平流式二沉池计算中如何准确确定水力负荷与停留时间？

平流式二沉池计算

平流式二沉池是活性污泥法污水处理系统中的核心二次沉淀设备，主要功能是通过重力沉降实现混合液中的污泥与水分离，为后续污泥回流或排放提供基础，其典型结构为矩形长槽，水流沿池长方向平行流动，通过进水分布、污泥区沉淀、出水收集及污泥刮排等单元完成泥水分离过程，本文围绕平流式二沉池的设计计算展开，涵盖关键参数确定、主要计算步骤及设计注意事项,为工程应用提供系统参考。

设计参数与基础数据

平流式二沉池计算需基于以下基础参数：
| 参数名称 | 符号 | 常见取值范围 | 说明 |
|——————–|———-|———————————-|——————————|
| 设计流量 | Q | 按处理规模确定（m³/h） | 污水设计流量 |
| 表面负荷 | qₛ | 1.0–2.0 m³/(m²·h)（城市污水） | 泥水分离效率关键指标 |
| 水力停留时间 | t | 1.0–2.5 h | 保证泥水分离效果 |
| 污泥停留时间 | tₛ | 1.0–2.0 h | 防止污泥流失 |
| 污泥体积指数 | SVI | 50–150 mL/g（适宜范围） | 反映污泥沉降性能 |
| 污泥回流比 | R | 25%–50%（常用30%–40%） | 回流污泥量计算依据 |

主要计算步骤

（一）池体平面尺寸计算

1. 计算池面积：
   公式：( A = frac{Q}{q_s} )
   示例：若设计流量Q=5000 m³/h，表面负荷qₛ=1.5 m³/(m²·h)，则池面积 ( A = frac{5000}{1.5} approx 3333.3 , text{m}^2 )。

2. 确定长宽比：
   平流式二沉池长宽比通常取1.0–2.0:1（推荐1.2:1），以优化水流分布和刮泥效率。

3. 计算池长与池宽：
   设长宽比为1.2:1，则池宽 ( B = frac{L}{1.2} )，代入面积公式得池长 ( L = sqrt{A times 1.2} approx sqrt{3333.3 times 1.2} approx 65.3 , text{m} )，池宽 ( B = frac{65.3}{1.2} approx 54.4 , text{m} )（取整数后池长L=66 m，池宽B=55 m）。

4. 计算有效水深：
   公式：( h = frac{Q cdot t}{A} )
   若水力停留时间t=1.5 h，则有效水深 ( h = frac{5000 times 1.5}{3333.3} approx 2.3 , text{m} )。

（二）水力计算

1. 水流速度校核：
   公式：( v = frac{Q}{B cdot h} )
   代入数据得 ( v = frac{5000}{55 times 2.3} approx 0.18 , text{m/s} )，符合平流式二沉池适宜流速（0.1–0.2 m/s）。

   

2. 停留时间验证：
   有效容积 ( V = A cdot h = 3333.3 times 2.3 approx 7666.6 , text{m}^3 )，实际停留时间 ( t = frac{V}{Q} = frac{7666.6}{5000} approx 1.53 , text{h} )，满足设计要求。

（三）泥水分离计算

1. 污泥区面积计算：
   公式：( A_s = frac{Q cdot t_s}{h_s} )
   若污泥停留时间tₛ=1.5 h，污泥区高度取1.5 m（含缓冲层），则 ( A_s = frac{5000 times 1.5}{1.5} = 5000 , text{m}^2 )。

2. 污泥区高度验证：
   污泥区面积 ( A_s = frac{L cdot B cdot text{污泥区占比}}{text{污泥区占比}} )（假设污泥区占池面积50%），则 ( A_s = 0.5 times 66 times 55 = 1815 , text{m}^2 )，与计算值5000 m²不符，需调整池宽或长宽比，最终确定合理污泥区面积（此处简化示例，实际需结合结构优化）。

（四）出水堰设计

1. 堰负荷计算：
   公式：( q_w = frac{Q}{L_w} )
   若堰长取池宽（L_w=55 m），取堰负荷q_w=0.0015 m³/(m·s)，则堰长 ( L_w = frac{5000}{3600 times 0.0015} approx 9.26 , text{m} )，取整数9.3 m。

2. 堰口数量：
   单堰长度取0.5 m，则堰口数 ( n = frac{9.3}{0.5} approx 19 ) 个。

（五）污泥回流计算

1. 回流污泥量：
   公式：( Q_s = R cdot Q )
   若回流比R=35%，则 ( Q_s = 0.35 times 5000 = 1750 , text{m}^3/text{h} )。

   

2. 回流泵功率估算（简化）：
   功率 ( P = frac{rho cdot g cdot Q_s cdot H}{eta} )（H为提升高度，η为泵效率），需根据实际扬程计算。

设计注意事项

1. 进水分布：采用穿孔墙或穿孔管均匀布水，避免短流或局部流速过高。
2. 出水收集：采用淹没式集水槽或溢流堰，确保出水均匀，防止堰口负荷过大。
3. 污泥刮排：刮泥机转速控制在0.1–0.2 r/min，防止污泥堆积或搅动已沉淀污泥。
4. 排泥方式：采用重力排泥或污泥泵排泥，确保污泥区泥位稳定。
5. 结构稳定性：池体基础需满足荷载要求，池壁防渗处理（尤其对含油废水）。

相关问答FAQs

Q1：平流式二沉池的表面负荷qₛ如何确定？
A1：表面负荷是决定泥水分离效率的核心参数，需结合处理水质、污泥性质及设计要求综合确定，城市污水处理厂一般取1.0–2.0 m³/(m²·h)，工业废水需根据污泥沉降性能（如SVI值）调整，SVI值低（<100 mL/g）时可适当提高表面负荷至2.0–2.5 m³/(m²·h)，反之则降低。

Q2：设计水力停留时间t的选择依据是什么？
A2：水力停留时间直接影响泥水分离效果，需考虑以下因素：

• 污水水质：高浓度有机废水需延长停留时间（如2.5 h以上）；
• 污泥沉降性能：SVI值高的污泥（>150 mL/g）需延长停留时间（如1.8–2.5 h）；
• 工艺要求：对于深度处理或污泥稳定化需求，可适当延长至2.0–3.0 h。

通过上述步骤，可系统完成平流式二沉池的设计计算，确保其满足泥水分离效率、运行稳定性和结构安全性要求。