初次沉淀池关键参数设计

初次沉淀池关键参数设计

在城市污水处理厂和大型工业废水处理系统中，初次沉淀池是物理处理单元操作的核心环节。它承担着去除大颗粒悬浮物、降低进水负荷、保障后续生化系统稳定运行的重要任务。然而，在工程设计中，初沉池的去除效率并非一成不变，而是受多种参数影响，包括停留时间、BOD/TSS浓度、温度、池内流态等。

一、初沉池的功能与设计目标

初次沉淀池的主要作用是通过重力作用去除污水中可沉降悬浮固体（TSS）和一部分可沉降的有机物（BOD）。在一级处理阶段，通过合理的设计和运行，初沉池可实现TSS去除率50%~70%、BOD去除率25%~40%，为二级处理减负，降低后续生化池有机负荷，改善水质稳定性，减少水力波动和悬浮颗粒冲击。然而，这些目标的实现并非依赖单一参数，而是多个因素综合作用的结果，其中最重要的控制变量是停留时间t和进水组分浓度c。

二、停留时间：去除效率的核心控制参数

在工程设计中，初沉池的停留时间是一个关键设计指标。经典经验公式给出了停留时间与去除效率的关系，如下所示。

 

式中：R 为预期去除效率，%；t 为水力停留时间，h；a、b 为经验常数，与水质特性相关，对于BOD的典型值为a = 0.018、b = 0.020，对于TSS的典型值为a = 0.0075、b = 0.014。

由于BOD的a、b 值较大，且a、b 处于分母之中，所以在初沉池中，TSS的去除是首要目标，而BOD仅能去除部分可沉降有机物。

三、温度修正：低温下如何保证沉淀效率

水温对颗粒沉降速度有显著影响。温度降低时，水体黏度增加、颗粒运动受阻，导致沉降效率下降。因此，寒冷地区或冬季运行时，必须延长停留时间以维持相同的去除效率。经典的温度修正关系可通过下式计算。

式中：T为水温，℃。可见，如果20℃时，需要停留2 h，那么10℃时为2.70 h，是20℃时的1.35倍。

四、冲刷速度：防止污泥二次悬浮

除了停留时间，初沉池底部泥层的稳定性同样重要。如果池内水平流速过大，已沉降的污泥颗粒可能被再次卷起，降低沉淀效率，甚至造成出水悬浮物浓度上升。为避免这种情况，设计中需要考虑临界冲刷速度，计算公式如下。

 

式中：VH 为冲刷速度，m/s；k 为与颗粒形状相关的经验常数，砂粒约0.04，絮状物约0.06；s 为颗粒相对密度；g 为重力加速度，g = 9.81 m/s?；d 为颗粒直径，m；f 为Darcy-Weisbach阻力系数，一般取0.02~0.03。

五、设计实践：参数的综合优化

在实际工程设计中，初沉池的参数优化通常需综合考虑以下因素：

1.进水特性

当TSS浓度较高时，应适当缩短停留时间以防泥层过厚。当BOD浓度高且需要降低负荷时，可增加停留时间。

2.温度条件

对于北方寒冷地区，应根据最低水温设计停留时间，并适当增加池容。

3.池型与流态

水平流与辐流式初沉池的设计标准略有差异。应避免短流、涡流等不利于颗粒沉降的现象。

4.运行管理

定期排泥，避免泥层过厚影响沉降。根据季节调整进水负荷和池内流速。

总结

初次沉淀池的设计是一项多因素耦合优化过程。通过合理选取停留时间、结合温度修正、控制池内流速并配合科学的运行管理，才能在有限的池容下实现理想的TSS与BOD去除效果。未来，随着高效沉淀技术（的发展，传统初沉池的设计参数可能进一步优化，实现更小占地、更高效率的污水一级处理。但无论技术如何升级，停留时间与温度修正仍将是不可忽视的核心设计指标。