竖流式沉淀池的设计

竖流式沉淀池设计

一、前言

竖流式沉淀池又称立式沉淀池，是池中废水竖向流动的沉淀池。池体平面图形为圆形或方形，水由设在池中心的进水管自上而下进入池内（管中流速应小于30mm/s），管下设伞形挡板使废水在池中均匀分布后沿整个过水断面缓慢上升（对于生活污水一般为0.5-0.7mm/s，沉淀时间采用1-1.5h），悬浮物沉降进入池底锥形沉泥斗中，澄清水从池四周沿周边溢流堰流出。堰前设挡板及浮渣槽以截留浮渣保证出水水质。池的一边靠池壁设排泥管（直径大于200mm）靠静水压将泥定期排出。竖流式沉淀池的优点是占地面积小，排泥容易，缺点是深度大，施工困难，造价高。常用于处理水量小于20000m3/d的污水处理厂。

理论依据：竖流式沉淀池中，水流方向与颗粒沉淀方向相反，其截留速度与水流上升速度相等，上升速度等于沉降速度的颗粒将悬浮在混合液中形成一层悬浮层，对上升的颗

粒进行拦截和过滤。因而竖流式沉淀池的效率比平流式沉淀池要高。

二、设计内容：

某小区的生活污水量为 7000 m3/d，变化系数为 1.65 ，CODCr 450 mg/l，

BOD5 220 mg/l，SS 370 mg/l，采用二级处理，处理后污水排入三类水体。通过上述参数设计该污水处理厂的生物处理工艺的初次沉淀池。

三、竖流式沉淀池的工作原理

在竖流式沉淀池中，污水是从下向上以流速v作竖向流动，废水中的悬浮颗粒有以下三种运动状态：①当颗粒沉速u>v时，则颗粒将以u-v的差值向下沉淀，颗粒得以去除；②当u=v时，则颗粒处于随遇状态，不下沉亦不上升；③当u

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还存在着上升颗粒与上升颗粒之间、下降颗粒与下降颗粒之间的相互接触、碰撞，致使颗粒的直径逐渐增大，有利于颗粒的沉淀。

四、竖流式沉淀池的设计准则

1、竖流式沉淀池的平面可为圆形、正方形或多角形。池的直径或池的边长一般不大于8m，通常为4～7m，也有超过10m的。为了降低池的总高度，污泥区可采用多只污泥斗的方式。

2、竖流式沉淀池的深、宽(径)比一般不大于3，通常取2。

污水在中心管内的流速对悬浮颗粒的去除有一定的影响。当中心管底部不设反射板时，其流速不应大于 30mm/s，如设置反射板，流速可取100mm/s)/s。在反射板的阻挡下，水流由垂直向下变成向反射板四周分布。水从中心管嗽叭口与反射板间流出的速度一般不大于20mm/s，水流自反射板四周流出后均匀地分布于整个池中，并以上升流速v缓慢地由下而上流动，可沉颗粒向下沉至污泥区，经过澄清后的上清液从设置在池壁顶端的堰口溢出，通过出水槽流出池外。 3、沉淀池的几何尺寸：沉淀池超高不少于0.3m；缓冲层高采用0.3—0.5m；贮泥斗斜壁的倾角，方斗不宜小于60o，

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圆斗不宜小于55o；排泥管直径不小于200mm。

4、沉淀池最大出水负荷，初沉池不宜大于2．9L／(s·m) 5、出水堰不仅可控制沉淀池内的水面高度，而且对沉淀池内水流的均匀分布有直接影响。沉淀池应沿整个出流堰的单位长度溢流量相等，对于初沉池一般为250m3／m·d，据齿形三角堰应用最普遍，水面宜位于齿高的1/2处。为适应水流的变化或构筑物的不均匀沉降，在堰口处需要设置能使堰板上下移动的调节装置，使出口堰口尽可能水平。堰前应设置挡板，以阻拦漂浮物，或设置浮渣收集和排除装置。挡板应当高出水面0.1～0.15m，浸没在水面下0.3～0.4m，距出水口处0.25～0.5m。 6、当池直径或正方形边长<7m时，澄清水沿周边流出。个别当直径≥7m时，应设辐射式集水支渠； 7、中心管下口的喇叭口和反射板要求：反射板板底距泥面≥0.3mm；反射板直径及高度为中心管

直径的1.35倍；反射板直径为喇叭口直径的1.3倍； 反射板表面对水平面的倾角为17°；中心管下端至反射板表面之间的缝隙高为0.25-0.5m，缝隙中心污水流速，在初

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次沉淀池中≤30mm/s，在二次沉淀池中≤20mm/s；如下图所示

8、排泥管下端距池底≤0.2m，管上端超出水面≥0.4m； 9、浮渣挡板距集水槽0.25-0.5m，高出水面0.1-0.15m，淹没深度0.3-0.4m。

五、各建筑物参数计算

（1） 中心管面积：设vO?0.03m/s，采用4个竖流式沉淀池，

每池最大设计流量：

qmax?Qmax7000??0.08m/s

24?360024?36000f?qmax0.08??2.7m2 vo0.03（2） 中心管直径：

do?4f??4?2.7?1.85m 3.14

取do?2m

（3） 中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度：设间隙流出

速度v1?0.02m/s，d1?1.35do?1.35?2?2.7m。

h3?qmax0.08??0.47mv1?d10.02?3.14?2.7（在

0.25~0.5m范围之内，符合

要求）

取h3?0.5m。

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'32q?3.0m/(m?h)，（4） 沉淀池部分有效断面积：设表面负荷

则污水在沉淀池中流速

F?qmax0.08??100.00m2v0.0008

v?3.0?1000?0.8mm/s3600。

（5） 沉淀池直径：

D?（4F?f)??4(100?2.7)?11.44m?10m3.14（不符合要求）

采用D?12m。

（6） 沉淀部分有效水深：设t?1h

h2?qt?3?1?3m

取h2?3m

D12??4?3则h23（不符合要求）

（7） 校核集水槽出水堰负荷：集水槽每米出水堰负荷为

qmax0.08?1000??2.12L/(s?m)?2.9L/(s?m)?D3.14?12（符合要求）

（8） 沉淀部分所需总容积：设两次排泥时间间隔T?2d,每人

每

N?V?日产泥量

S?0.5L/(人?d)，人数

Qmax7000??60000人0.9?用水指标0.9?0.13。

SNT0.5?60000?2??60m310001000

（9） 圆截锥部分容积：设圆截锥体下底直径为0.4m，则污

泥斗高度为：

V1?h5?(R-r)tan55??(6-0.2)tan55??8.28m?h53(R2?Rr?r2)?3.14?8.282(6?6?0.2?0.22)?322.74m3?60m33

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（10） 沉淀池总高：设h1超高及h4缓冲层为0.3m，则

H?h1?h2?h3?h4?h5?0.3?3?0.5?0.3?8.28?12.3m8

（11） 出水堰总数：设堰上水头为HW5cm，三角堰角度?为

60o。由堰上水头（水深）与过堰宽度

B之间的关系

B??tan?B?5.77m2HW2

设计堰宽为10cm，流量系数Cd?0.62，则单堰过眼流量为

58?8q?Cd2gtanHW2??0.62?2?9.8?tan30o?0.052?0.00047m3/s152155出水堰总数

N?qmax0.08??170.21(个）q0.00047

（12） 集水槽宽度：集水以圆管计算，管内流速取为1m/s

d?4?qmax?14?0.16m管径

?v,采用内径200mm，加厚度

6.2mm外径为206.2mm。

（13） 集水槽高度（高位差）：设计集水槽起始高度ho?0.2m，

1111qmax??0.08??22?222?0.14mB'?2v出?3.14?1.3则集水槽宽度水流速）

（v出出

集水槽高度：

雷诺数

Re??du1000?0.14?1.35??1.82?10?1.01?10-3 ??0.0056? 7

出水阻力系数

0.500?0.0160.32Re

水头损失h'??Lu???dg(12?0.14)3.14?1.322?0.016???0.394m，取0.40m0.149.8

2?(D?B)u22?dg即集水槽高位差为0.4m.。

（14） 进水管直径：取管内流速为1m/s

d?4qmax???4?0.08?0.319m3.14?1，采用内径

350mm管，加厚度

10mm，外径为360mm。

（15） 排泥管直径：取管内流速为1m/s，设排空污泥时间

为1h

d?4?V4?60??0.15m?hv3.14?3600?1 , 采用内径

200mm，管加

厚度6.2mm，外径为206.2mm

（16） 泵的选择：当池体内的构筑物出现故障不能正常工

作时，需打开超越管的阀门，同时打开污泥管的阀门，将池内所有污泥全部排出，另外会将污泥管上部的水排出，剩下的污泥若要求在2h内全部排出。

V剩余污水?V污泥区??D243.14?122?322.74??（12.38-0.3）-604?1628.26m3

?（H-0.3）-V污泥V剩余污水?1629m，Q泵?3V剩余污泥t排空取

1629??0.23m/s2?3600

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由于沉淀池总高为12.38m所以应选扬程为7~15mHLB型泵，该泵的流量为0.2~3.0m/s。

（17） 人行扶梯：由于池体比较深为12.38m，为了检修方

便，另需在池体内设置人行扶梯，将其固定在池壁上。 （18） 各建筑物材料选用及尺寸：

沉淀池墙体、集水槽：钢筋混凝土，厚度300mm 中心管：钢管（可采用卷筒的方法按照所需尺寸制作），厚度100mm 三角堰：钢板

浮渣挡板：非金属材料

人行过桥：金属材料（带栏杆）

反射板：钢板，用钢筋焊接固定悬挂在中心管上 人行扶梯：钢性材料 六、设计讨论

根据水量7000m3 /d进行初沉池的设计，设计过程中

有以下发现：

1、平流式沉淀池各方面都比较适合，处理水量和处

理效果都能达到要求，且结构简单，运行方便；

2、竖流式沉淀池的优缺点，结构简单，只适合小流

量的进水。由于设计数据进水流量过大，使得计算出的沉淀池直径过大，尤其是相比两日污泥量储泥斗过大，造成空间

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浪费，成本过高，运行效果不好，不适合对此进水流量的废水进行初沉池污泥的处理，池深过高，需安装人行扶梯才能对池底的设备进行维修，维修不方便。另外设计图相当奇怪，特别是储泥斗显得很庞大，影响美观；

3、辐流式沉淀池结构复杂，操作方便，但是由于设

计流量过小，辐流式沉淀池的池子直径比较小，浪费材料，成本过高，不适合此流量的沉淀。

综合考虑以上设计中的各种因素，针对此进水流量，

比较适合采用平流式沉淀池进行初次污泥处理。

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