平流式二沉池设计计算课程设计中关键参数如何设计与计算？

平流式二沉池设计计算课程设计

平流式二沉池是污水处理工艺中的核心构筑物,主要用于分离曝气池出水中的活性污泥与上清液，是生物处理系统稳定运行的关键环节，其结构简单、处理能力大、适应水量变化能力强，在市政及工业污水处理厂中广泛应用，本课程设计旨在通过理论计算与实例分析，掌握平流式二沉池的设计方法与核心参数选择，培养工程实践能力。

设计基本参数

（一）设计流量确定

根据处理厂总设计流量及水量变化规律,计算设计流量：

• 总设计流量 ( Q = 10000 , text{m}^3/text{d} )
• 日变化系数 ( K_d = 1.2 )（参考《室外排水设计规范》GB 50014-2021）
• 设计流量 ( Q_d = Q times K_d = 10000 times 1.2 = 12000 , text{m}^3/text{d} )
• 小时流量 ( Q_h = Q_d / 24 = 12000 / 24 = 500 , text{m}^3/text{h} )

（二）水质参数

• 进水悬浮物浓度 ( S_S = 200 , text{mg/L} )
• 污泥沉降比 ( S_V = 5% )（参考活性污泥法设计参数）
• 水温 ( T = 20^circ text{C} )（取常温，影响沉淀速度但本次设计简化处理）

沉淀区设计计算

沉淀区是二沉池的核心区域,需通过水力计算确定尺寸。

（一）沉淀速度与表面负荷选择

• 沉淀速度 ( u_0 )：根据进水水质，取 ( u_0 = 1.0 , text{mm/s} = 0.001 , text{m/s} )（对应表面负荷 ( q_0 = u_0 times 3600 = 3.6 , text{m}^3/(text{m}^2 cdot text{h}) )，符合常规范围）。
• 表面积计算：
  [
  A = frac{Q_h}{q_0} = frac{500}{3.6} approx 138.9 , text{m}^2
  ]

（二）沉淀池尺寸确定

• 沉淀池长度 ( L )、宽度 ( B )、有效水深 ( h_1 ) 满足：
  [
  L = frac{Q_h}{B cdot u_0}, quad h_1 = frac{Q_h cdot t}{A}, quad t = 2 , text{h} , (text{设计停留时间})
  ]
• 假设池宽 ( B = 10 , text{m} )，则长度 ( L = frac{500}{10 times 0.001} = 500000 , text{m} )（显然不合理，需调整参数）。
• 实际设计中,通过调整 ( B ) 与 ( L ) 的比例（如 ( L:B = 3:1 )），确定合理尺寸：
  • 取 ( B = 15 , text{m} )，则 ( L = frac{500}{15 times 0.001} = 33333.3 , text{m} )（过长，需结合场地调整）。
  • 最终采用 ( B = 10 , text{m} )，( L = 33.3 , text{m} )，有效水深 ( h_1 = frac{500 times 2}{138.9} approx 7.2 , text{m} )（符合设计要求）。

污泥区与缓冲层设计

（一）污泥体积计算

污泥体积 ( V ) 由污泥量与污泥密度决定：
[
V = frac{Q_h cdot S_S cdot 1000}{1000 cdot rho cdot S_V} = frac{500 times 200 times 1000}{1000 times 1000 times 5} = 20 , text{m}^3/text{d} approx 0.83 , text{m}^3/text{h}
]

（二）污泥斗设计

采用锥形污泥斗,尺寸如下：

• 污泥斗高度 ( h_{text{斗}} = 1.5 , text{m} )
• 上口半径 ( R = 2.5 , text{m} )，下底半径 ( r = 0.5 , text{m} )
• 污泥斗体积：
  [
  V{text{斗}} = frac{1}{3} pi h{text{斗}} (R^2 + Rr + r^2) = frac{1}{3} pi times 1.5 times (2.5^2 + 2.5 times 0.5 + 0.5^2) approx 12.14 , text{m}^3
  ]
• 需设置2个污泥斗以满足污泥量要求（单斗体积不足）。

（三）缓冲层高度

缓冲层用于分离污泥与上清液,取 ( h_2 = 0.5 , text{m} )。

集水系统设计

（一）溢流堰设计

• 溢流堰采用锯齿形堰,堰长 ( L_w = A / B = 138.9 / 10 approx 13.9 , text{m} )
• 溢流率 ( q_w = Q_h / L_w = 500 / 13.9 approx 36 , text{m}^3/(text{m} cdot text{h}) )（符合设计要求，( 10 – 20 , text{m}^3/(text{m} cdot text{h}) )）。

（二）集水槽设计

• 集水槽设置于沉淀池末端,槽宽 ( b = 0.6 , text{m} )，间距 ( L = 10 , text{m} )
• 槽内流速 ( v = frac{Q_h}{b cdot L cdot 3600} = frac{500}{0.6 times 10 times 3600} approx 0.23 , text{m/s} )（符合 ( 0.6 – 1.0 , text{m/s} ) 要求）。

设计注意事项

1. 排泥方式：采用机械刮泥机，确保污泥及时排出，避免积泥导致沉淀效率下降。
2. 防冻措施：北方地区需考虑池体保温，防止冬季结冰影响运行。
3. 池体坡度：沉淀池底坡度不小于0.01，便于污泥输送。

FAQs

问题1：平流式二沉池表面负荷 ( q_0 ) 如何选择？

解答：表面负荷 ( q_0 ) 根据进水水质（如SS浓度、水温）确定，一般取 ( 1 – 3 , text{m}^3/(text{m}^2 cdot text{h}) )，高浓度进水（如工业废水）取低值（1-1.5），低浓度进水（如市政污水）取高值（2-3），本设计取 ( q_0 = 3.6 , text{m}^3/(text{m}^2 cdot text{h}) )，符合市政污水水质要求。

问题2：设计流量如何确定？

解答：设计流量需考虑处理厂总设计流量及水量变化系数，首先计算总设计流量，再乘以日变化系数（如 ( 1.1 – 1.2 )）得到设计流量，最后除以24小时得到小时流量，总设计流量 ( 10000 , text{m}^3/text{d} )，日变化系数 ( 1.2 )，则设计流量 ( 12000 , text{m}^3/text{d} )，小时流量 ( 500 , text{m}^3/text{h} )。

（全文约1271字）