平流式二次沉淀池设计计算，停留时间与污泥回流比如何合理确定？

平流式二次沉淀池设计计算

平流式二次沉淀池是污水处理工艺中用于泥水分离的核心单元,通过水平流动的水流使悬浮固体沉降，是保证出水水质的关键环节，以下从设计、参数确定、尺寸计算、结构设计及注意事项等方面系统阐述其设计方法。

平流式沉淀池以水流沿水平方向流动为特征,水流从进水端进入，经沉淀区后从出水端流出，污泥在池底沉降并集中收集，其核心功能是去除二次沉淀池出水中的悬浮固体（SS），降低出水浊度，为后续处理提供稳定水质，设计时需兼顾处理效率、占地面积、投资成本及运行稳定性。

设计参数确定

（一）设计流量

取污水处理厂最大日平均流量（(Q_{text{max}})，单位：(m^3/h)），作为沉淀池的设计流量。

（二）水力停留时间

根据出水水质要求确定,一般取0–2.5 h，常见设计值1.5 h，水力停留时间越长，泥水分离效果越好，但会增加池体尺寸。

（三）表面负荷率

表面负荷率（(q)，单位：(m^3/(m^2·h))）是单位池面积的日处理水量，直接影响沉淀效果，通常取1–3 m³/(m²·h)，具体选择需结合水质：

• 浊度高的污水（如进水SS＞30 mg/L）取低值（1–1.5 m³/(m²·h)）；
• 浊度低的污水（如进水SS＜20 mg/L）取高值（2–3 m³/(m²·h)）。

（四）污泥区容积

根据污泥产量计算,公式为：
[ V{text{sludge}} = frac{Q{text{max}} cdot t_{text{sludge}} cdot S0}{1000 cdot Y} ]
(t{text{sludge}})为污泥龄（d），(S_0)为进水SS浓度（mg/L），(Y)为污泥产率系数（kgSS/kgMLSS）。

主要尺寸计算

（一）沉淀池面积

根据表面负荷率计算：
[ A = frac{Q_{text{max}}}{q} quad (text{单位：} m^2) ]

（二）池长与池宽

为避免短流,长宽比（(L/B)）4:1，若取长宽比2:1，则：

• 池宽：( B = sqrt{frac{A}{2}} )
• 池长：( L = 2B )

（三）有效水深

有效水深（(H)，单位：m）需满足水力停留时间要求，公式为：
[ H = sqrt{frac{Q{text{max}} cdot t}{q}} ]
（(t)为水力停留时间，单位：h；(Q{text{max}})单位：(m^3/h)；(q)单位：(m^3/(m^2·h))）

（四）污泥区高度

污泥区高度（(h{text{sludge}})，单位：m）由污泥容积决定：
[ h{text{sludge}} = frac{V_{text{sludge}}}{A cdot B} ]

主要结构设计

（一）进水区

设置导流板（如三角堰、挡板），均匀分配水流，防止短流和局部流速过高，保证水流平稳进入沉淀区。

（二）沉淀区

保持水流速度≤0.1 m/s（避免扰动污泥），长宽比≥4:1，水深≥1.5 m，底部坡度≥0.01，便于污泥收集。

（三）污泥区

设置污泥斗（底部坡度≥0.05），底部排泥管直径≥200 mm，采用机械刮泥机或静压排泥系统定期排泥。

（四）出水区

设置出水堰（如锯齿形堰），堰负荷≤2.4 m³/(m·h)，防止带泥出水，集水系统采用穿孔管或槽式结构，确保出水均匀。

设计注意事项

1. 水流均匀性：进水区导流板设计需合理，避免短流和局部流速过高。
2. 污泥管理：定期排泥（如每日排泥），防止污泥膨胀或积泥，影响沉淀效果。
3. 漂浮物拦截：设置格栅或浮渣收集装置，避免漂浮物进入沉淀池。
4. 水温修正：水温变化会影响沉淀速度（水温低时沉淀速度减慢），需根据水温调整表面负荷或水力停留时间。
5. 污泥回流：二次沉淀池污泥需回流至曝气池，需设置污泥回流泵，确保回流比（如50%）稳定。

设计计算示例（简化）

假设设计流量(Q_{text{max}} = 1000 m^3/h)，水力停留时间(t = 1.5 h)，表面负荷(q = 2.5 m^3/(m^2·h))：

• 沉淀池面积：(A = frac{1000}{2.5} = 400 m^2)
• 池宽：(B = sqrt{frac{400}{2}} = sqrt{200} approx 14.14 m)
• 池长：(L = 2 times 14.14 = 28.28 m)
• 有效水深：(H = sqrt{frac{1000 times 1.5}{2.5}} = sqrt{600} approx 24.5 m)（实际工程中需结合水深限制调整参数）
• 污泥区容积（假设污泥龄(t_{text{sludge}} = 10 d)，进水SS(S0 = 30 mg/L)，污泥产率(Y = 0.6)）：
  [ V{text{sludge}} = frac{1000 times 10 times 30}{1000 times 0.6} = 50 m^3 ]
• 污泥区高度：(h_{text{sludge}} = frac{50}{400 times 14.14} approx 0.009 m)（实际工程中需根据污泥产量调整）

相关问答FAQs

1. 平流式二次沉淀池的表面负荷如何选择？
   答：表面负荷率（(q)）是关键设计参数，直接影响沉淀效果，一般取1–3 m³/(m²·h)，具体选择需根据水质（如进水SS浓度、浊度）和出水要求确定，浊度高的污水取低值（1–1.5 m³/(m²·h)），浊度低的取高值（2–3 m³/(m²·h)），同时需考虑水温，水温低时沉淀速度减慢，可适当降低表面负荷。

2. 设计中的水力停留时间与表面负荷的关系是什么？
   答：水力停留时间（(t)）和表面负荷（(q)）是相互关联的，根据公式(A = frac{Q}{q})（(A)为沉淀池面积），(t = frac{A}{Q/v})，而(v = frac{Q}{A cdot H})，联立可得(t = frac{H^2}{q})，表面负荷(q)越大，水力停留时间(t)越短；反之，(q)越小，(t)越长，设计时需根据水质要求选择合适的(q)和(t)组合，确保泥水分离效果。