如何准确计算平流式沉淀池污泥斗的尺寸与关键参数？

平流式沉淀池污泥斗的计算

平流式沉淀池是给水处理工艺中用于去除水中悬浮颗粒的重要构筑物,其污泥斗作为沉淀污泥的收集与排泥关键部件，其尺寸计算的准确性直接影响沉淀池的运行效率和排泥系统的稳定性，本文将系统阐述平流式沉淀池污泥斗的计算方法、参数选择及注意事项，为相关设计工作提供参考。

污泥斗

平流式沉淀池污泥斗通常采用锥形结构,安装在沉淀池末端，用于收集沉淀池底部的污泥并定期排走，其核心功能是保证污泥顺利排出，避免积泥导致沉淀效率下降，污泥斗的常见形式包括方形斗和圆形斗，其中方形斗在矩形沉淀池中应用更广泛，圆形斗则多见于圆形沉淀池。

计算所需基本参数

进行污泥斗计算前,需明确以下关键参数，可通过设计规范或现场条件确定：

污泥斗几何尺寸计算

污泥斗的几何尺寸计算主要围绕斗的高度、底边尺寸及锥角展开，需满足排泥顺畅和容积需求，以常见的方形污泥斗为例：

1. 斗的锥角选择：根据《室外给水设计规范》（GB 50013-2018），污泥斗锥角不宜小于55°，推荐采用60°，以保证污泥能顺利滑落至排泥管。
2. 斗的顶边与底边尺寸关系：设污泥斗顶边宽度为(a)（m），底边宽度为(b)（m），高度为(h)（m），则通过几何关系可得：
   [
   b = a + 2h cdot tanleft(frac{theta}{2}right)
   ]
   （当(theta=60^circ)时，(tan(30^circ)=0.577)，公式简化为(b = a + h)）
3. 斗的高度计算：根据沉淀池的有效水深(H)和污泥斗在沉淀池内的位置（通常位于池底，高度与(H)相关），可结合排泥容积需求反推(h)，若沉淀池有效水深(H=3m)，污泥斗顶边距池底高度为0.5m，则斗的高度(h = H – 0.5 = 2.5m)。

污泥斗容积与污泥量计算

污泥斗的容积需满足沉淀池在排泥周期内的污泥储存需求,计算公式如下：

1. 污泥量计算：
   沉淀池每日产生的污泥量（体积）可由下式计算：
   [
   V_{text{污泥}} = frac{Q cdot T}{1000} cdot frac{1 – p/100}{rho_s}
   ]
   （式中，(Q)为设计流量（m³/h），(T)为排泥周期（h），(rho_s)为污泥密度（kg/m³），分子部分为污泥的干重体积，分母为污泥密度转换为体积）

   

   当(Q=5000 text{m}^3/text{h})，(T=24text{h})，(p=97%)，(rhos=1000 text{kg/m}^3)时，
   [
   V{text{污泥}} = frac{5000 times 24}{1000} times frac{1 – 0.97}{1000} = 120 times 0.0003 = 0.036 text{m}^3
   ]
   此为干污泥体积，需转换为泥浆体积（若泥浆含水率(p_m=99.5%)，则泥浆密度(rhom=1000 text{kg/m}^3)，体积为(V{text{泥浆}} = frac{0.036}{1 – 0.995} = 7.2 text{m}^3)）。

2. 污泥斗容积计算：
   污泥斗容积需大于或等于泥浆体积，即：
   [
   V{text{斗}} geq V{text{泥浆}}
   ]
   对于锥形斗，容积公式为：

   • 圆形斗：(V_{text{斗}} = frac{1}{3} pi r^2 h)
   • 方形斗：(V_{text{斗}} = frac{1}{3} b^2 h tan(theta))
     结合几何尺寸计算结果，调整(a)、(b)、(h)以满足容积需求。

计算示例

以某设计流量(Q=5000 text{m}^3/text{h})的平流式沉淀池为例，计算污泥斗尺寸：

1. 污泥量计算：
   假设排泥周期(T=24text{h})，污泥含水率(p=97%)，污泥密度(rho_s=1000 text{kg/m}^3)，泥浆含水率(p_m=99.5%)，则：
   干污泥体积 = (frac{5000 times 24}{1000} times (1 – 0.97) = 3.6 text{m}^3)
   泥浆体积 = (frac{3.6}{1 – 0.995} = 720 text{m}^3)

2. 污泥斗容积设计：
   为满足泥浆体积需求，设计污泥斗容积(V{text{斗}}=800 text{m}^3)（需结合沉淀池尺寸调整），采用方形污泥斗，顶边宽度(a=2text{m})，锥角(theta=60^circ)，则底边宽度(b = a + h = 2 + 2.5 = 4.5text{m})（(h=2.5text{m})）。
   容积计算：
   [
   V{text{斗}} = frac{1}{3} times 4.5^2 times 2.5 times tan(60^circ) = 29.3 text{m}^3
   ]
   （容积不足，需增大斗的尺寸或调整锥角，如将(h)增大至3m，则(b=5text{m})，容积= (frac{1}{3} times 25 times 3 times 1.732 = 41.6 text{m}^3)，满足需求）。

   

相关注意事项

1. 倾角选择：污泥斗倾角过小会导致污泥积聚，过大则增加结构负荷，一般取55°~60°为宜。
2. 污泥含水率影响：污泥含水率越高，污泥体积越大，需增大污泥斗容积，设计时应考虑不同工况下的含水率变化。
3. 排泥周期调整：排泥周期缩短会减小污泥斗容积需求，但会增加排泥系统运行频率，需综合经济性考虑。
4. 结构稳定性：污泥斗底部需与池底结构牢固连接，防止排泥时结构变形影响排泥效果。

相关问答FAQs

1. 问题：污泥斗的倾角如何选择？过大或过小有什么影响？
   解答：污泥斗倾角通常取55°~60°（如GB 50013-2018推荐），过小（<55°）会导致污泥在斗内积聚，无法顺利滑落至排泥管，影响排泥效率；过大（>60°）则增加结构设计难度，且可能导致污泥斗与池底连接处的应力集中，存在结构安全隐患。

2. 问题：计算污泥斗容积时，污泥含水率和排泥周期如何影响计算结果？
   解答：污泥含水率越高，污泥体积越大（干污泥体积不变，含水率越高，泥浆体积越大），因此需增大污泥斗容积以容纳更多污泥，排泥周期缩短（如从24h降至12h），单位时间内产生的污泥量减少，污泥斗容积需求降低，但排泥系统运行频率增加，需平衡两者成本。