CN110368719B - 一种二沉池设计方法及相应的二沉池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二沉池设计方法及相应的二沉池。所述二沉池设计方法包括下述步骤：步骤S1：计算二沉池的冬季运行时的表面水力负荷Q1，步骤S2：计算二沉池的夏季运行时的表面水力负荷Q2，步骤S3：基于冬季运行时的表面水力负荷Q1，计算对应的二沉池表面积S1，其中，S1＝V1/Q1，V1为冬季峰值流量；步骤S4：基于夏季运行时的表面水力负荷Q2，计算对应的二沉池表面积S2；其中，S2＝V2/Q2，V2为夏季峰值流量；步骤S5：选取S1和S2中的最大值作为二沉池表面积S的设计值。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种二沉池设计方法及相应的二沉池。
背景技术
二沉池(又称“二次沉淀池”)是污水处理系统的重要组成部分，更具体地，二沉池是脱氮除磷活性污泥系统的重要组成部分，其作用主要是使污泥分离，使混合液澄清、浓缩和回流活性污泥。二沉池工作效果直接影响活性污泥系统的出水水质和回流污泥浓度。
在现有技术中，通常根据以往的经验数据来设计二沉池。要么二沉池设计的过大，导致二沉池没有得到充分的利用；要么二沉池设计的过小，不能满足污水厂的处理能力要求。如果二沉池面积设计过小、水深设计得偏浅，会出现很多问题。例如二沉池出水SS超标，造成二沉池出水水质不达标；或者，在降雨季节时期，污水厂进水量变化大，增加的水量和被稀释的水质会对二沉池的污泥层形成搅动并加强瞬间水流，导致二沉池出水水质不达标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二沉池设计方法来定量地指导二沉池的设计，避免二沉池太小或太大。
为实现上述目的，本发明提供一种1.一种二沉池设计方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤S1：以下式计算二沉池的冬季运行时的表面水力负荷Q1，
Q1＝C*H*SQRT(SS)/(MLSS1*SVI1*(1+R1)) 式1
其中，
C为设定的常数，
H为预设二沉池水深，
MLSS1为冬季运行时的曝气池污泥浓度，
SQRT表示求平方根函数，
SS为对二沉池的出水的悬浮颗粒浓度要求，
SVI1为冬季运行时的污泥容积指数，
R1为冬季运行时的污泥回流比，
步骤S2：以下式计算二沉池的夏季运行时的表面水力负荷Q2，
Q2＝C*H*SQRT(SS)/(MLSS2*SVI2*(1+R2)) 式2
其中，
MLSS2为夏季运行时的曝气池污泥浓度，其中，MLSS2<MLSS1
SVI2为夏季运行时的污泥容积指数，
R2为夏季运行时的污泥回流比，
步骤S3：基于冬季运行时的表面水力负荷Q1，计算对应的二沉池表面积S1，其中，S1＝V1/Q1，V1为冬季峰值流量；
步骤S4：基于夏季运行时的表面水力负荷Q2，计算对应的二沉池表面积S2；其中，S2＝V2/Q2，V2为夏季峰值流量，
步骤S5：选取S1和S2中的最大值作为二沉池表面积S的设计值。
优选地，SVI1以下式计算：
SVI1＝a-b*T1 式3
a和b为预先设定的常数，其中a在200至240的范围内取值，b在5至6的范围内取值，
T1为二沉池冬季设计运行最低温度；
SVI2以下式计算：
SVI2＝a-b*T2 式4,
T2为二沉池夏季设计运行最低温度。
优选地，a在210至230的范围内，b在5.5至5.6的范围内取值。
优选地，a取值为221，b取值为5.56。
优选地，MLSS2在2.5g/L至3.5g/L的范围内取值，MLSS1在3.5g/L至4.5g/L的范围内取值。
优选地，所述二沉池设计方法进一步包括确定预设二沉池水深H的初始化步骤S0，所述初始化步骤S0包括：
步骤S01：确定全年平均进水量V0；
步骤S02：在0.60m/h-1.5m/h的范围内选取与全年平均进水量V0对应的平均表面水力负荷Q0；
步骤S03：计算二沉池预估表面积S0和直径D0，对于非圆形的二沉池，此处的直径D0，为当量直径，也同样的计算，
S0＝V0/Q0；
D0＝2*SQRT(S0/π)，
步骤S04：基于下表，选取与预估直径D0对应的预估水深H0，将预估水深H0作为预设二沉池水深H。
| 二沉池直径 | 水深 |
| 10-19米 | 3.5米 |
| 20-30米 | 4米 |
| 30-40米 | 4.5米 |
| 40米以上 | 5米 |
优选地，所述二沉池设计方法进一步包括校核预设二沉池水深H的水深校核步骤S6，所述水深校核步骤S6包括：
步骤S61：基于表面积设计值S计算二沉池直径D，
步骤S62：校核二沉池直径D与所述预设二沉池水深H的对应关系是否满足下表，
| 二沉池直径 | 水深 |
| 10-19米 | 3.5米 |
| 20-30米 | 4米 |
| 30-40米 | 4.5米 |
| 40米以上 | 5米 |
步骤S63：如果不满足，将预设二沉池水深H调整为与二沉池直径D相对应，并基于步骤S1-步骤S5重新计算表面积S。
优选地，在100％-200％的范围内设置冬季污泥回流比R1；在50％-100％的范围内设置夏季污泥回流比R2，
其中，R1>R2。
优选地，常数C的值设置在51.5-61.5的范围内。
本发明还提供一种二沉池，所述二沉池采用如上所述的二沉池设计方法设计而成。
通过本发明，二沉池的设计能够避免二沉池设计的盲目性，尤其是有助于最大发挥整个活性污泥系统的技术效能，使经过污水厂活性污泥工艺系统处理的污水达标排放。
附图说明
图1是根据本发明实施例的二沉池设计方法的示意图。
具体实施方式
在附图中，使用相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
活性污泥法是一种废水生物处理技术，是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法。活性污泥法是在人工充氧条件下，对污水和各种微生物群体进行连续混合培养，形成活性污泥。利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有机污染物。然后使污泥与水分离，大部分污泥再回流到曝气池，多余部分则排出活性污泥系统。
影响活性污泥工艺的处理效率和经济效益的主要因素是处理方法的选择与曝气池和二次沉淀池(以下简称“二沉池”)的设计及运行。
活性污泥法诞生100多年来，开始主要是去除水体中的有机污染物，从而降低水体黑臭、改善人类生存的水环境。到20世纪中期人们发现，含氮和磷的污水无限制地排放，造成受纳水体中藻类过度繁殖，也是造成水体水质变坏的原因之一。有些含氮化合物的水对鱼和人类有毒害，如水中氨氮含量超过3mg/L，将会使金鱼等死亡；饮用水中硝酸盐含量超过10mg/L时，可能引起婴幼儿高血红蛋白症。氨氮也是造成水体黑臭的原因之一。磷含量的增加是造成水体中藻毒素的原因从而污染饮用水源。因此，污水的脱氮除磷也十分重要。污水的生物化学脱氮除磷工艺技术应运而生。脱氮除磷工艺是指采用生物和化学的方法同时去除污水中的有机物和氮磷等污染物的工艺，并且主要采用活性污泥法。
其中比较典型的生物处理工艺采用A2/O工艺技术。该工艺流程由厌氧、缺氧和好氧3个区段组成，每个区段都可以设计成完全混合式、推流式或组合式。污水和从二沉池中回流来的活性污泥混合后进入生化池。同时混合液从好氧区末端回流至缺氧区进行反硝化(内回流比200％～300％)。一部分混合液进入二沉池进行泥水分离，处理完的污水以上清液的形式排出，活性污泥沉淀后大部分回流(污泥回流比100％左右)，少部分作为剩余污泥排放。A2/O工艺是城镇污水厂脱氮除磷技术中应用最广泛的技术。
曝气池一般的活性污泥混合液浓度在2000-6000mg/L之间，活性污泥在二沉池中沉淀后泥水之间有清晰的界面，絮凝体结合整体共同下沉。活性污泥质轻，易被水带走，容易产生二次流和异重流的现象，使实际的过水断面远远小于设计的过水断面。二沉池除进行泥水分离外，还进行污泥浓缩，由于水量、水质的变化，还要暂时储存污泥。由于二沉池要进行污泥浓缩，所需要的池面积大于只进行泥水分离所需的池面积。
圆形二沉池和矩形二沉池的基本工作原理相同。圆形二沉池根据进水方式的不同分为中心进水、周边出水的型式和周边进水、周边出水的型式。矩形二沉池根据这两种进水方式的不同而有不同的型式。
中心进水周边出水的辐流式沉淀池，直径通常为6-60m，最大可达100m，池周水深通常为1.5-5.0m，池底有坡度。混合液从曝气池进入二沉池，自池中心进水管进入，沿半径方向向池周缓缓流动。悬浮物在流动中沉降，并沿池底坡度进入污泥斗，澄清水从池周溢流出水渠。辐流式沉淀池采用刮吸泥机或刮泥机收集污泥。刮吸泥机通过抽吸的方式把沉淀在池底的污泥排走；刮泥机通过刮板将沉至池底的污泥刮至池中心的污泥斗，再借重力或污泥泵排走。
周边传动刮泥机是辐流式沉淀池二沉池的理想配套设备，主要为去除二沉池中沉淀的污泥以及水面表层的漂浮物。一般适用于大中池径沉淀池。一般周边传动力矩大，而且相对节能。中心支座与旋转桁架以铰接的形式连接，刮泥时产生的扭矩作用于中心支座时即转化为中心旋转轴承的圆周摩擦力，因而受力条件较好。同时中心进水、排泥，周边出水，对水体的搅动力小，有利于污泥的去除。浅型池体池水水流速度不稳定，受进水影响较大。
被广泛使用的中心进水二沉池的进水通过位于池子中心的中心管、分配筒和水平挡板均匀地延轴向分配到池内，并保证活性污泥能够尽可能的静态沉淀下来。但是，中心进水周边出水的二沉池的设计和运行不光和表面水力负荷有关，其设计和运行的好坏和污泥沉降指数(SVI)、水温、二沉池水深、二沉池的储泥量要求、出水磷指标要求等因素也有很大的相关性。
目前的设计规范过于简单，表面水力负荷过低，水深较浅。由于以上原因造成污水厂运行时二沉池出现了很多问题，如二沉池出水(絮状体多、进水变化产生翻泥问题等)SS超标，尤其在冬季，水温较低，污泥沉降性能明显下降，SVI值普遍偏高，造成二沉池出水水质明显降低。同时，在每年降雨季节时期，进厂水变化大，增加的水量和被稀释的水质会对二沉池的污泥层形成搅动并加强瞬间水流。这将对二沉池的出水水质和二沉池的污泥密度和质量产生负面影响，普遍存在进水水量瞬变时二沉池翻泥造成水质出水不达标的情况。
世界范围内活性污泥系统采用中心进水、周边出水的圆形二沉池居多。也有采用周边进水、周边出水的圆形二沉池。混合液进入周边进水、周边出水的二沉池，经配水孔直接进入二沉池。配水系统的设计是周进周出辐流式二沉池的关键所在。周进式二沉池只有延圆周各点的进出水量一直布水均匀，才能发挥其优点。
由于实际进入污水厂的水量是随着每年的季节和每天的时间变化的。从实际运行的污水厂观察发现以下问题：1)按周边配水槽水力配水设计，配水槽宽度是由前往后逐渐递减的，以达到全槽相对均匀配水的目的，但污水厂实际运行时水量变化较大，实际运行时发现，前1/3段配水量过大，中后段配水量小，后1/3段易积泥，造成配水槽无法实现正常配水功能，导致污泥不能沿池体均匀沉降，如遇水量突变二沉池部分区域易翻泥，水量偏低情况下尤为明显。以上原因，造成相应的回流污泥和剩余污泥浓度很低，并且造成总体的回流污泥浓度不高而致使曝气池池容无法有效利用，并且剩余污泥系统能力无法正常发挥。2)在水量较大的情况下，沉降性不佳，悬浮物易随周边出水水流直接带走。基于以上原因，不建议采用周边进水、周边出水的二沉池。
二沉池是污水厂生物处理部分有机的组成部分。活性污泥通过重力沉淀与水分离。传统二沉池的设计分两个功能区：一个澄清区，重力沉淀在此区发生；一个浓缩区，沉淀的活性污泥在此区积蓄从而形成污泥浓稠层-即污泥层。含有微量活性污泥的二沉池上清液通过澄清区的顶端的过流堰进入积水渠道，污泥通过沉淀池的底部排走，一部分作为回流污泥回流到厌氧池，一部分作为剩余污泥进行污泥处理。
二沉池的运行效果对污水处理厂的出水水质、生物处理系统和剩余污泥处理系统有很关键的影响。二沉池有两个关键作用：经生物处理系统处理过的污水的澄清和生物处理工艺的污泥浓缩和储存。
换句话说，二沉池是活性污泥工艺的关键环节。传统的二沉池设计没有最大发挥整个活性污泥系统的最大效果。例如，在冬季水温低时和降雨季节雨季峰值流量大时(瞬变流量)无法保证污水厂的运行达标排放。通过本发明，有助于最大发挥整个活性污泥系统的技术效能，使经过污水厂活性污泥工艺系统处理的污水达标排放。
本发明的二沉池设计方法考虑了冬季水温偏低、SVI高的情况，同时考虑了降雨季节进入污水厂的水量存在瞬变流量(大的峰值流量)的情况。在第一种情况下，会出现污泥沉降性能下降的问题，在第二种情况下，瞬变流量造成对二沉池的冲击导致出水不达标。
污水厂通常经历春夏秋冬四个季节，在四个季节中污水厂曝气池水温也经历四个阶段。一般冬季的水温低，根据污水厂所处地理位置不同，一般在在8-20度之间变化；春秋季节的水温一般在15-25度之间变化；夏季水温一般在20-35度变化。此外，冬季通常为旱季，而夏季通常降雨多发(属于雨季)。
本专利的发明人经过仔细研究与分析，注意到成功的二沉池设计需要考虑多个因素。这些因素包括：二沉池的物理参数，表面水力负荷(Q)，固体负荷(SLR)，混合液沉淀和压实性能，混合液悬浮固体浓度(MLSS)，温度以及二沉池对活性污泥的储存容量考虑。物理参数包括二沉池的进水结构，絮凝设施，污泥收集系统，池边水深同时影响二沉池的工作效果。
本专利将主要聚焦温度和瞬变流量对表面水力负荷的影响以及池边水深对二沉池的关键工艺参数的影响。
而二沉池的运行好坏和活性污泥的污泥沉降指数有直接关系，污泥容积指数SVI，是反应活性污泥混合液沉淀性能的重要指标。
大体而言，
SVI<60mL/g,太低，丝状菌不多，在出水中会有很多细微固体颗粒。
SVI＝60-120mL/g，混合液沉降性能好，出水好，污泥层紧凑。
SVI＝120-180mL/g,混合液沉降性能较好，出水清。
SVI＝180-250Ml/g，混合液沉降性能一般或较差，出水清。
SVI>250mL/g,混合液沉降性能很差，出水较差。
不是所有丝状菌可以通过选择池来抑制，有些污泥膨胀不是由于丝状菌造成的，还和水的粘度有关系。总体上说，水温对水的粘度有直接影响，同时，水温对活性污泥的生长环境也直接相关。也就是说，水温对污泥的沉降性能有直接相关性。传统的污水厂二沉池设计没有考虑冬季水温二沉池大小的影响。
传统的污水厂设计没有考虑瞬变流量对二沉池运行的影响，尤其在夏季降雨季节，降雨会造成瞬间流量变化对活性污泥二沉池内的固体流动产生显著影响，最终会造成二沉池出水受到严重的影响。
通过大量的污水厂运行调查，冬季水温低，污泥沉降性能明显下降，SVI值普遍偏高，造成二沉池出水水质降低。冬季的污泥沉降指数升高和丝状菌膨胀有关系，丝状菌膨胀和低温环境有关。同时，污泥沉降指数和水体的粘稠系数随着温度降低而沉淀性能下降也有关系。综上所述，水温对二沉池的运行有不可忽略的影响。这是传统二沉池设计中没有考虑的问题。
本申请的发明人注意到：对于一般的污水厂，最不利运行工况点在冬季水温低的时候和夏季降雨季节，冬季由于水温低造成污泥沉淀性能下降，夏季降雨季节水量水质变化大。而传统二沉池设计没有考虑这两个最不利点的运行工况，造成此两个工况点出水水质达标困难。
本发明的二沉池工艺方法，考虑了上述的两个(冬季水温低和夏季降雨多)工况点，以保证污水厂在一年四季出水达标排放。此外，本发明的二沉池工艺方法给出了量化设计二沉池的方法，避免了根据经验进行设计的盲目性。
参见图1，根据本发明实施例的二沉池设计方法包括下述步骤：
步骤S1：计算二沉池的冬季运行时的表面水力负荷Q1，表面水力负荷指单位面积(例如每平方米)在单位时间(每小时)所接受的污水量，
步骤S2：计算二沉池的夏季运行时的表面水力负荷Q2，
步骤S3：基于冬季运行时的表面水力负荷Q1，计算对应的二沉池表面积S1，其中，S1＝V1/Q1，V1为冬季峰值流量；
步骤S4：基于夏季运行时的表面水力负荷Q2，计算对应的二沉池表面积S2；其中，S2＝V2/Q2，V2为夏季峰值流量；
步骤S5：选取S1和S2中的最大值作为二沉池表面积S的设计值。
冬季峰值流量是指包括二沉池的污水处理厂的冬季峰值进水量。夏季峰值流量是指包括二沉池的污水处理厂的夏季峰值进水量。冬季峰值流量和夏季峰值流量通常根据设计要求确定，或者根据污水厂所在区域的用水量(或污水排量)及降雨量来确定。
在步骤S1：以下式计算二沉池的冬季运行时的表面水力负荷Q1，
Q1＝C*H*SQRT(SS)/(MLSS1*SVI1*(1+R1)) 式1
其中，
C为设定的常数。优选地，常数C的值设置在51.5-61.5的范围内。在一个实施例中，常数C的值为56.43。
H为预设二沉池水深，例如，可以预设H为4.5米。通常，H设置为大于等于3.5米。
MLSS1为冬季运行时的曝气池污泥浓度。曝气池污泥浓度MLSS指生物反应池内混合液悬浮固体平均浓度，单位一般为：g/L。曝气池污泥浓度对生物反应池的反应能力或处理能力具有很大的影响。
SQRT表示求平方根函数，即开二次根号。
SS为对二沉池的出水的悬浮颗粒浓度要求(或悬浮物浓度要求)，是污水厂处理的主要性能技术指标之一。例如，SS一般取10～20mg/l。
SVI1为冬季运行时的污泥容积指数。污泥容积指数SVI是反应污泥沉降性能的参数，是污水处理过程中的控制指标。污泥容积指数是指曝气池出口处混合液经30分钟静沉后，1g干污泥所占的容积，例如，以ml计。
R1为冬季运行时的污泥回流比。
在步骤S2中，以下式计算二沉池的夏季运行时的表面水力负荷Q2，
Q2＝C*H*SQRT(SS)/(MLSS2*SVI2*(1+R2)) 式2
其中，
MLSS2为夏季运行时的曝气池污泥浓度，且MLSS2<MLSS1。夏季运行时的曝气池污泥浓度低于冬季的曝气池污泥浓度，从而，在冬季提供更多的污泥，从而适应于冬季较低的污泥活性。此外，有利于减轻瞬态峰值流量冲击的影响。通过使得二沉池排出污泥，或者减小污泥回流比，可以降低曝气池污泥浓度。通过减少二沉池排出污泥，或者增大污泥回流比，可以提高曝气池污泥浓度。
SVI2为夏季运行时的污泥容积指数。
R2为夏季运行时的污泥回流比。
在混合液悬浮固体浓度MLSS确定的情况下，SVI的值可以按下述方法计算。例如，假设，某曝气池污泥沉降比SV＝30％，混合液悬浮固体浓度MLSS＝3g/L，则SVI＝30％*1000/3＝100mL/g。1000为L与mL的换算系数。
SVI1可以根据经验确定，SVI2也可以根据经验确定。有利的是，SVI1>SVI2。也就是说，对于夏天设置较小的污泥容积指数。从而，有利于适应夏季的较大的峰值流量。
本发明还进一步提供了设计过程中量化计算与设置SVI1和SVI2的方法。具体地，SVI1和SVI2以下式计算：
SVI1＝a-b*T1 式3
SVI2＝a-b*T2 式4
其中，a和b为预先设定的常数，其中a在200至240的范围内取值，b在5至6的范围内取值，
T1为二沉池冬季设计运行最低温度，例如为12摄氏度；
T2为二沉池夏季设计运行最低温度，例如为18度。
在设计运行最低水温(包括冬季和夏季)等于低于20度时，采用此公式具有更佳效果。低于11度时取SVI最大值，例如160。高于20度时，取SVI最小值，例如110。
优选地，a在210至230的范围内，b在5.5至5.6的范围内取值。
在一个实施例中，a取值为221，b取值为5.56。本发明的发明人发现，在a和b该取值的情况下，SVI1和SVI2的量化计算值能够实现较好的污水处理效果。
MLSS2和MLSS1可以根据经验确定。优选地，MLSS2在2.5g/L至3.5g/L的范围内取值，MLSS1在3.5g/L至4.5g/L的范围内取值。
预设二沉池水深H可以根据经验数据确定。本发明还提供量化确定预设二沉池水深H的方法。
具体地，所述二沉池设计方法进一步包括确定预设二沉池水深H的初始化步骤S0。所述初始化步骤S0包括：
步骤S01：确定全年平均进水量V0(例如，15000m3/d＝625m3/h)；
步骤S02：在0.60m/h-1.5m/h或0.60m/h-0.7m/h的范围内选取与全年平均进水量V0对应的平均表面水力负荷Q0；(例如，Q0＝0.65m/h)
步骤S03：计算二沉池预估表面积S0和直径D0，对于非圆形的二沉池，此处的直径D0为当量直径，也同样的计算，
S0＝V0/Q0；(S0＝625/0.65＝961.5m2)
D0＝2*SQRT(S0/π)(D0＝35m)。
例如，对于正方形或矩形的二沉池，直径是当量直径，也是采用相同的方法计算。
步骤S04：基于下表，选取与预估直径D0对应的预估水深H0(D0＝4.5m)，将预估水深H0作为预设二沉池水深H，用于步骤S1-S5的计算，
| 二沉池直径 | 水深 |
| 10-19米 | 3.5米 |
| 20-30米 | 4米 |
| 30-40米 | 4.5米 |
| 40米以上 | 5米 |
为了提高计算的精确度，所述二沉池设计方法进一步包括校核预设二沉池水深H的水深校核步骤S6，所述水深校核步骤S6包括：
步骤S61：基于表面积设计值S计算二沉池直径D，此处的直径也包括当量直径；
步骤S62：校核二沉池直径D与所述预设二沉池水深H的对应关系是否满足下表，
| 二沉池直径 | 水深 |
| 10-19米 | 3.5米 |
| 20-30米 | 4米 |
| 30-40米 | 4.5米 |
| 40米以上 | 5米 |
步骤S63：如果不满足，将预设二沉池水深H调整为与二沉池直径D相对应，并基于步骤S1-步骤S5重新计算二沉池表面积S。
冬季污泥回流比R1和夏季污泥回流比R2可以根据经验设置。优选地，在100％-200％的范围内设置冬季污泥回流比R1；在50％-100％的范围内设置夏季污泥回流比R2，其中，R1>R2。
本发明还提供一种二沉池，所述二沉池采用如上所述的二沉池设计方法设计而成。
本发明能够在一定程度上同时解决了由于两种情况的发生造成大量活性污泥被冲到后续深度处理构筑物中，SS和TP偏高造成深度处理工艺处理成本增加或深度处理工艺瘫痪情况的发生。
本发明能够解决传统设计方法的粗放性，传统设计方法没有考虑污水厂的二沉池是在不同季节和不同工况下运行的实际情况，造成活性污泥处理系统在以上两种工况情况下出水指标不达标(SS,TP等)从而造成后续工艺段的瘫痪或运行成本成倍增加。而该发明通过对大量污水厂的数据统计和实际运行观察，总结出系统的设计二沉池需要考虑的问题，一般地就是把二沉池增大，从而保证二沉池的出水指标(SS,TP等)在日常运行时出水最低，在冬季和降雨季节也可达标，从而保证后续构筑物的低成本稳定运行和全厂出水达标。
如前所述，峰值瞬变流量用于污水厂进水泵站设计并且用于决定二沉池的设计从而用于应对雨季的流量冲击。同时瞬变峰值流量还用于在考虑应对瞬时高峰流量时的二沉池污泥层深度控制策略。每天的平均流量和峰值流量用于决定二沉池平均和最大的每日水力负荷和固体负荷和类型，以及二沉池的污泥收集系统和排放系统的处理能力和配置。
考虑到污水厂生化系统的实际应对水量、水质的能力以及初期雨水的高污染性，故，二沉池的设计除了考虑旱季峰值系数(中国国家规范1.3～2.3)，同时还需考虑雨季峰值系数1.5～2.5)。对于生化系统的二沉池的设计，总的峰值系数应该是旱季峰值系数x雨季峰值系数，即总的峰值系数应该在1.95～5.75之间。
对于采用传统活性污泥工艺的污水厂，在处理旱季流量时，一般需要保持二沉池的污泥层在0.3～0.6米左右；对于脱氮除磷工艺，在旱季流量条件下污泥层(包括化学污泥)的厚度不能超过0.5米。对于分流制体系下的污水厂，二沉池的污泥层厚度在降雨时可以暂时提升到1米。对于合流制体系下雨季峰值系数高于2.5的污水厂，瞬时污泥层深度可以最高达到1.8米深。在任何情况下，在污泥层表面到二沉池水面之间需要保证至少1米的缓冲层(清水层)从而保证二沉池出水水质的持续达标。同时考虑降低二沉池出水磷浓度以降低后续化学加药量等问题，一般推荐二沉池的池边水深至少为4.5米，并最深可到6米，以保证二沉池出水水质并降低化学加药量。
综上所述，在考虑较深的池边水深，根据冬季水温(水温降低污泥沉降指数升高)和夏季进入污水厂的雨季峰值流量变化系数的情况下，综合设计二沉池的表面水力负荷，并采用固体负荷校核。达到最终实现三维的二沉池设计导则。
本发明同样可以适用在矩形二沉池和周进周出二沉池的设计中。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员应当理解：可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种二沉池设计方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤S1：以下式计算二沉池的冬季运行时的表面水力负荷Q1，
Q1＝C*H*SQRT(SS)/(MLSS1*SVI1*(1+R1)) 式1
其中，
C为设定的常数，
H为预设二沉池水深，
MLSS1为冬季运行时的曝气池污泥浓度，
SQRT表示求平方根函数，
SS为对二沉池的出水的悬浮颗粒浓度要求，
SVI1为冬季运行时的污泥容积指数，
R1为冬季运行时的污泥回流比，
步骤S2：以下式计算二沉池的夏季运行时的表面水力负荷Q2，
Q2＝C*H*SQRT(SS)/(MLSS2*SVI2*(1+R2)) 式2
其中，
MLSS2为夏季运行时的曝气池污泥浓度，其中，MLSS2<MLSS1
SVI2为夏季运行时的污泥容积指数，
R2为夏季运行时的污泥回流比，
步骤S3：基于冬季运行时的表面水力负荷Q1，计算对应的二沉池表面积S1，其中，S1＝V1/Q1，V1为冬季峰值流量；
步骤S4：基于夏季运行时的表面水力负荷Q2，计算对应的二沉池表面积S2；其中，S2＝V2/Q2，V2为夏季峰值流量；
步骤S5：选取S1和S2中的最大值作为二沉池表面积S的设计值。
2.如权利要求1所述的二沉池设计方法，其特征在于，
SVI1以下式计算：
SVI1＝a-b*T1 式3
a和b为预先设定的常数，其中a在200至240的范围内取值，b在5至6的范围内取值，
T1为二沉池冬季设计运行最低温度；
SVI2以下式计算：
SVI2＝a-b*T2 式4,
T2为二沉池夏季设计运行最低温度。
3.如权利要求2所述的二沉池设计方法，其特征在于，
a在210至230的范围内，b在5.5至5.6的范围内取值。
4.如权利要求2所述的二沉池设计方法，其特征在于，
a取值为221，b取值为5.56。
5.如权利要求1所述的二沉池设计方法，其特征在于，
MLSS2在2.5g/L至3.5g/L的范围内取值，MLSS1在3.5g/L至4.5g/L的范围内取值。
6.如权利要求1-5中任一项所述的二沉池设计方法，其特征在于，进一步包括确定预设二沉池水深H的初始化步骤S0，所述初始化步骤S0包括：
步骤S01：确定全年平均进水量V0；
步骤S02：在0.60m/h-1.5m/h的范围内选取与全年平均进水量V0对应的平均表面水力负荷Q0；
步骤S03：计算二沉池预估表面积S0和直径D0，
S0＝V0/Q0；
D0＝2*SQRT(S0/π)；
步骤S04：
基于上表，选取与预估直径D0对应的预估水深H0，将预估水深H0作为预设二沉池水深H。
7.如权利要求6所述的二沉池设计方法，其特征在于，进一步包括校核预设二沉池水深H的水深校核步骤S6，所述水深校核步骤S6包括：
步骤S61：基于表面积设计值S计算二沉池直径D，
步骤S62：校核二沉池直径D与所述预设二沉池水深H的对应关系是否满足下表，
步骤S63：如果不满足，将预设二沉池水深H调整为与二沉池直径D相对应，并基于步骤S1-步骤S5重新计算表面积S。
8.如权利要求1所述的二沉池设计方法，其特征在于，
在100％-200％的范围内设置冬季污泥回流比R1；
在50％-100％的范围内设置夏季污泥回流比R2，
其中，R1>R2。
9.如权利要求1所述的二沉池设计方法，其特征在于，
常数C的值设置在51.5-61.5的范围内。
10.一种二沉池，其特征在于，所述二沉池采用如权利要求1-9中任一项所述的二沉池设计方法设计而成。
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