二沉池常用計算方法詳解二沉池是以沉淀、去除生物處理過程中產(chǎn)生的污泥獲得澄清的處理水為其主要目的。二沉池有別于其它沉淀池，其作用一是泥水分離（沉淀）、二是污泥濃縮，并因水量、水質(zhì)的時常變化還要暫時貯存活性污泥。
通常處理系統(tǒng)的建設費用是和系統(tǒng)處理構(gòu)筑物的容積大小成正比的，所以二沉池的設計計算是否合理，直接影響到整個生物處理系統(tǒng)的運行處理效果和建設費用的大小。
一般二沉池有輻流式、平流式、豎流式三種形式，池型有圓形、方形。在過去多年中，對沉淀池的研究較為欠缺，不同的國家，不同的設計單位（水處理公司）都有自己的標準或方法，這些技術(shù)并不總是有明確的理論論證，常常也會發(fā)生矛盾。
目前世界范圍內(nèi)都要求在經(jīng)濟負荷下，提高出水質(zhì)量標準，由此對沉淀池的作用進行了重新研究，并對過去已經(jīng)承認了的參數(shù)產(chǎn)生了疑問。
1影響二沉池運行設計的幾個主要因素
二沉池運行過程中的影響因素很多，其中有些因素甚至是相互矛盾的。在沉淀過程中的影響因素有：（1）污水：流量、水溫；（2）沉淀池：表面積和出流量、池高度、溢流堰長度地點和負荷、進水形式、池型、污泥收集系統(tǒng)、水力條件、水波和自然風影響；（3）污泥：負荷、區(qū)域沉淀速度、污泥體積指數(shù)、硝化程度；（4）生物處理情況：活性污泥模式、bod負荷；
在濃縮過程中的影響因素有：（1）污水：混合液流量；（2）池體：池表面積、池高、污泥收集系統(tǒng)；（3）污泥：沉速（zsv）、svi、混合液濃度和負荷、回流比、污泥槽高度。
欲獲得滿意的二沉池運行效果，就必須適當?shù)臐M足二沉池運行的諸多的條件，就目前研究的情況，設計中主要考慮因素有如下幾點：
1.1 活性污泥的沉降性能
在生物處理系統(tǒng)中，活性污泥的特性，特別是污泥的沉降性能，直接影響著二沉池的工藝設計與運行。
衡量活性污泥沉降性能的參數(shù)有二個：一是污泥指數(shù)svi（ml/g）；二是污泥沉降比：sv%。
svi的物理意義是：曝氣池出口混合液經(jīng)30min靜沉后，每克干污泥所形成的沉淀污泥所占的容積（ml）。
sv%又稱30分鐘沉降比，混合液在量筒內(nèi)靜置30 分鐘后所形成的沉淀污泥的容積占原混合液容積的百分率。
svi、sv%與混合液污泥濃度mlss（g/l）之間有下列關系：
svi=sv / mlss （ml/g） （1-1）
或 sv=svi×mlss （ml/l）
svi值能反應出活性污泥的凝聚、沉淀性能，過低說明泥粒細小，無機物含量高，污泥缺乏活性；過高則說明污泥沉降性能不好，并具有產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象的可能。其沉降性能一般區(qū)別如下：
svi< 100 沉降性能好；
100 < svi 200 沉降性能不好。
從式（1-1）可看出：要想獲得適當?shù)膕vi值，則需在設計時選用適當?shù)奈勰酀舛龋╩lss）值，當進入生物反應器中的有機物量一定時，污泥濃度愈高，則污泥負荷（f/m）愈小，所以在設計時必須正確選擇污泥負荷(f/m)。
污泥濃度（mlss）、污泥負荷（f/m）與曝氣池體積（v）之間有下列關系：
f/m= q?s0/v?mlss
式中:
q — 污水流量(m3/h)；
s0— bod5濃度(kg/m3)；
v — 曝氣池體積m3。其它同前。
在設計中一般根據(jù)污泥負荷（f/m）選擇確定污泥指數(shù)（svi），此數(shù)據(jù)一般采用運行值或試驗值，可根據(jù)表1選取，混合液污泥濃度可根據(jù)處理工藝從表2中選取。
對大多數(shù)廢水, f/m在下述范圍內(nèi): 0.3
1.2回流污泥、回流比、回流污泥濃度、濃縮時間
在生物處理系統(tǒng)中必須保持足夠且恒定的生物群體，因此在二沉池中所沉淀的生物固體（污泥）一部分必須返回到曝氣池，另一部分從二沉池中排放掉。返回到曝氣池的生物量，是用來維持系統(tǒng)所要求的污泥濃度，降解進入系統(tǒng)中的有機物質(zhì)。有機物越多，需要的生物量越大，要想維持系統(tǒng)所要求的污泥濃度，就必須保證回流污泥的量。
在生物系統(tǒng)物料平衡中有如下關系式存在：
x= xr?r/(1+r)
式中：
r ---污泥回流比%；
xr---回流污泥濃度kg/m3；
x ---混合液污泥濃度mlss kg/m3
由此式可看出:（1）想要得到預期的x（mlss）值,就必須保證有一定的回流污泥濃度和回流污泥量；（2）x回流污泥濃度在很大程度上與活性污泥的性質(zhì)和二沉池內(nèi)污泥濃縮條件有關，活性污泥的濃縮性能不僅取決于svi，還受到濃縮區(qū)高度、停留時間的影響。濃縮區(qū)的高度和停留時間與下列因素有關：固體負荷；二沉池進、配水方式；刮泥機種類與性能；污泥回流量及二沉池的池型等。
在我國一般認為，混合液在量筒中沉淀30min后形成的污泥濃度基本上可代表混合液在二沉池所形成的污泥濃度，也即為回流污泥濃度。回流污泥濃度（xr）與svi之間有下列關系：
xr=r?106/svi（mg/l）
式中的r是考慮污泥在二沉池中的停留時間、池深、污泥層厚度等因素有關的系數(shù)，一般取1.2左右。
德國在二沉池豎向設計中研究較多，并提出了二沉池底流污泥濃度（xb）與濃縮時間（te）之間的關系式：
xb=(103/svi)?(te)1/3 ?。╧g/m3）
式中：
svi—污泥指數(shù)（l/kg）；
te—污泥濃縮時間（h）。
由此式看：污泥濃縮時間越長，底流污泥濃度則越高，回流污泥濃度越高，回流比r則可越??；另一方面活性污泥在二沉池濃縮區(qū)和刮泥區(qū)的停留時間應盡可能短，以免二沉池內(nèi)污泥中的磷再次釋放以及因脫氮而造成的污泥上浮現(xiàn)象。但是要精確的確定濃縮時間和影響系數(shù)，還要做大量的研究工作。
濃縮時間的確定對二沉池的計算特別重要，設計可根據(jù)表3經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取：
回流污泥濃度因受刮泥系統(tǒng)的影響,其濃度一般低于底流濃度,其減少值與所采用的刮泥系統(tǒng)有關。
采用刮泥時：xr≌0.7xb
采用吸泥時：xr≌0.5-0.7xb
以上二式適用于機械刮吸泥式二沉池。
1.3 污泥體積負荷和表面負荷
污泥體積負荷（qv）和表面負荷q′是設計計算二沉池表面積的參數(shù)。二者有如下關系：
q′=qv/(mlss×svi)
在處理水量一定時，沉淀池表面面積與表面負荷成反比,a =q/q′，為了保持較低的出水ss值和bod值,我國《室外排水設計規(guī)范》gbj14-87(1997)中規(guī)定活性污泥法二沉池表面水力負荷1.0-2.5m3/(m2.h) ，德國對水平流態(tài)的二沉池（平流、輻流二沉池）規(guī)定：q′≯1.6 m3/(m2.h)；qv≦0.45m3/(m2?h)，對豎流式沉淀池，因存在著污泥層的過濾作用和活性污泥的絮凝作用，污泥體積負荷較大q′≯2.0 m3/(m2.h)、qv≦0.6m3/(m2?h)。
2目前國內(nèi)二沉池常用計算方法
2.1 二沉池表面積計算方法
計算二沉池沉淀部分水面常用方法有表面負荷法和固體通量法，固體通量法在理論上與污泥濃縮過程更為貼切，更是用于濃縮池的計算。
在許多沉淀池的設計計算中，依據(jù)試驗測得的污泥沉降曲線給人以精確和復雜的印象，但對于大多數(shù)的設計來說，并沒有條件對處理工藝所生成的污泥進行沉降試驗，因此二沉池的設計一般都采用經(jīng)驗值。
一般設計中沉淀池的面積確定在我國簡化為a =q/q′，《室外排水設計規(guī)范》中不僅規(guī)定了表面水力負荷值，而且規(guī)定了二沉池的徑深比。
英國wrc出版的tr11和tr144(stom用戶手冊)對于面積計算都很簡單，且為工藝核查提供了圖表，使沉淀池面積計算大為簡化，同時，此表格還是一種比較沉淀池運行情況的方法，通過表格也可清楚的看到沉淀池微小變化影響著mlss和svi。
2.2 二沉池的高度設計
我國目前《室外排水設計規(guī)范》規(guī)定，沉淀池的有效水深宜采用2-4米，設計手冊和教科書對二沉池高度設計，只作了二沉池有效水深和二沉池污泥區(qū)容積計算二項描述。
有效水深按沉淀時間計算，一般沉淀時間取1-1.5h。而污泥區(qū)容積按2h貯泥量計算。
事實上這一規(guī)定是無法進行二沉池高度的詳細計算的，例如：污泥區(qū)與池邊高度的關系。
國內(nèi)某些設計研究院對輻流式二沉池總高度計算采用：超高、有效水深、緩沖層高度、刮泥板高度、沉淀池底錐體部分高度之和。其中有效水深計算沉淀時間一般采用3小時，水力表面負荷采用我國設計規(guī)范所規(guī)定的1-1.5m3/m2.h。緩沖層高度取0.5米。（除去池底錐體部分高度，其它均為池邊深度）在生產(chǎn)運行中取得良好效果。
英國wrc設計的缺陷同樣是缺少沉淀池的高度數(shù)據(jù)，但在歐洲一般采用德國atv（污水處理協(xié)會）高度分區(qū)方法加以補充。
德國atv制定的設計規(guī)范（a131）規(guī)定的二沉池深度計算，把二沉池深度方向按其作用分為4個區(qū)：清水區(qū)、分離區(qū)、儲存區(qū)、濃縮及刮泥區(qū)。
（1）清水區(qū)（h1）
為安全保證區(qū)，減輕風、密度差、溢流堰對污泥絮體的抽吸作用和不均勻界面沉降等不可避免的影響因素。h1 = 0.5m
（2）分離區(qū)（h2）
混合液在分離區(qū)泥水分離，該區(qū)存在絮凝和沉淀二個過程，分離區(qū)的沉淀過程會受進水的紊流影響。
分離區(qū)計算停留時間0.5h。
計算公式：h2 = 0.5?qmax(1+r)/[1-(svi×mlss)](m)
式中：
svi——污泥指數(shù)（m3/kg）；
mlss—混合液懸浮固體濃度（kg/m3）
r———回流比（%）；
qmax——污水設計流量（m3/h）
（3）儲存區(qū)（h3）
作用是在雨季儲存污泥，以免曝氣池中污泥濃度大幅度下降，造成處理效果下降，儲存區(qū)與分離區(qū)是連續(xù)一體的。儲泥區(qū)所儲存的污泥可保證雨季曝氣池中污泥濃度不低于旱季污泥濃度的70%，其差值δmlss=0.3mlss。儲存區(qū)的大小，應滿足雨季時在1.5h內(nèi)能接納從曝氣池內(nèi)多流出的污泥量,污泥體積濃度按500l/m3計（經(jīng)驗數(shù)據(jù)），在此期間，污泥在儲存區(qū)進行濃縮，并分布于整個二沉池面積上，二沉池污泥量的增加量為：
δn=δmlss?svi?qmax?(1+r)?1.5 (l)
δn的體積v3 = δn／500 (m3)
h3 = 0.45?qv?(1+r)/500(m)
式中：
500l/m3 — 污泥體積濃度。
δmlss—污泥濃度變化值 = 0.3mlss(kg/m3)
svi——污泥指數(shù)（l3/kg）；
qv——污泥體積負荷(l/m2?h)；
qv =q′?mlss?svi。
（4）濃縮及刮泥區(qū)（h4）
濃縮區(qū)是保證污泥底流濃度的區(qū)域。
h4 = qv?(1+r)te/c(m)
式中：te—濃縮時間h,一般0.5-2.0h；
c—濃縮區(qū)污泥濃度值(l/m3)；
c = 300?te+500
濃縮區(qū)內(nèi)污泥可視為由一層層的等濃度層疊加在一起的，該濃度為單層濃度的平均值，單層濃度為cn =(103/svi)?(te)1/3。
二沉池總深度 h = h1+ h2+h3+ h4 (m)對輻流式二沉池計算總池深為其水平流程2/3處的池深,如圖1所示。同時還應滿足池邊深度hmin≥2.5m,計算總池深h≥3.0m，中心斗邊深度hmax≥4.0m。
3結(jié)論
1．二沉池是目前活性污泥系統(tǒng)中使用泛的構(gòu)筑物，但其設計計算在我國乃至世界范圍內(nèi)，都存在著不同程度的理論和實際上的不完善，還需進一步的研究探討。
2．輻流式二沉池豎向設計計算方法建議采用一下二種方法：
（1）德國分區(qū)計算法計算，我國規(guī)范數(shù)據(jù)校核；
（2）用上述某設計院計算方法計算，按我國設計規(guī)范規(guī)定深度與德國深度規(guī)定相結(jié)的方法進行校核。
3．據(jù)國外報道，已有集漂浮和沉淀與一體的構(gòu)筑物也開始使用，漂浮物作為回流活性污泥被回流，節(jié)省了常規(guī)回流污泥泵的揚程，并有污泥濃度比較高，池子直徑比較小的優(yōu)點。
膜技術(shù)和微濾法也可作為常規(guī)沉淀池的替代，現(xiàn)在此技術(shù)正在發(fā)展中，他們的優(yōu)點是占地面積小。