田 丹

（上海友為工程設(shè)計(jì)有限公司，上海市 200093）

0 引 言

二沉池作為城市污水廠重要的處理工藝單元，其設(shè)計(jì)參數(shù)的選定和計(jì)算方式直接影響二沉池的運(yùn)行狀況，從而關(guān)系到整個(gè)污水廠的出水指標(biāo)。因此，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)務(wù)必嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真。筆者在研究輻流式二沉池設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，發(fā)現(xiàn)參數(shù)數(shù)據(jù)范圍、計(jì)算方式、設(shè)備選定等在不同參考資料、現(xiàn)行規(guī)范和設(shè)計(jì)手冊(cè)之間存在不清晰、自相矛盾的地方，導(dǎo)致設(shè)計(jì)者尤其是初級(jí)設(shè)計(jì)人員無(wú)法準(zhǔn)確把握二沉池設(shè)計(jì)要點(diǎn)，成為污水廠運(yùn)行不理想的最直接和最主要的原因。本文從輻流式二沉池設(shè)計(jì)資料中存在的問(wèn)題、平面設(shè)計(jì)要點(diǎn)、豎向設(shè)計(jì)要點(diǎn)、刮（吸）泥設(shè)備和配水井等方面分別探討了輻流式二沉池的相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算和參數(shù)選定，以供同行設(shè)計(jì)人員做參考和借鑒。

1 輻流式二沉池設(shè)計(jì)資料中存在的問(wèn)題

1.1 設(shè)計(jì)流量選取存在的問(wèn)題

《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)·第5 冊(cè)·城鎮(zhèn)排水》（第3版，2017 年 2 月）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“《手冊(cè)》”）[1]中規(guī)定：日平均流量表示污水處理廠的處理規(guī)模，最高日最大時(shí)流量用于進(jìn)水管和一般構(gòu)筑物的水力計(jì)算。然而《手冊(cè)》在介紹沉淀池的相關(guān)計(jì)算時(shí)，采用日平均流量和表面負(fù)荷計(jì)算沉淀池表面積。這容易讓設(shè)計(jì)者以為表面負(fù)荷這個(gè)參數(shù)是基于日平均流量考慮。

1.2 二沉池沉淀池表面積計(jì)算存在的問(wèn)題

根據(jù)《手冊(cè)》提供的沉淀池表面積計(jì)算公式[式（1）]和固體負(fù)荷計(jì)算公式[式（2）]，設(shè)計(jì)者往往忽視了式（2）中的表面積其實(shí)為實(shí)際表面積，而非二沉池整個(gè)結(jié)構(gòu)的表面積，從而容易推出表面負(fù)荷q 與固體負(fù)荷 G 的關(guān)系，見(jiàn)式（3）。

進(jìn)一步，假定混合液懸浮固體濃度X 與污泥回流比R 為已知值，那么q 與G 成正比，從而得出固體負(fù)荷也應(yīng)按日平均流量考慮。

1.3 污泥區(qū)容積計(jì)算存在的問(wèn)題

《手冊(cè)》中規(guī)定輻流式二沉池污泥區(qū)容積按不小于2 h 貯泥量計(jì)算；而在《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50014—2006）（2016 年版）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“《規(guī)范》”）[2]中活性污泥法處理后的二沉池污泥區(qū)容積，宜按不大于2 h 的污泥量計(jì)算。關(guān)于污泥濃縮時(shí)間，兩者相互矛盾。

1.4 有效水深、池邊水深、沉淀池總高度概念模糊問(wèn)題

在《規(guī)范》里更多地規(guī)定了二沉池有效水深的適宜范圍，而在《手冊(cè)》中僅提到了沉淀部分有效水深的計(jì)算方式和池邊水深的建議值，兩者均未定義有效水深和池邊水深的具體含義，使得設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)容易出現(xiàn)概念張冠李戴、參數(shù)選錯(cuò)的情況，最終導(dǎo)致總池高度計(jì)算錯(cuò)誤，影響整個(gè)二沉池的運(yùn)行效果。

以上是影響輻流式二沉池設(shè)計(jì)計(jì)算的主要問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題并結(jié)合相關(guān)工程實(shí)踐，本文主要從二沉池的平面設(shè)計(jì)和豎向設(shè)計(jì)兩方面對(duì)其計(jì)算要點(diǎn)進(jìn)行探討。

2 平面設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 設(shè)計(jì)流量的選定

根據(jù)《規(guī)范》和其他參考資料[3]，二沉池設(shè)計(jì)流量為分期建設(shè)的各期最大日最大時(shí)流量；進(jìn)出水管道的設(shè)計(jì)流量為最大日最大時(shí)流量與回流污泥量之和；表面負(fù)荷按最大日最大時(shí)流量和日平均流量?jī)煞N工況進(jìn)行校核，同時(shí)需滿足《手冊(cè)》和《規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。采用提升泵站時(shí)，按每期工作水泵的最大組合流量校核管渠輸水能力。

2.2 沉淀池表面積計(jì)算

關(guān)于二沉池表面積計(jì)算，目前主要有三種方法：表面負(fù)荷法、固體負(fù)荷法和德國(guó)ATV 標(biāo)準(zhǔn)法[4]。表面負(fù)荷法由式（1）進(jìn)行計(jì)算，主要是為了保證出水水質(zhì)良好；固體負(fù)荷法由混合液懸浮固體濃度、污泥回流比和實(shí)際表面積通過(guò)式（2）進(jìn)行校核計(jì)算，主要是為了保證污泥濃縮充分，回流污泥濃度高，維持曝氣池良好運(yùn)行。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，固體負(fù)荷應(yīng)通過(guò)污泥沉降試驗(yàn)而確定。由于設(shè)計(jì)人員缺乏相應(yīng)試驗(yàn)條件，目前固體負(fù)荷一般采用經(jīng)驗(yàn)值，不超過(guò)150 kg（m2﹒d）為合格。

德國(guó)ATV 標(biāo)準(zhǔn)法中的表面負(fù)荷是以污泥體積負(fù)荷qav、混合液懸浮固體濃度X 和污泥指數(shù)SVI 為函數(shù)通過(guò)式（4）進(jìn)行計(jì)算。該方法考慮了污泥指數(shù)對(duì)二沉池實(shí)際運(yùn)行控制的影響，克服了經(jīng)驗(yàn)值法帶來(lái)的人為因素的影響。污泥指數(shù)可反映活性污泥的松散程度和凝聚性能。污泥指數(shù)過(guò)高，說(shuō)明污泥難于沉降分離即將膨脹或已經(jīng)膨脹。

德國(guó)ATV 法中推薦了X 與SVI 在不同污水水質(zhì)中的取值范圍，但由于與國(guó)內(nèi)污水廠實(shí)際情況背景存在一定的差異，可以作為借鑒參考，但不宜作為主要的設(shè)計(jì)依據(jù)。

因此，在進(jìn)行二沉池表面積計(jì)算時(shí)，應(yīng)采用表面負(fù)荷法計(jì)算，用固體負(fù)荷法校核，相關(guān)參數(shù)應(yīng)符合《規(guī)范》規(guī)定。

2.3 進(jìn)水口

中進(jìn)周出輻流式二沉池中心進(jìn)水筒配水口采用矩形開(kāi)孔，數(shù)量宜為4~6 個(gè)，流速為0.2~0.3 m/s。進(jìn)水筒周邊采用整流筒或穿孔擋板作為穩(wěn)流措施，目的是使混合液均勻擴(kuò)散，盡量減少二沉池出現(xiàn)短流或偏流的現(xiàn)象。相關(guān)工程實(shí)踐表明，整流筒更適用于混合液中含有密度較大懸浮物的情況，而穿孔擋板更適用于生化污泥沉降性能較差的情況。整流筒和進(jìn)水筒可做成土建形式或設(shè)備形式。土建形式適用于大中型二沉池，能滿足流速要求。整流筒流速宜為0.02~0.03 m/s，為避免短流，整流筒的淹沒(méi)深度宜為0.3~0.7 倍的設(shè)計(jì)水深，且低于中心進(jìn)水筒配水孔下緣0.3 m 以上。若采用穿孔擋板，擋板的開(kāi)孔面積宜為0.1~0.2 倍的二沉池?cái)嗝娣e。

周進(jìn)中出輻流式二沉池布水槽一般采用DN 100長(zhǎng)短管等速布孔。

2.4 出水口

輻流式二沉池一般采用三角堰自由出流，有單向環(huán)形出流和雙向環(huán)形出流兩種方式。需要注意的是，采用雙向環(huán)形出流時(shí)，環(huán)形槽中水流由左右兩側(cè)匯入出水口，其計(jì)算流量為0.5 倍設(shè)計(jì)流量。三角堰過(guò)堰水深一般為三角堰齒高的一半，各種工況下的堰口負(fù)荷不應(yīng)超過(guò)1.7 L/（s﹒m）。三角堰板可與出水槽一起做成不銹鋼的形式，也可以直接安裝在環(huán)形混凝土出水槽上，為了出水均勻，應(yīng)盡量使三角堰安裝在同一高度上。三角堰內(nèi)側(cè)應(yīng)設(shè)浮渣擋板，以去除表面浮渣。

3 豎向設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 污泥區(qū)容積計(jì)算

污泥濃縮時(shí)間越長(zhǎng)，濃縮效果越好，回流污泥濃度越高，但隨著時(shí)間增長(zhǎng)，污泥區(qū)所需池容也增加，提高了整體建設(shè)費(fèi)用，特別是過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的濃縮會(huì)造成磷的回溶和因反硝化而引起的污泥上浮。在德國(guó)ATV 標(biāo)準(zhǔn)中，活性污泥法最大的濃縮時(shí)間不超過(guò)2.5 h，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照《規(guī)范》要求，即活性污泥法處理后的二沉池污泥區(qū)容積，宜按不大于2 h 的污泥量計(jì)算，并有連續(xù)排泥措施。

3.2 有效水深、池邊水深和總池高計(jì)算

關(guān)于二沉池高度計(jì)算，目前有兩種處理方法。一是根據(jù)我國(guó)《手冊(cè)》中采用離池中心1/2 半徑處的水深斷面作為計(jì)算斷面，總池高度由超高、沉淀部分的有效水深、緩沖層高度、污泥區(qū)高度四部分組成。其中，污泥區(qū)高度包括污泥斗高度、圓錐高度和污泥豎直段高度。由于沉淀部分的有效水深按沉淀時(shí)間和表面負(fù)荷計(jì)算，且沉淀池的沉淀效率由池表面決定，與池深關(guān)系不大，此處沉淀部分的有效水深可以理解為《規(guī)范》中的有效水深，即宜按2.0~4.0 m 取值。按照設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，如果計(jì)算出污泥豎直段高度超過(guò)刮泥板的高度，這將與工程實(shí)際不符合。因此設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合考慮污泥濃縮時(shí)間與污泥回流比這兩個(gè)參數(shù)的取值；或者總池高直接由超高、有效水深、緩沖層高度、刮泥板高度、污泥圓錐高度和污泥斗高度確定，其中池邊水深（由超高、有效水深、緩沖層高度、刮泥板高度組成）應(yīng)符合《手冊(cè)》的相關(guān)規(guī)定。

二是根據(jù)德國(guó)ATV 標(biāo)準(zhǔn)中采用離池中心2/3 半徑處的水深斷面作為計(jì)算斷面。池邊水深分為清水區(qū)、分離區(qū)、緩沖區(qū)和污泥濃縮區(qū)。優(yōu)點(diǎn)是考慮了泥水分離、污泥濃縮和污泥存儲(chǔ)等不同過(guò)程所需容積情況，缺點(diǎn)是計(jì)算中涉及的相關(guān)參數(shù)，如污泥指數(shù)和污泥體積負(fù)荷等，由于缺乏國(guó)內(nèi)的相關(guān)參考數(shù)據(jù)而具有一定的局限性。

因此，在進(jìn)行二沉池池高設(shè)計(jì)時(shí)，主要采用方法一進(jìn)行計(jì)算，必要時(shí)可采用方法二進(jìn)行對(duì)比或校核。

4 其他

4.1 刮（吸）泥設(shè)備

刮（吸）泥設(shè)備根據(jù)池徑大小進(jìn)行選擇，池徑小于20 m 時(shí)采用中心傳動(dòng)刮（吸）泥機(jī)，池徑大于20 m時(shí)采用周邊傳動(dòng)刮（吸）泥機(jī)。刮泥板與池底坡度一致，且盡量貼近池底底壁，減少盲區(qū)，其中鋼刮板不小于200 mm，橡膠板50~100 mm[5]。當(dāng)池徑過(guò)大時(shí)，由于刮（吸）泥機(jī)是從周邊將泥刮（吸）至集泥坑，刮（吸）泥效果不高，易存在死角，因此更適用于直徑在30 m 以下的二沉池。吸泥設(shè)備應(yīng)注意調(diào)節(jié)吸泥管的出泥量，減少吸泥管堵塞問(wèn)題。刮（吸）泥機(jī)的撇渣裝置根據(jù)池高和有效水深配置，吸泥管流速、管徑和數(shù)量按二沉池液位和出泥槽液位差設(shè)計(jì)。

4.2 配水井

當(dāng)二沉池個(gè)數(shù)不小于2 座時(shí)通常需設(shè)置配水井，使混合液均勻地進(jìn)入沉淀池。輻流式沉淀池的配水井宜采用中心配水的方式，同時(shí)可以與污泥泵房合建。配水井設(shè)計(jì)時(shí)需要注意配水井的出水管不宜埋深過(guò)深，否則閥桿較長(zhǎng)，不便于檢修；同時(shí)采用堰板出流時(shí)，需考慮堰板水頭損失較大帶來(lái)的大量空氣夾入混合液中，導(dǎo)致混合液進(jìn)入二沉池后氣泡釋放而產(chǎn)生污泥絮體被破壞、泥水分離效果差的影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低配水井與沉淀池的水位差，降低二沉池進(jìn)水水能。

5 結(jié) 語(yǔ)

在進(jìn)行輻流式二沉池設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)者不能按部就班地參照相關(guān)資料進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)在充分理解各設(shè)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)踐，優(yōu)化平面設(shè)計(jì)參數(shù)和豎向設(shè)計(jì)參數(shù)，合理選擇刮（吸）泥設(shè)備和配水井等輔助設(shè)施。本文的相關(guān)探討能為相關(guān)技術(shù)人員提供一定的參考和借鑒意義。