如何准确计算平流式沉淀池的尺寸？

平流式沉淀池是给水处理中应用广泛的沉淀构筑物，其尺寸计算需基于设计流量、沉淀时间、水力条件及结构要求，确保颗粒有效沉降，以下是详细计算步骤及方法，涵盖参数确定、几何关系、示例计算及关键参数影响分析。

设计参数确定

1. 设计流量（Q）：根据用户用水量或设计规模，计算设计流量（单位：m³/s或m³/d），通常取最大日最大时流量，需考虑高峰用水或未来发展需求。
2. 沉淀时间（t）：关键参数，直接影响沉淀效果，一般根据原水水质（浊度、颗粒大小）、设计要求的去除率确定，常见范围1.0-3.0h，高浊度或细颗粒原水可延长至2.0-3.0h。
3. 有效水深（H）：指沉淀池内有效水深（单位：m），通常取1.5-3.0m，需结合水力负荷控制。
4. 水力负荷（q）：单位面积流量（单位：m³/(m²·h)），需控制在适宜范围（0.5-1.5 m³/(m²·h)），避免短流和紊流。

尺寸计算步骤

单位转换与有效容积计算

• 将设计流量转换为秒流量：( Q{\text{sec}} = \frac{Q{\text{d}}}{86400} )（( Q_{\text{d}} )为日流量，单位m³/d）。
• 将沉淀时间转换为秒：( t_{\text{sec}} = t \times 3600 )（( t )为小时，单位h）。
• 计算有效容积（单位：m³）：
  [
  V = Q{\text{sec}} \times t{\text{sec}}
  ]
  （示例：( Q{\text{d}}=5000 \, \text{m}^3/\text{d} )，( t=2 \, \text{h} )，则 ( Q{\text{sec}}=0.0578 \, \text{m}^3/\text{s} )，( t_{\text{sec}}=7200 \, \text{s} )，( V=0.0578 \times 7200 \approx 416.6 \, \text{m}^3 )）

几何尺寸计算

有效容积与池长（L）、池宽（B）、有效水深（H）的关系为：
[
V = L \times B \times H
]
由此推导池长：
[
L = \frac{V}{B \times H}
]

• 池宽（B）：通常取3-5m，过大易导致水流分布不均，过小则增加池数，根据场地宽度调整，一般B/L ≤ 1.5。
• 有效水深（H）：需结合水力负荷控制，水力负荷 ( q = \frac{Q_{\text{d}}}{L \times B \times 24} )（单位：m³/(m²·h)），需满足 ( q \leq 1.5 \, \text{m}^3/(\text{m}^2 \cdot \text{h}) )。

池数与单池尺寸

沉淀池按并联运行设计，池数 ( n = \frac{Q{\text{d}}}{Q{\text{n}}} )（( Q{\text{n}} )为单池流量），单池有效容积 ( V{\text{n}} = \frac{V}{n} )，单池池长 ( L{\text{n}} = \frac{V{\text{n}}}{B \times H} )。

总高度计算

超高（( h{\text{超}} )）通常取0.3-0.5m，总高度 ( H{\text{总}} = H + h_{\text{超}} )。

示例计算（以Q=5000 m³/d，t=2h，H=2.5m，B=4m为例）

• 有效容积：( V = 5000 \times 2 / 24 \approx 416.67 \, \text{m}^3 )
• 池长：( L = 416.67 / (4 \times 2.5) = 41.67 \, \text{m} )
• 池数：若n=4，则单池流量 ( Q{\text{n}} = 1250 \, \text{m}^3/\text{d} )，单池池长 ( L{\text{n}} = 10.42 \, \text{m} )
• 总高度：( H_{\text{总}} = 2.5 + 0.3 = 2.8 \, \text{m} )

参数影响分析

• 沉淀时间：增加沉淀时间可提高去除率，但会增大池体容积和建设成本，需通过试验或经验公式（如浊度去除率与沉淀时间的对数关系）平衡效果与成本。
• 有效水深：过深会导致池体过高（增加结构成本），过浅则降低沉淀效率，需结合水力负荷控制，避免短流。
• 水力负荷：过高（如>1.5 m³/(m²·h)）会导致颗粒无法沉降，过低（如<0.5 m³/(m²·h)）则增加池体容积，需通过调整B/L比例（B/L ≤ 1.5）优化水力条件。

相关问答FAQs

Q1：平流式沉淀池的沉淀时间如何确定？

A1：沉淀时间的选择需综合考虑原水水质（浊度、颗粒大小）、设计要求的去除率及池体尺寸限制，通常根据经验公式或试验数据确定：

• 浊度≤100NTU的原水：沉淀时间取1.0-1.5h；
• 浊度较高或颗粒较细的原水：沉淀时间延长至2.0-3.0h；
• 需通过水力模型或试验验证，确保满足设计去除率要求。

Q2：如何选择池宽与池长的比例？

A2：池宽（B）与池长（L）的比例（B/L）对沉淀效果至关重要，过大的B/L会导致水流分布不均，出现短流和紊流，降低沉淀效率，一般建议B/L ≤ 1.5（即池宽不宜超过池长的1.5倍），具体比例可根据场地条件、水力条件调整，但需保证水流均匀分布，避免死水区。

国内文献权威来源

1. 《室外给水设计标准》（GB 50013-2018）：规定了沉淀池的设计参数、尺寸计算方法及水力条件要求。
2. 《给水工程》（第三版），张自杰主编，中国建筑工业出版社：详细介绍了沉淀池的设计原理、计算方法及实际应用案例。
3. 《水处理构筑物设计计算手册》，高乃云主编，化学工业出版社：提供了平流式沉淀池的详细计算公式和参数选择依据。