平流式沉淀池计算例题详解？如何确定关键参数与设计步骤？

平流式沉淀池计算例题

平流式沉淀池是污水处理与给水处理中常用的重力沉淀设施,通过利用水中悬浮颗粒与水的密度差，在重力作用下实现颗粒沉淀，是保障水质达标的关键环节，其设计计算需结合处理水量、设计参数（如表面水力负荷、沉淀时间、设计流速等）进行综合分析，确保沉淀池高效运行，本文以典型设计案例为例，详细阐述平流式沉淀池的计算步骤与参数选择，为工程实践提供参考。

平流式沉淀池基本原理与设计参数

平流式沉淀池通过“重力沉降”原理实现颗粒分离：水中悬浮颗粒在重力作用下向池底沉降，水流沿水平方向流动，从而实现固液分离。

关键设计参数包括：

• 表面水力负荷（q）：单位时间通过单位面积沉淀池的水量，单位为m³/(m²·h)；
• 沉淀时间（t）：水在沉淀池内的停留时间，单位为h；
• 设计流速（v）：水流在沉淀池内的平均流速，单位为m/s；
• 有效水深（h）：沉淀池的有效水深，通常取1.2–1.5 m；
• 池体尺寸：长度（L）、宽度（B）、总深度（H，含超高）。

平流式沉淀池计算例题（已知条件）

以处理水量Q=1000 m³/h（约0.2778 m³/s）的给水处理工程为例，设计参数如下：

• 表面水力负荷q=1.2 m³/(m²·h)；
• 沉淀时间t=1.5 h；
• 设计流速v=5 mm/s（0.005 m/s）；
• 有效水深h=1.2 m（规范取值）。

设计计算步骤

通过公式推导与参数迭代,逐步确定沉淀池各部分尺寸。

步骤1：确定沉淀池表面积（A）

表面水力负荷公式为：
[ q = frac{Q}{A} ]
变形得表面积计算公式：
[ A = frac{Q}{q} ]
代入数值计算：
[ A = frac{1000 , text{m}^3/text{h}}{1.2 , text{m}^3/(text{m}^2·text{h})} = 833.33 , text{m}^2 ]

步骤2：确定池体长度（L）

沉淀时间与流速的关系公式为：
[ t = frac{L}{v} ]
变形得池长计算公式：
[ L = v cdot t ]
注意单位转换：v=5 mm/s=0.005 m/s，t=1.5 h=5400 s，代入得：
[ L = 0.005 , text{m/s} times 5400 , text{s} = 27 , text{m} ]

步骤3：确定池体宽度（B）

表面积与长宽的关系为：
[ A = L cdot B ]
变形得池宽计算公式：
[ B = frac{A}{L} ]
代入数值：
[ B = frac{833.33 , text{m}^2}{27 , text{m}} approx 30.93 , text{m} ]

步骤4：确定有效水深与总深度

• 有效水深（h）：规范取1.2 m；
• 总深度（H）：总深度=有效水深+超高（超高取0.4 m，保障操作安全），即：
  [ H = h + text{超高} = 1.2 , text{m} + 0.4 , text{m} = 1.6 , text{m} ]

步骤5：污泥区容积计算

污泥区容积需根据污泥产量确定,假设每日每平方米表面积污泥量为0.02 m³/m²·d（经验值），则：
[ V_s = A cdot 0.02 , text{m}^3/text{m}^2·text{d} times 24 , text{h/d} ]
代入数值：
[ V_s = 833.33 , text{m}^2 times 0.02 , text{m}^3/text{m}^2·text{d} times 24 , text{h/d} approx 400 , text{m}^3 ]

平流式沉淀池设计参数汇总表

关键参数说明

• 表面水力负荷（q）：直接影响沉淀效率，q越小，沉淀效果越好，但需增大池体尺寸，需结合水质特性选择，如高浊度水需降低q。
• 沉淀时间（t）：需保证颗粒有足够时间沉降，t越长，效果越好，但需平衡池体尺寸与成本。
• 设计流速（v）：需控制水流速度低于颗粒的沉降速度，避免颗粒被水流带走，v越小，沉淀效果越好，但会增加池长。
• 有效水深（h）：需满足操作与维护要求，同时考虑水力负荷，h越大，q越小。
• 污泥区容积：需根据污泥产量计算，确保污泥及时排空，避免积泥影响沉淀效果。

相关问答FAQs

• 问题1：平流式沉淀池的设计表面水力负荷如何选择？
  解答：表面水力负荷q是单位时间通过单位面积沉淀池的水量，其选择需考虑水质（如悬浮物浓度、颗粒大小）、水温、沉淀时间等因素，一般给水处理中q取1-3 m³/(m²·h)，废水处理中q取0.5-2 m³/(m²·h)，本例中q=1.2 m³/(m²·h)符合给水处理规范，确保颗粒有效沉淀。

• 问题2：沉淀时间与设计流速的关系是怎样的？
  解答：沉淀时间t与设计流速v的关系由公式( t = frac{L}{v} )决定，其中L是池长，设计流速v越小，沉淀时间越长，沉淀效果越好，但会增加池体尺寸，通常设计流速v取0.5-3 mm/s，沉淀时间t取1-3 h，本例中v=5 mm/s（0.005 m/s），t=1.5 h，符合常规范围，兼顾了沉淀效果与池体尺寸。