平流式沉淀池计算详解
平流式沉淀池是水处理工程中应用广泛的沉淀设施，通过重力作用使水中悬浮颗粒沉降，实现水质净化，其结构为长方形，水流沿水平方向缓慢流动，沉淀效果稳定，操作简便，是传统沉淀工艺的代表，本文将从设计原理、计算流程、关键参数及实例等方面系统阐述平流式沉淀池的计算方法，为工程设计提供参考。
设计原理与基本参数
平流式沉淀池的核心是利用重力沉降原理，使颗粒在水中沉降速度大于水流速度时实现分离，根据斯托克斯定律，颗粒的沉降速度（( V )）由公式 ( V = frac{g cdot d^2 cdot (rho_p – rho)}{18 cdot mu} ) 确定，( g ) 为重力加速度（9.81 m/s²），( d ) 为颗粒直径（m），( rho_p ) 为颗粒密度（kg/m³），( rho ) 为水的密度（1000 kg/m³），( mu ) 为水的黏度（Pa·s），设计时需结合进水水质（如悬浮物浓度、颗粒粒径分布）、出水水质要求（如悬浮物限值）、设计流量（( Q )，m³/h）及水温（影响黏度）等因素。
计算流程与核心公式
平流式沉淀池的计算需遵循以下步骤，核心公式围绕池长（( L )）、池宽（( B )）、有效水深（( H )）及停留时间（( theta )）展开：
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确定设计流量（( Q )）
根据工程需求，明确沉淀池的处理水量（m³/h）。 -
选择设计参数
- 表面负荷（( q )）：单位时间单位面积通过的流量，反映处理能力，公式为 ( q = frac{Q}{A} )（( A ) 为沉淀池表面积，m²）。
- 水力停留时间（( theta )）：水流在池内的停留时间，公式为 ( theta = frac{V}{Q} )（( V ) 为池容积，m³），通常通过经验或试验确定。
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计算池长（( L )）
池长需满足水流速度（( v )）≤允许流速（( v_{text{允许}} )），一般取0.6-1.0 m/s，公式为 ( L = frac{Q}{v cdot B} )（( B ) 为池宽，m）。 -
计算有效水深（( H )）
有效水深需满足沉淀效率要求，公式为 ( H = frac{theta cdot Q}{B cdot L} )。 -
校核与优化
验证沉淀效率（如悬浮物去除率）、池宽与池长的比例（一般( B:L = 1:4-1:6 )）及排泥条件（污泥斗倾角≥55°）。
关键参数详解
- 表面负荷（( q )）：单位为m³/(m²·h)，是沉淀池设计的关键参数，给水处理中，原水浊度低时取高值（如2.0-3.0 m³/(m²·h)），浊度高时取低值（1.0-2.0 m³/(m²·h)）；污水处理中，因悬浮物浓度高，通常取0.5-1.5 m³/(m²·h)。
- 水力停留时间（( theta )）：单位为小时，反映水流在池内的停留时间，给水处理中，一般取1.5-3.0 h；污水处理中，取1.0-2.0 h，过长会导致短流，过短则沉淀效果不足。
- 有效水深（( H )）：单位为米，通常取2.0-4.0 m，需考虑污泥区深度（0.5-1.0 m）和缓冲层（0.3-0.5 m）。
- 池宽（( B )）与池长（( L )）：池宽需满足进水均匀分布要求，一般取2-10 m；池长需满足水流速度限制，避免短流。
计算实例
假设设计流量 ( Q = 500 , text{m}^3/text{h} )，选择表面负荷 ( q = 2.0 , text{m}^3/(text{m}^2 cdot text{h}) )，水力停留时间 ( theta = 2.0 , text{h} )，计算过程如下：
| 步骤 | 项目 | 公式 | 计算 |
|---|---|---|---|
| 1 | 池宽（( B )） | ( B = frac{Q}{q cdot L} )（假设池长( L = 30 , text{m} )） | ( B = frac{500}{2.0 times 30} = 8.33 , text{m} ) |
| 2 | 有效水深（( H )） | ( H = frac{theta cdot Q}{B cdot L} ) | ( H = frac{2.0 times 500}{8.33 times 30} approx 4.17 , text{m} ) |
| 3 | 校核沉淀效率 | 通过经验公式或试验，确保悬浮物去除率≥90% | 假设满足要求 |
优化与注意事项
- 结构比例：池宽与池长的比例（( B:L )）一般取1:4-1:6，避免短流导致沉淀效果下降。
- 进水分布：进水口需设置导流板或整流装置，确保水流均匀分布。
- 排泥设计：污泥斗倾角≥55°，污泥斗底部设排泥管，定期排泥防止污泥积压。
- 水温影响：水温变化会影响水的黏度（( mu )），需根据水温修正计算参数（如黏度随温度升高而降低）。
- 运行维护：定期监测进水浊度、出水悬浮物，调整表面负荷或停留时间以优化性能。
常见问题解答（FAQs）
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平流式沉淀池表面负荷如何选择？
答：表面负荷（( q )）的选择需综合考虑水质、水温及处理要求，给水处理中，原水浊度低时（如<50 NTU），可取较高值（2.0-3.0 m³/(m²·h)）；浊度高时（>100 NTU），取低值（1.0-2.0 m³/(m²·h)），污水处理中，因悬浮物浓度高，通常取0.5-1.5 m³/(m²·h)，需通过沉淀试验验证，确保出水悬浮物达标。 -
计算中水力停留时间如何确定？
答：水力停留时间（( theta )）是水流在沉淀池内的停留时间，可通过以下方式确定：- 经验公式：( theta = frac{H cdot B}{Q} )， H )为有效水深（m），( B )为池宽（m），( Q )为设计流量（m³/h）。
- 沉淀试验：通过浊度-停留时间曲线，找到使出水浊度满足要求的( theta )值。
给水处理中，一般取1.5-3.0 h；污水处理中，取1.0-2.0 h，过长会导致短流,过短则沉淀效果不足。
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