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周进周出辐流式二沉池工艺设计

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2020年4月19日
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周进周出辐流式二沉池的工艺设计
4.1 配水系统的设计
配水系统的设计是周边进水周边出水辐流式二沉池的关键所在。周进式辐流式二沉池的只有沿圆周各点的进出水量一至，布水均匀，才能发挥其优点。而常见的配水系统为配水槽和布水孔。
4.1.1 配水槽的设计
当前的配水槽大多采用环状和同心圆状如图 ，也有牛角配水槽如图。布水孔的形状分为圆形和方形。布水孔间距有等距，也有不等距。

图3.3 环状配水槽 图3.4 牛角配水槽
由于配水槽是混凝土施工，宽度曲线的施工精度不容易保证，牛角配水槽不易实现，因此本次设计选用环形平底配水槽，布水孔孔径和孔距不变的配水系统。孔径为800mm，孔距为1040mm，并在槽底设短管，且短管长度为50~100mm。配水槽宽600mm。
根据结构设计分析，配水槽底厚一般为内壁厚度的2倍,分别为0.3m和0.15m。配水槽和集水槽总宽为(从沉淀池池壁内边计算)(为配水槽内壁和集水槽堰壁厚度)。
4.1.2 进水区挡水裙板的设计
挡水裙板延伸至水面下1.5m处，以保证良好的澄清絮凝效果。与池壁的距离与配水槽的宽度相等。
4.2 出水装置的设计
出水装置由集水槽和挡板组成。
4.2.1 二沉池集水槽的设计
二沉池集水槽是污水沉淀过程中泥水、固液分离的最后一道环节和工序, 在实际的工程设计中, 常见有3 种布置形式: 内置双侧堰式、内置单侧堰式、外置单侧堰式, 见图3.5。内置单侧堰式、外置单侧堰式均为单侧堰进水, 设计堰上负荷基本一致, 从构造和水力条件来看, 两者没有明显的优劣之分。内置双侧堰式的集水槽因堰上负荷小、出水水质好而应用较多。但在最近几年的工程设计与应用中发现双侧堰进水集水槽主要存在2个现象[27]：
(1) 集水槽两侧水质检测时, 内侧水质优于外侧。
(2) 因集水槽内平衡孔开孔过大使三角堰均匀集水作用降低。
内置双侧堰式 内置单侧堰式 外置单侧堰式
图3.5 二沉池集水槽布置形式
在实际运行中, 可常观察到一种现象:靠近池壁的出水溢流堰一侧, 挟带较多的活性污泥絮体杂质, 而内侧出水溢流堰的絮体杂质相对较少。内侧溢流堰的出水优于外侧溢流堰，因此本设计采用内置单侧堰进水。
集水槽设自由溢流堰，溢流堰严格水平，即可保证水流均匀，又可控制沉淀池水位。为此溢流堰常采用锯齿形堰，这种出水堰易于加工及安装出水比平堰均匀，池内水位一般控制在锯齿高度的1/2处为宜。
4.2.2 挡板的设计
在出口处设置挡板，挡板高出水面0.1~0.15m，挡板淹没深度是沉淀池深度而定，不小于0.25m，一般为0.3~0.4m，挡板位置，距出口为0.25~0.5m。
4.3 辐流式二沉池的一般设计原则
辐流式沉淀池一般为圆形，水流沿沉淀池半径方向流动。池直径在6~60m之间[28]。具体设计参数如下:
(1) 池直径与有效水深之比6~12；
(2) 坡向泥斗的底坡0.05；
(3) 池径16m；
(4) 表面负荷2.5m3/(m2·h)；
(5) 沉淀时间1~1.5h；
(6) 池径<20m，一般采用中心传动的刮泥板。池径>20m，一般采用周边传的刮泥机；
(7) 刮泥机转速为1~3r/h，刮泥机外缘线速度3m/min；
(8) 非机械刮泥时，缓冲层高0.5m。机械刮泥时，缓冲层高上缘宜高出刮泥板0.3m；
(9) 排泥管的直径不应小于200mm；
(10) 当采用静水压力排泥时，初次沉淀池的静水头不应小于1.5m；二次沉淀池的静水头，生物膜法处理后不应小于1.2m，活性污泥法处理池后不应小于0.9m；
(11) 沉淀池应设置浮渣的撇除、输送和处理设施。
国内外许多专家学者[29~31]经过实验研究指出:选择合适的沉淀池几何结构参数能够提高沉淀池的处理效率。二次沉淀池的效率受下列因素影响，包括悬浮物固体浓度(污泥颗粒大小、污泥的密度、进水速度)，流场和构筑物的几何尺寸与挡板的特征。
5 工艺设计计算
5.1 主体尺寸计算
该辐流式二沉池设计规模与处理35万人生活污水处理厂匹配。查表5.1得：综合生活污水定额为95~155 L/（cap·d），取127 L/（cap·d）
表5.1 居民生活污水定额和综合生活污水定额 [单位：L/（cap·d）]
城市规模
分区
居民生活污水定额（平均日）
综合生活污水定额（平均日）
特大城市
大城市
中、小城市
特大城市
大城市
中、小城市
1
120~180
100~160
85~145
180~290
160~265
145~240
2
95~135
75~120
60~100
125~205
110~180
95~155
3
95~125
75~110
60~95
120~195
100~170
85~145
注：cap表示“人”的计量单位
居民区生活污水平均日流量
（5.1）
居民区生活污水量变化系数
（5.2）
则最大设计流量
（5.3）
本设计采用4座池
单池最大设计流量
（5.4）
式中：
——最大设计流量
n——池数（不少于两个）
单池表面积
（5.5）
池直径
，取D=25m （5.6）
则，实际单池表面积
（5.7）
实际表面负荷
（5.8）
式中：
——表面负荷，
校核堰口负荷：
（5.9）
校核固体负荷：
（5.10）
固体负荷在120~150，符合条件
式中：
——混合液悬浮物浓度（MLSS），kg/m3，取3 kg/m3
设沉淀时间t=1h
澄清区：
（5.11）
设污泥停留时间=1.5h
污泥区高度：
（5.12）
式中：
——底流浓度，kg/m3
（5.13）
有效水深：
（5.14）
径深比
（5.15）
池直径与有效水深之比6~12，符合条件
设超高，缓冲层
设泥斗上口直径，下口直径，泥斗倾斜角度
则泥斗高
池中心与池边落差：
（5.16）
式中：
——坡向泥斗的底坡0.05
池边水深
（5.17）
沉淀池总高
（5.18）
图5.1池体主要尺寸示意图
5.2 配水系统设计
配水槽采用环形平底槽，等距离设布水孔
设计流量
(5.19)
设配水槽宽，水深
配水槽流速
(5.20)
配水孔平均流速
(5.21)
式中：
——配水孔平均流速，，一般取0.3~0.8，符合条件
t ——导流絮凝区平均停留时间，s，池周有效水深为2~4m时，t取360~720s
——污水的运动黏度，与水温有关，设水温为，则
——导流絮凝区的平均速度梯度，一般可取10~30
每池配水槽内的孔数
，取74个 (5.22)
式中：
——孔径，m，一般取0.05~0.1m，取0.8m
孔距
(5.23)
絮凝区环形面积
(5.24)
导流絮凝区的平均流度
(5.25)
核算值
(5.26)
值在10~30之间，符合条件
式中：
——配水孔水流收缩断面的流速，m/s，，为收缩系数，因设短管，取
进水管的设计
进水流速
(5.27)
符合条件
则进水管直径取500mm
式中：
——进水管直径，m
进水区挡板裙板
伸至水下1.5m处，以保证良好的澄清絮凝效果。
5.3 出水部分设计
采用周边出水槽
水槽宽
（5.28）
式中：
——安全系数，一般取1.2~1.5
出水堰的设计
采用出水三角堰，设计堰上水头=0.05m，三角堰的角度
三角堰上水头（水深）和过流堰宽之间的关系
（5.29）
则水流过堰宽度
单堰过堰流量
（5.30）
每池应该布置的出水堰总数
，取214个 （5.31）
环形集水槽宽0.5m，沿集水槽壁内侧（单侧）布置出水堰。配水槽内壁和集水槽堰壁厚度分别为0.15m，
配水槽和集水槽总宽(从沉淀池池壁内边算)
（5.32）
集水槽内直径
（5.33）
出水总周长
（5.34）
设计堰宽=0.2m
出水堰总线长
（5.35）
由于出水堰总线长小于出水总周长，因此，需间隔布置出水堰，两个出水堰堰顶距离
（5.35）

图5.2 三角堰水力计算图
集水槽起端水深
（5.36）
为了保证三角堰自由出流，集水槽起端水深（水深为处）水面距三角堰堰口高度为0.1m。
三角堰高
（5.37）
集水槽高度
（5.38）
出水管设计
池周边设置1条，管径取
周边槽管内流速
（5.39）
5.4 排泥部分的设计
采用静水压力排泥，排泥速度不宜过大或过小，以防止冲刷管道或造成淤积，排泥管直径不小于200mm。排泥管的设计直径为300mm。
6 结束语
(1) 本次设计采用了4个直径为25m的周进周出辐流式二沉池，4个池子并用符合污水处理厂的设置原则，即便其中个别出现故障，工作进度也不会停滞。
(2) 本次设计采用了环形平底配水槽，等距离设布水孔。
(3) 本次设计采用了单环形集水槽出水，池周边设一个，池周边集水槽为内单侧进水。
(4) 出水管设置了1条，均沿池径分布。池周边集水槽的出水管口设在池壁上，管道水平延伸。
(5) 本次设计中没有涉及到刮泥机的尺寸和构造，因为二沉池建成后，可依照池体结构现行制造适应匹配的刮泥机。
(6) 由于排泥速度不宜过大或过小，以防止冲刷管道或造成淤积，排泥管直径不小于200mm，故设计中采用300mm的管道进行排泥。
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致 谢
大学四年的时光在不知不觉间已慢慢地从指缝中溜走，在我们都还来不及回味其中美好的时候，她只留给了我们那稍纵即逝的背影。仿佛这最后的毕业设计是我们最后的战役一样，我们满怀着激情，等待着最后的号角声起。
本文是在杨老师的悉心指导下完成的。杨老师那严谨认真的治学态度、求实负责的工作作风都使我受益匪浅，终身难忘。从杨老师身上，我深深感受到了丰富的学养、求实的态度、勤奋的精神，这都成为了我不断前行的动力。在此，谨向杨晓汾老师表示衷心的感谢！
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感谢所有曾经帮助过我的同仁们和老师们，是你们，让我变得不再孤军奋战，是你们，让我变得更加坚强。感谢你们！
最后由衷的感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师！