平流式预沉池设计计算中如何确定关键参数与步骤？

平流式预沉池设计计算

平流式预沉池是污水处理系统中重要的预处理单元,通过重力沉降作用去除原水中的悬浮固体，有效减轻后续处理单元的负荷，其设计计算需遵循《室外排水设计规范》（GB 50014-2006）等标准，结合实际进水水质、处理规模及场地条件，确保处理效果与运行稳定性，以下从设计、关键参数、计算步骤、实例分析及注意事项等方面展开说明。

平流式预沉池为矩形水池结构,水流沿池长方向平行流动，通过重力沉降实现悬浮物去除，典型结构包括进水区、沉淀区、出水区及污泥区，进水通过穿孔墙或格栅均匀分布至沉淀区，出水经溢流堰收集，污泥通过重力排泥或机械刮泥装置排出，其设计核心是通过合理的水力条件与几何尺寸，保证悬浮物有效沉降。

主要设计参数

平流式预沉池的设计参数需根据处理规模、进水水质及处理要求确定，关键参数如下：

设计计算步骤

平流式预沉池设计需按以下步骤进行,确保各参数逻辑关联、计算严谨：

确定设计流量

设计流量需考虑实际进水量的变化,通常取最大设计流量 ( Q_{\text{max}} ) 乘以流量变化系数 ( Kz )：
[ Q = Q{\text{max}} \times K_z ]
( K_z ) 一般取1.2~1.5（如工业废水或雨水调蓄池可取更高值）。

计算水力停留时间

水力停留时间 ( \theta ) 由沉淀区有效容积 ( V ) 与设计流量 ( Q ) 确定：
[ \theta = \frac{V}{Q} ]
沉淀区有效容积 ( V ) 为池体长度 ( L )、宽度 ( B )、有效水深 ( H ) 的乘积：
[ V = L \times B \times H ]

确定表面负荷

表面负荷 ( q ) 是单位池表面积单位时间的流量，反映池体处理能力：
[ q = \frac{Q}{L \times B} ]
表面负荷需结合进水悬浮物浓度（( C_0 )）及沉降性能调整，通常取1~3 ( \text{m}^3/(\text{m}^2\cdot\text{h}) )。

计算池体尺寸

根据水力停留时间与表面负荷反推池体尺寸,优先保证沉淀区有效容积满足要求，通常按比例设计池体（如 ( L:B:H = 3:1:1.5 )），再通过试算调整：

• 有效水深 ( H )：取1.0~1.8 m（需考虑排泥高度与超高）；
• 长度 ( L )：根据场地长度及水流稳定性确定，一般不小于3倍宽度；
• 宽度 ( B )：由表面负荷反推 ( B = \frac{Q}{q \times L} )；
• 容积校核：确保 ( V \geq Q \times \theta \times 3600 )（单位转换后验证）。

计算污泥区容积

污泥区容积 ( V_s ) 根据污泥产量（( P )，单位：( \text{m}^3/(\text{m}^3\cdot\text{d}) )）与设计流量计算：
[ V_s = Q \times \theta_s \times P ]
( \theta_s ) 为污泥龄（通常取1~3 d），( P ) 可通过试验或经验公式（如爱因斯坦公式）确定。

设计实例

以某污水处理厂平流式预沉池设计为例,设计流量 ( Q_{\text{max}} = 500 \, \text{m}^3/\text{h} )，流量变化系数 ( K_z = 1.2 )，进水悬浮物浓度 ( C_0 = 200 \, \text{mg/L} )，水力停留时间 ( \theta = 1.5 \, \text{h} )，表面负荷 ( q = 2 \, \text{m}^3/(\text{m}^2\cdot\text{h}) )。

• 设计流量计算：
  [ Q = 500 \times 1.2 = 600 \, \text{m}^3/\text{h} ]

• 沉淀区有效容积：
  取 ( L = 30 \, \text{m} )，( B = 10 \, \text{m} )，则有效水深 ( H = \frac{Q \times \theta \times 3600}{L \times B} = \frac{600 \times 1.5 \times 3600}{30 \times 10} = 1.68 \, \text{m} )，取 ( H = 1.5 \, \text{m} )，容积 ( V = 30 \times 10 \times 1.5 = 4500 \, \text{m}^3 )。

• 表面负荷验证：
  [ q = \frac{600}{30 \times 10} = 2 \, \text{m}^3/(\text{m}^2\cdot\text{h}) ]，符合设计要求。

• 污泥区容积计算：
  取污泥龄 ( \theta_s = 2 \, \text{d} )，污泥产量 ( P = 0.02 \, \text{m}^3/(\text{m}^3\cdot\text{d}) )，则：
  [ V_s = 600 \times 2 \times 0.02 = 24 \, \text{m}^3 ]
  实际设计时需增加安全系数，取 ( V_s = 30 \, \text{m}^3 )。

设计注意事项

1. 进水水质波动：原水浊度、悬浮物浓度变化会影响沉降效果，需设置调节池或预曝气装置稳定水质。
2. 水流短路防控：进水口与出水口位置需合理布置，避免短流，通常进水口设于池首，出水口设于池尾，中间设导流墙。
3. 排泥管理：定期排泥（如每日1~2次）防止污泥积聚，影响沉降空间；采用机械刮泥时需保证刮泥板与池底间隙（约0.1~0.2 m）。
4. 浮渣收集：设置浮渣收集槽，及时排除池面浮渣，避免堵塞出水口。

常见问题解答（FAQs）

1. 问：平流式预沉池的水力停留时间如何确定？
   答：水力停留时间需根据设计流量、沉淀区容积及处理要求综合确定，通常取1~2小时（高浊度原水可延长至2小时以上），当进水悬浮物浓度高、沉降性能差时，可延长停留时间至2小时，以提高去除率。

2. 问：设计表面负荷与哪些因素有关？
   答：表面负荷主要受进水悬浮物浓度、水力停留时间及污泥沉降性能影响，若进水悬浮物浓度低、污泥沉降性能好，可适当提高表面负荷（如3 ( \text{m}^3/(\text{m}^2\cdot\text{h}) )）；反之，需降低表面负荷（如1 ( \text{m}^3/(\text{m}^2\cdot\text{h}) )）以保证沉降效果，场地条件（如池体长度限制）也会间接影响表面负荷的取值。

通过以上设计步骤与注意事项,可确保平流式预沉池的科学设计与高效运行，为后续污水处理单元提供稳定、优质的进水水质。