本文格式為Word版，下載可任意編輯——沉淀池設計與計算

第六節、普通沉淀池

沉淀池可分為普通沉淀池和淺層沉淀池兩大類。依照水在池內的總體流向，普通沉淀池又有平流式、豎流式和輻流式三種型式。

普通沉淀池可分為入流區、沉降區、出流區、污泥區和緩沖區5個功能區。入流區和出流區的作用是進行配水和集水，使水流均勻地分布在各個過流斷面上，為提高容積利用、系數和固體顆粒的沉降提供盡可能穩定的水力條件。沉降區是可沉顆粒與水分開的區域。污泥區是泥渣貯存、濃縮和排放的區域。緩沖層是分隔沉降區和污泥區的水層，防止泥渣受水流沖刷而重新浮起。以上各部分相互聯系，構成一個有機整體，以達到設計要求的處理能力和沉降效率。

一、平流沉淀池

在平流沉淀池內，水是按水平方向流過沉降區并完成沉降過程的。圖3-16是沒有鏈帶式刮泥機的平流沉淀池。廢水由進水槽經吞噬孔口進入池內。在孔口后面設有擋板或穿孔整流墻，用來消能穩流，使進水沿過流斷面均勻分布。在沉淀池末端沒有溢流堰(或吞噬孔口)和集水槽，澄清水溢過堰口，經集水槽排出。在溢流堰前也設有擋板，用以阻隔浮渣，浮渣通過可轉動的排演管收集和排除。池體下部靠進水端有泥斗，斗壁傾角為50°～60°，池底以0.01～0.02的坡度坡向泥斗。當刮泥機的鏈帶由電機驅動緩慢轉動時，嵌在鏈帶上的刮泥板就將池底的沉泥向前推入泥斗，而位于水面的刮板則將浮渣推向池尾的排渣管。泥斗內設有排泥管，開啟排泥閥時，泥渣便在靜水壓力作用下由排泥管排出池外。[顯示圖片]鏈帶式刮泥機的缺點是鏈帶的支承和驅動件都浸沒于水中，易銹蝕，難保養。為此，可改用橋式行車刮泥機，這種刮泥機不但運行靈活，而且保養維修都比較便利。對于較小的平流沉淀池，也可以不設刮泥設備，而在沿池的長度方向設置多個泥斗，每個泥斗各自單獨排泥，既不相互干擾，也有利于保證污泥濃度。

沉淀池的設計包括功能構造設計和結構尺寸設計。前者是指確定各功能分區構件的結構形式，以滿足各自功能的實現；后者是指確定沉淀池的整體尺寸和各構件的相對位置。設計良好的沉淀池應滿足以下三個基本要求；有足夠的沉降分開面積：有結構合理的人流相出流放置能均勻布水和集水；有尺寸適寶、性能良好的污泥和浮渣的收集和排放設備。進行沉淀池設計的基本依據是廢水流量、水中懸浮固體濃度和性質以及處理后的水質要求。因此，必需確定有關設計參數，其中包括沉降效率、沉降速度(或表面負荷)、沉降時間、水在池內的平均流速以及泥渣容重和含水率等。這些參數一般需要通過試驗取得；若無條件，也可根據相像的運行資料，因地制宜地選用經驗數據。以-薩按功能分區介紹設計和計算方法。

1.入流區和出流區的設計

入流和出流區設計的基本要求，是使廢水盡可能均勻地分布在沉降區的各個過流斷面，既有利于沉降，也使出水中不挾帶過多的懸浮物。

常用的配水方式如圖3-17。緊靠池壁內側是一條橫向配水槽，其后的人流裝置可以有三種不同組合。溢流堰的堰口要確保水平；底孔應沿池寬等距離分布且大小相等；為了減弱射流對沉降的干擾，整流墻的開孔率應在10～20％，孔口的邊長或直徑應為50～150mm，最上一排孔口的上緣應在水面以下0.12～0.15m處，最下一排的下緣應在泥層以上0.3～O.5m處；擋板需高出水面0.15～0.2m，吞噬深度不小于O.2m，距離進水口0.5～1.0m。[顯示圖片]

集水槽的布置有圖3--18所示的三種基本方式。其中以(a)最為簡單，但因長度短，流速大，簡單挾帶較多的懸浮物；(b)種加設了一組縱向支渠，水力條件最好，但結構較繁雜。目前，也有在沉淀池中、后部加設橫向中途集水槽的。出流口常采用溢流堰和吞噬潛孔。前者可為自由堰，也可為鋸齒形三角堰，堰前設置擋板，用以穩流和阻擋浮渣，擋板吞噬深度為0.3～O.4m，距溢流堰O.25～O.5m。出水溢流堰不僅控制著池內水面的高崖，而且對水流的與勺分布和出入水質古重要影M向，由此堰白必匆嚴格水平，以征證堰負荷(即單位堰長在單位時間的排水量)適中且各處相等。在采用吞噬潛孔時，要求孔徑相等，并應沿池子寬度上均勻分布，吞噬深度征0.15-0.2m。[顯示圖片]2．沉降區的設計

沉降區設計的主要內容是確定沉降區的長、覽、澆尺寸和沉淀池座數或分格數，其主要內容如下：

(1)由設計流量Q(m3／h)和表面負荷q(m3／m2.h)，按A＝Q／q計算沉降區表面積A(m2)。(2)由與Q對應的水平流速v(mm／s)和沉降時間t，按L2＝3.6vt計算沉降區長L2(m)。一般取v≤5mm／s；t取l.5～2.0h。(3)

按B2＝A／L2計算池寬B2(m)，并按L2／b＝4～5的要求得單池或單格寬b(m)的近似尺寸。(4)由n＝B2／b確定沉淀池座數或分格數n。顯然，由于n只能為正整數，而n、B2和b又相互關聯，因此在確定n值后，需對b或B2作必要調整，但仍需滿足L2／b≥4的要求。此外，在采用機械刮泥時，b值還必需與刮泥機的衍架寬度相匹配。為了便于檢修倒換，n值不應小于2，但也不宜過大，以免增大造價。3．污泥區的設計

污泥斗的容積可由排泥周期內沉降的泥渣量確定。泥渣體積Vw(m3)按下式計算：(3-22)

式中Q--廢水設計流量，m3／h；

C和C--分別為進水和出水的SS濃度，mg／L；P--泥渣含水率(%)；

γ--泥渣容重，kg／m3，當泥渣主要為有機物且含水率在95％以上時，可取1000kg／m3；

T--排泥周期，一般取1～2d。對倒正棱臺形泥斗，其容積Vd(m3)按下式計算：(3-23)

式中a1和a2--分別為泥斗上、下底邊長，m；

h4--泥斗高度，m；，a為泥斗壁煩角，按污泥滑動性取450～600。

設m為沉淀池的泥斗數，如mVd≥Vw，則能滿足要求，否則應增加泥斗數或縮短排泥周期。

4．沉淀池的整體尺寸

設前、后擋板與進、出水口的距離分別為L1和L3，則沉淀池總長L(m)為：(3-24)

設緩沖層高度為h3，當沒有刮泥機時，h3＝(hm+0.3)，hm為刮泥板高度；不設刮泥機時，h3取O.5m。為了適

應沖擊負荷的水位變化，有效水深以上應有保護高度h1，常取0.3m。故沉淀池總高H(m)為：

二、豎流沉淀池(3-25)

豎流沉淀池多用于小流量廢水中絮凝性懸浮固體的分開，池面多呈圓形或正多邊形。圖3-19為圓形豎流沉淀池的結構示意圖，其上部圓筒形部分為沉降區，下部倒圓臺部分為污泥區，二者之間有0.3～O.5m的緩沖層。沉淀池運行時，廢水經進水管進入中心管，由管口出流后，借助反射板的阻擋向四周分布，并沿沉降區斷面緩慢豎直上升。沉速大于水速的顆粒下沉到污泥區，澄清水則由周邊的溢流堰溢入集水槽排出。溢流堰內側設有半浸沒式擋板來阻止浮渣被水帶出。[顯示圖片]

豎流沉淀池的直徑一般在4～8m，最大不超過10m，以1.5～2.0m的靜水壓力排泥。為保證水流的豎向運動，池徑與沉降區深度之比不宜大于3。如池徑大于8m，應增設徑向集水槽。

豎流沉淀池內，水流水平分速為零，在靜水中沉速為us的顆粒在池內的實際沉速為us與水上升流速v的矢量和(us-v)，顆粒被分開的條件為us＞v，而us≤v的顆粒始終不能沉底，因而其沉降效率與具有一致表面負荷的平流沉淀池相比減小了；即ET=(1-p0)100(％)。豎流沉淀池的設計參數如下：(1)表面負荷，按公式(3-20)計算，當無資料時，可按v＝(O.5∽0.8)mm／s，即q(2.0～3.O)m3／m2·h取用。(2)沉降時間按公式(3-20)求取；當無資料時，可取t＝(1.0～2.0)ha。

(3)管口不設反射板時，取中心管內流速v0≤0.03m/s；設反射板時，v0≤0.1m/s。(4)中心管與反射板之間的

流速v1一般不大于0.04m／s。(5)中心管及反射板的結構尺寸如圖3-20。(6)保護高度取0.3～0.6m，緩沖層高度取0.3m，泥斗壁傾角取45°～55°。[顯示圖片]豎流沉淀池的設計計算內容如下：

(1)中心管的斷面A1(m2)和直徑d(m)由單池流量Q／n(m3／h)及中心管流速v0(m／h)計算，其中Q為廢水流量(m3／h)，n為池數

(2)由表面負荷q(m3／m2·h)及單池流量計算沉淀區斷面積人A(m2)。(3)由A1和A2計算沉淀池表面積A(m2)和直徑D(m)。

(4)由上升流速v(m／h)和沉降時間t(h)計算沉降區有效水深h2(m)。

(5)由中心管出流速度v(m／h)和喇叭口直徑d1(m)計算喇叭口與反射板問高度h3(m)。(6)污泥體積Vw的計算同平流沉淀池，污泥斗實際體積Vd(m3)為：

式中h5--泥斗圓臺部分高度(m)；

(3-26)

R和r--分別為圓臺上、下底半徑(m)。(7)沉淀池總高H(m)按下式計算：

式中h1--保護高度，m；h4--緩沖層高度，m。

(3-27)

三、輻流沉淀池

輻流沉淀池是一種直徑較大的圓形池，其結構如圖3-21。廢水經進水管進入中心布水筒后，通過筒壁上的孔口和外圍的環形穿孔整流擋板，沿徑向呈輻射狀流向池周，經溫流堰或吞噬孔口匯入集水榴排出。沉于池底的泥渣，由安裝于衍架底部的刮板以螺線形軌跡刮入泥斗，再借靜壓或污泥泵排出。[顯示圖片]

懸浮固體顆粒在輻流沉淀池中的沉降規律如圖3-22。由于過流斷面由中心向周邊不斷增大，水平分速逐漸減小，因此其沉降軌跡呈下垂曲線。如沒中心筒半徑為rl，池半徑為R，沉降區水深為H，那么在半徑為r的任意點上，顆粒在dt時間內在水平方向和豎直方向上的位移分別為dr=vdt和dH=udt。由于dH/u=dr/v，故顆粒的分開條件為

。將

代入，整理后可得：[顯示圖片]

或（3-28）

可見，輻流沉淀池中顆粒的分開條件與平流沉淀池一致，總沉降效率仍為

輻流沉淀池的直徑一般為20～40m最大可達100m。池中心深度為2.5～5.0m，周邊深度為1.5～3.0m。池底以0.06～0.08的坡度坡向泥斗。這種沉淀池的缺點主要是中心進水口處流速較大，且呈紊流，簡單影響初期沉降效果。為此，目前已出現了一些新的池型，如回轉懸槽配水式和向心輻流式等。

輻流沉淀池的表面負荷q和沉降時間t應通過沉降試驗確定，對生活污水，q可取2.0～

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3.6m／m·h，t取1.5～2.0h。將效水深h2尋常取池半徑1／2處的深度值。池表面積和直徑的計算與豎流沉淀池一致；泥渣體積和波斗尺寸的計算與平流沉淀池一致，但排泥周期一般為4h。沉淀池總高H(m)按下式計算：(3-29)

式中h1--保護高度，取0.3m；

h3--緩沖層高度，計算方法同機械刮泥手流沉淀池；

h4--泥斗上緣到池半徑1／2處的高度，h4＝Di／4，i為池底坡度；h5--污泥斗高度。第七節斜板和斜管沉淀池

斜板、斜管沉淀池是根據淺層沉降原理沒汁的新型沉淀池。與普通沉淀池比較，它有容積利用率高和沉降效率高的明顯優點。一、淺層沉降原理

設有一理想沉淀池，其沉降區的長、寬、深分別為L、B和H，表面積為A，處理水量為Q，表面負荷為q0，顆粒沉速為u0，則由公式(3-19)，可得Q=u0A。由此可見，在A一定的條件下，若增大Q，則u0成正比增大，從而使u≥u0。的顆粒所占分率(1-p0)和u＜u0的顆粒中能被除去的分率u／u0都減小，總沉降效率ET相應降低：反之，要提高沉降效率，則必需減小u0，結果Q成正比減小。以上分析說明，在普通沉淀池中提高沉降效率和增大處理能力相互矛盾，二者之間呈此長被落的負相關關系。

但是，假使象圖3-23那樣，將沉降區高度分隔為n層，即n個高度為h＝H／n的淺層沉降單元，那末在Q不變的條件下，顆粒的沉降深度由H減小到H／n，可被完全除去的顆粒沉速范圍由原來的u≥u0擴大到u≥u／n，沉速u＜u0的顆粒中能被除去的分率也由u/u0增大到nu／u0，從而使公值大幅度提高；反之，在ET值不變，即沉速為u0的顆粒在下沉了距離h后恰好運動到淺層的右下端點，那末由u0／v`=h／L和h＝H／n可得v`＝nv，即n個淺層的處理水量Q`＝HBnv=nQ，比原來增大了n倍。顯然，分隔的淺層數愈多，ET值提高愈多或Q`值增加愈多。[顯示圖片]

此外，沉淀池的分隔還能大大改善沉降過程的水力條件，當水以速度v流過當量直徑為de的斷面時，雷諾數Re＝devρ1/μ，de＝4R(R為水力半徑)。若原沉淀池內水流的雷諾數為Re，則分隔為n個淺層后的雷諾數Re`＝(B+H)Re／(nB+H)。假使再沿縱向將池寬B也分為n格，即相當于n2個管形沉降單元，那末其雷諾數Re\＝Re／n。顯然，只Re\＜R`＜Re。實際上，普通沉淀池中，Re＝4.O×103-1.5×105，水流處于紊流狀改而在斜板和斜管沉淀池內則可分別降至500和100，遠小于各自的層流臨界雷諾數103和2.0×lO3，可使顆粒在穩定的層流狀態下沉降。其次，由于淺層和管形沉降單元的水力半徑R很小，表征水流穩定性的佛勞德數Fr＝v2／Rg可增大至10-3～10-4以上。上述沉降面棚大和水力條件改善的雙重有利因素，不但使斜板、斜管沉淀池能在接近于理想的穩定-條件下高效率運行，而且也大大縮小了處理單位水量所需的池容。二、斜板、斜管沉淀池的構造

將淺層沉降原理應用于工程實際時，必需解決沉泥從隔板上側順利滑入泥斗的問題。為此，要把隔板傾斜放置，而且相鄰隔板之間要留有適當的間隔。一塊隔板和它上面間隔雌的空間就構成…個斜板沉降單元。假使再用垂直于斜板的隔板進行縱向分隔，每個斜板單元就變為若干個斜管沉降單元。斜板傾角θ尋常按污泥的滑動性及其滑動力向與水流方向是否一致取300～600，為了安裝和檢修的便利，尋常將大量斜板或斜管預制成規格化的整體，然后安裝在沉淀池內，就構成如圖3-24所示的斜板或斜管沉淀池。圖中，安裝斜板或斜管的區域為沉降區，沉降區以下依次為入流區和污泥區，沉降區上面為出流區。沉淀池工作時，水從斜板之間或斜管內流過，沉落在斜板、斜管底面上的泥渣靠重力自動滑入泥斗。這種沉淀池常用穿孔整流墻布水，以穿孔管或吞噬孔口集水，也可在池面上增設潛孔式中途集水槽使集水更趨均勻。集泥常采用多斗式，以穿孔管靠靜壓或泥泵排泥。沉降區高度大多為0.6～1.Om，入流、出流區高度分別為0.6～1.2m和0.5～1.0m。為防止水流短路，須在池壁與斜板或斜管體間隙處安裝阻流板。[顯示圖片]

根據沉降區內水流與污泥的相對運動方向，斜板、斜管沉淀池分為異向流、同向流和橫向流三種。異向流可采用斜板或斜管單元，而同向流和橫向流則只能采用斜板單元。目前主要采用異向流。

斜板和斜管體常用薄塑料板模壓和粘結制成。斜板可用平板或波紋板。斜管斷面有正六邊形、菱形、圓形和正方形，其中以前兩種最為常用。斜板斷面與斜管斷面并無嚴格的界限，若以R和d分別代表水力半徑和斷面高度，則當R＞d／3時稱為斜板，而R≤d／3時則稱為斜管。

三、斜板、斜管沉淀池的設計計算

異向流斜板、斜管沉淀池及同向流斜板沉淀池的設計參數如表3-7。

表3-7斜板、斜管沉淀池的設計參數設計表面負荷安裝傾斜板斜管斜板斜管斷入流區高出流區高斜板斜管利q(m3/m2.角(0)長度l(m)面高度d(mm)度h4(m)度h2(m)用系數kh)4～64～650～600.8～1.250～600.8～1.0上段1.5～2.030～40同向流斜板10～15下段0.5～0.850～60

圖3-25為固體顆粒在異向流、同向流和橫向流斜板沉降單元內的沉降規律圖爾。沒斜板長為l，寬為w，傾角為θ，板間凈距為d，單元內的水速為v，顆粒沉速為u0，則顆粒的運動由v和u0合成。按圖3-25(a)中的幾何關系，可得：[顯示圖片]

50～800.6～1.20.5～1.00.8～0.980～10050～800.6～1.20.5～1.00.90～0.950.5～1.00.5～1.00.85～0.9異向流斜板異向流斜管(3-30)

因通過每個沉降單元的流量，即q=v·w。將其代入上式，則可得：d·w，即v=q/d·

(3-31)

上式中的lwcosθ為一個沉降單元的斜板在水平方向上的投影面積，用af表示；dw/sinθ為沉降單元的水平底面積，用a表示。af+a即為一個沉降單元的總沉降面積。若沉降單元數為n，斜板利用系數為k，則有：(3-32)

式中Q--沉淀池設計流量；Af--所有沉降單元的斜板的總水平投影面積；A--所有沉降單元的水平底面積。同理可以證明，對同向流斜板沉淀池有：

對橫向流沉淀池有：