竖流式沉淀池的设计说明书

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 ，COD Cr 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<v时，颗粒将不能沉淀下来，而会随上升水流带走。

由此可知，当可沉颗粒属于自由沉淀类型时，其沉淀效果(在相同的表面水力负荷条件下)竖流式沉淀池的去除效率要比平流式沉淀池低。

但当可沉颗粒属于絮凝沉淀类型时，则发生的情况就比较复杂。

一方面，由于在池中的流动存在着各自相反的状态，就会出现上升着的颗粒与下降着的颗粒，同时还
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，
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s v O 03m/.0=，采用4个竖流式沉淀池，
每池最大设计流量：
s m Q /80.036000
247000360024q max max =⨯=⨯= 2max 7.203
.080.0m v q f o === （2） 中心管直径：
m f
d o 85.114
.37.244=⨯==π 取m d o 2=
（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s m v /02.01=，m d 7.2235.1.35d 1o
1=⨯==。

m d v q h 47.07.214.302.008.011max 3=⨯⨯==π（在0.25~0.5m 范围之内，符合要求）
取m h 5.03=。

（4） 沉淀池部分有效断面积：设表面负荷
)/(0.323'h m m q ⋅=，则污水在沉淀池中流速
s mm v /.80100036000.3=⨯=。

2
max 00.1008000.080.0m v q F ===
（5） 沉淀池直径：
m m f F D 1044.1114.3 2.7)(1004)
4>=+=+=π（（不符合要求）
采用m D 12=。

（6） 沉淀部分有效水深：设h t 1=
m qt h 3132=⨯==
取m h 32= 则343122>==h D （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 )/(9.2)/(12.21214.3100008.0max m s L m s L D q ⋅<⋅=⨯⨯=π（符合要求）
（8） 沉淀部分所需总容积：设两次排泥时间间隔,2d T =每人
每
日产泥量)/(5.0d L S ⋅=人，人数人用水指标600000.130.970009.0max ≈⨯=⨯=Q N 。

3
6010002600005.01000m SNT V =⨯⨯== （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：
m r R h 28.855tan )2.0-6(55tan )-(5=== 3
322225
16074.322)2.02.066(328.814.3)(3m m r Rr R h V >=+⨯+⨯=++=π
（10） 沉淀池总高：设1h 超高及4h 缓冲层为0.3m ，则
m h h h h h H 12.388.283.05.033.054321=++++=++++=
（11） 出水堰总数：设堰上水头为W H 5cm ，三角堰角度θ为
o 60。

由堰上水头（水深）与过堰宽度B 之间的关系
m B H B W 77.52tan 2=⇒=θ
设计堰宽为10cm ，流量系数62.0=Cd ，则单堰过眼流量为
s m H g Cd q o W /00047.005.030tan 8.9262.01582tan 2158325
25=⨯⨯⨯⨯⨯==θ出水堰总数个）(21.17000047.008.0max ===q q N
（12） 集水槽宽度：集水以圆管计算，管内流速取为1m/s 管径m v q d 16.041
4max =⨯⨯=π,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m h o
2.0=，则集水槽宽度
m v q B 14.03.114.3212108.0221212max '=⨯⨯⨯=⨯⨯=π出（出v 出水流速）
集水槽高度： 雷诺数53-1082.11001.13.114.01000Re ⨯=⨯⨯⨯==μρdu 出水阻力系数016.0Re 500.00056.032.0=+=λ
m m g
u d B D g
u d L h 40.0439.08.93.114.02)14.012(14.3016.02)(222'，取水头损失=⨯+⨯⨯=⨯+⨯==πλλ 即集水槽高位差为0.4m.。

（14） 进水管直径：取管内流速为1m/s
m q d 319.0114.308.044max
=⨯⨯==πυ，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
m hv V d 15.01360014.36044=⨯⨯⨯=⨯=π , 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。

32226.162860-3.0-38.1241214.374.322-3.0-4m V H D V V =⨯⨯+=⨯+=）（）（污泥
污泥区剩余污水π 取s m t V Q m V /23.036002162916293=⨯===排空剩余污泥泵剩余污水，
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
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。