流动，悬浮颗粒在重力作用下沉降至池底污泥区，清水从另一端溢出，其典型结构包括：
- 进水系统：进水槽、配水槽、布水装置；
- 沉淀区：水流平流段，核心功能为悬浮颗粒沉淀；
- 污泥区：污泥储存与排泥段，包括污泥斗、排泥管；
- 出水系统：出水槽、溢流堰。
平流式初沉池的沉淀效率主要受表面负荷（q）、沉淀时间（t）、沉淀速度（v）等因素影响，设计时需确保各参数符合规范要求（如《室外排水设计规范》GB 50014-2006）。
进出水计算方法
进出水计算是初沉池设计的核心环节,需依次完成设计流量确定、沉淀区面积计算、沉淀区尺寸计算、污泥区容积计算等步骤，以下是详细计算流程：
（一）设计流量确定
设计流量需考虑污水量的变化,通常以平均日流量（Qd）为基础，结合时变化系数（Kz）计算最大日流量（Qmax）：
[ Q_{text{max}} = Q_d times K_z ]
平均日流量（Qd）可通过污水量调查或类似工程类比确定；时变化系数（Kz）根据污水类型、服务人口等因素选取，一般取1.1-1.5（工业污水取值较高）。
（二）沉淀区面积计算
沉淀区面积（A）由表面负荷（q）决定，表面负荷定义为单位沉淀池表面积单位时间内的流量，计算公式为：
[ A = frac{Q_{text{max}}}{q} ]
表面负荷（q）需根据污水性质、水温等因素选取，一般取1-3 m³/(m²·h)，低温或高浊度污水可适当降低，具体取值需参考类似工程经验或试验数据。
（三）沉淀区尺寸计算
沉淀区尺寸（长度L、宽度B、有效水深h1）需满足沉淀效率要求，计算步骤如下：
- 沉淀时间（t）：根据规范要求，沉淀时间（t）通常取1-2小时，一般取1.5小时（兼顾处理效果与池体尺寸）。
- 沉淀速度（v）：沉淀速度（v）与沉淀时间（t）成正比，与沉淀区面积（A）成反比，计算公式为：
[ v = frac{3600 times t}{A} ]
若Qmax=1300 m³/h，t=1.5h，q=2.5 m³/(m²·h)，则A=520 m²，v=10.3 mm/s，符合规范要求（≥0.7 mm/s）。 - 沉淀区长度（L）：沉淀区长度（L）与沉淀速度（v）和沉淀时间（t）相关，计算公式为：
[ L = v times t ]
仍以上述参数为例，L=10.3×10⁻³ m/s × 1.5×3600 s ≈55.5 m。 - 沉淀区宽度（B）：沉淀区宽度（B）由沉淀区面积（A）和长度（L）决定，计算公式为：
[ B = frac{A}{L} ]
代入参数后，B=520 m² / 55.5 m ≈9.4 m（取9.4 m）。 - 有效水深（h1）：有效水深（h1）是沉淀区实际水深，需满足流量要求，计算公式为：
[ h1 = frac{Q{text{max}} times t}{B times L} ]
代入参数后，h1=1300 m³/h × 1.5 h / (9.4 m × 55.5 m) ≈3.6 m，符合规范要求（2-4 m）。
（四）污泥区容积计算
污泥区容积包括剩余污泥区容积（V1）和初沉污泥区容积（V2），需分别计算后求和。
- 剩余污泥区容积（V1）：剩余污泥量由曝气池的剩余污泥产生，计算公式为：
[ V_1 = frac{Q_d times text{MLSS} times 0.001}{1000 times text{污泥龄}} ]
MLSS为曝气池混合液悬浮固体浓度（mg/L），污泥龄（θc）为污泥在系统中的停留时间（d），一般取10-15 d，若Qd=1000 m³/h，MLSS=3000 mg/L，θc=10 d，则剩余污泥量=1000×3000×0.001/(10000)=0.3 m³/d，剩余污泥区容积=0.3 m³/d × 10 d=3 m³（取整数3 m³）。 - 初沉污泥区容积（V2）：初沉污泥量由沉淀区沉降的污泥产生，计算公式为：
[ V2 = frac{Q{text{max}} times C times 0.001}{1000} ]
C为初沉污泥浓度（mg/L），一般取100-200 mg/L，若Qmax=1300 m³/h，C=150 mg/L，则初沉污泥量=1300×150×0.001/1000=0.195 m³/d，初沉污泥区容积=0.195 m³/d × 10 d=1.95 m³（取整数2 m³）。 - 总污泥区容积（V）：总容积需满足污泥储存时间要求（通常10-15 d），计算公式为：
[ V = V_1 + V_2 ]
代入参数后，V=3 m³ + 2 m³=5 m³（取整数5 m³）。
平剖面图设计要点
平剖面图是初沉池设计的直观体现,需明确各功能区的位置、尺寸及连接关系，以下是平剖面图设计的关键要点：
（一）平面布局
平面布局需考虑水流方向、进水均匀性及污泥排泥的便利性，典型平面布局如下：
- 进水端：设置进水槽，将污水均匀引入配水槽；
- 沉淀区：矩形区域，长度L、宽度B；
- 污泥区：位于沉淀区末端，包括污泥斗、排泥管；
- 出水端：设置出水槽，通过溢流堰溢出清水。
平面尺寸需满足规范要求,如沉淀区长度与宽度之比（L/B）通常取5-10，以保证水流均匀性。
（二）剖面结构
剖面结构需体现水流路径、水深及污泥排泥装置，典型剖面结构如下：
- 进水槽：高度约0.5 m，宽度与沉淀区宽度一致；
- 配水槽：高度约0.8 m，长度与沉淀区宽度一致，通过孔洞均匀布水；
- 沉淀区：有效水深h1（2-4 m），底部坡度1%-2%；
- 污泥斗：位于污泥区底部，呈倒锥形，斗高约1.5 m，斗底面积0.5 m²，容积约1.5 m³；
- 排泥管：连接污泥斗与污泥泵，管径通常为200-300 mm，坡度1%-2%。
（三）关键参数汇总
为便于设计参考,以下表格汇总平流式初沉池进出水计算的关键参数（以Qmax=1300 m³/h为例）：
| 参数 | 计算值 | 单位 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 设计流量（Qmax） | 1300 | m³/h | 最大日流量 |
| 表面负荷（q） | 5 | m³/(m²·h) | 沉淀区表面积 |
| 沉淀区面积（A） | 520 | m² | A=Qmax/q |
| 沉淀时间（t） | 5 | h | 规范要求 |
| 沉淀速度（v） | 3 | mm/s | v=3600t/A |
| 沉淀区长度（L） | 5 | m | L=v×t |
| 沉淀区宽度（B） | 4 | m | B=A/L |
| 有效水深（h1） | 6 | m | h1=Qmax×t/(B×L) |
| 剩余污泥区容积（V1） | 3 | m³ | V1=剩余污泥量×10 d |
| 初沉污泥区容积（V2） | 2 | m³ | V2=初沉污泥量×10 d |
| 总污泥区容积（V） | 5 | m³ | V=V1+V2 |
实例分析
以某污水处理厂平流式初沉池设计为例,设计流量Qmax=1300 m³/h，时变化系数Kz=1.3，表面负荷q=2.5 m³/(m²·h)，沉淀时间t=1.5 h。
- 沉淀区计算：
沉淀区面积A=1300/2.5=520 m²，长度L=10.3×10⁻³×1.5×3600≈55.5 m，宽度B=520/55.5≈9.4 m，有效水深h1=3.6 m，均符合规范要求。 - 污泥区计算：
剩余污泥区容积=0.3 m³/d×10 d=3 m³，初沉污泥区容积=0.195 m³/d×10 d=1.95 m³，总容积=5 m³，满足污泥储存时间要求。 - 平剖面图设计：
平面布局为矩形，进水槽宽度9.4 m，配水槽长度9.4 m，沉淀区尺寸55.5 m×9.4 m，污泥区位于沉淀区末端，污泥斗高1.5 m，斗底面积0.5 m²，排泥管管径250 mm。
通过上述计算与设计,该初沉池可有效去除污水中的悬浮固体，保证后续处理单元的稳定运行。
平流式初沉池的进出水计算与平剖面图设计是初沉池设计的核心环节,需严格遵循规范要求，确保各参数符合处理效果与池体尺寸的平衡，进出水计算需依次完成设计流量确定、沉淀区面积计算、沉淀区尺寸计算、污泥区容积计算等步骤，平剖面图设计需考虑水流均匀性、污泥排泥便利性及规范要求，通过实例分析可知，合理的设计参数可有效提高初沉池的处理效率，降低后续处理单元的负荷。
问答FAQs
平流式初沉池的表面负荷如何确定？
解答：表面负荷（q）是单位沉淀池表面积单位时间内的流量，是影响沉淀效率的关键参数，其确定需考虑污水性质（如水温、浊度）、设计要求（如处理效果）及类似工程经验，一般取值范围为1-3 m³/(m²·h)，低温或高浊度污水可适当降低，高浓度污水可适当提高，但需保证沉淀速度≥0.7 mm/s（规范要求）。
初沉池的污泥区容积如何计算？
解答：污泥区容积包括剩余污泥区容积（V1）和初沉污泥区容积（V2），需分别计算后求和。
- 剩余污泥区容积（V1）：由曝气池剩余污泥产生，计算公式为[ V_1 = frac{Q_d times text{MLSS} times 0.001}{1000 times text{污泥龄}} ]，其中MLSS为曝气池混合液悬浮固体浓度（mg/L），污泥龄（θc）为污泥停留时间（d）。
- 初沉污泥区容积（V2）：由沉淀区沉降的污泥产生，计算公式为[ V2 = frac{Q{text{max}} times C times 0.001}{1000} ]，其中C为初沉污泥浓度（mg/L），一般取100-200 mg/L。
总容积需满足污泥储存时间要求（通常10-15 d），即[ V = V_1 + V_2 ]。
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