污水处理厂沉淀池设计

竖流式沉淀池设计

一、设计题目：污水处理厂沉淀池设计

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根据上述参数完成污水处理厂沉淀池的设计计算书及相关图纸绘制。

三、设计要求：

1．设计计算书主要内容：

（1）设计依据：设计任务和基础资料。

（2）各主要构筑物的设计参数、计算公式、计算过程与结果，主要设备的设计选型计算、规格等。

（3）设计完成后，针对所设计内容与同组同学比较各类沉淀池的特点。

2．绘制图纸：

绘制能够清楚表达沉淀池结构的图纸，至少包括主视图、俯视图、剖面图。

3．设计时间：贵州大学2011～2012年度第二学期

四．设计计算说明书和图纸均鼓励采用计算机制作。

五．参考文献

水污染控制工程（下），高廷耀，高等教育出版社

排水工程（下），张自杰，中国建筑工业出版社

给水排水设计手册（第五分册），第二版，中国建筑工业出版社

目录

一、前言 (4)

二、设计内容： (3)

三、竖流式沉淀池的工作原理 (3)

四、竖流式沉淀池的设计准则 (4)

五、各建筑物参数计算 (5)

（1）中心管面积： (5)

（2）中心管直径 (5)

（3）中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度： (5)

（4）沉淀池部分有效断面积： (5)

（5）沉淀池直径 (5)

（6）沉淀部分有效水深 (6)

（7）校核集水槽出水堰负荷 (6)

（8）沉淀部分所需总容积 (6)

（9）圆截锥部分容积 (6)

（10）沉淀池总高 (6)

（11）出水堰总数 (6)

（12）集水槽宽度 (7)

（13）集水槽高度（高位差） (7)

（14）进水管直径 (7)

（15）排泥管直径 (7)

（16）泵的选择 (8)

（17）人行扶梯 (8)

（18）各建筑物材料选用及尺寸 (8)

六、设计讨论 (8)

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，BOD5220 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

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 =?=?= 2m a x 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 ?

（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 。

36010002600005.01000m 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 12.38

8.283.05.033.054321=++++=++++= （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。

32

2

26.162860-3.0-38.124

1214.374.322-3.0-4

m 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7000m 3 /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。忽略此处..