在水处理工程中，斜管沉淀池是一种广泛应用的高效沉淀设备。它通过设置倾斜的蜂窝状或波纹状填料，增加沉淀面积，提高颗粒物的沉降效率，特别适用于中小型污水处理厂和给水处理系统。本文将通过一个具体的计算例题，详细说明如何设计和计算斜管沉淀池的相关参数。
一、基本参数设定
假设某城市污水处理厂拟采用斜管沉淀池作为二沉池，其设计水量为 Q = 1200 m³/h，要求去除率不低于 85%，进水悬浮物浓度为 C₀ = 300 mg/L，出水悬浮物浓度应低于 C = 45 mg/L。
二、确定设计指标
1. 表面负荷（Surface Overflow Rate, SOR）：
通常取值范围为 2.5～4.0 m³/m²·h，这里取 3.0 m³/m²·h。
2. 水平流速（Horizontal Flow Velocity, V_h）：
建议控制在 1.0～2.0 mm/s，这里取 1.5 mm/s。
3. 斜管倾角（θ）：
一般为 60° 或 45°，本例取 60°。
4. 斜管长度（L）：
常见长度为 1.0～1.5 m，本例取 1.2 m。
5. 斜管间距（S）：
一般为 30～50 mm，取 40 mm。
三、计算沉淀池面积与尺寸
1. 计算沉淀池表面积（A）
根据表面负荷公式：
$$
A = \frac{Q}{SOR} = \frac{1200}{3.0} = 400 \, \text{m}^2
$$
2. 计算沉淀池有效容积（V）
设沉淀时间为 t = 2 h，则：
$$
V = Q \times t = 1200 \times 2 = 2400 \, \text{m}^3
$$
3. 确定沉淀池长度（L_p）与宽度（B_p）
假设沉淀池为矩形，长度与宽度比为 3:1，则：
$$
L_p = 3B_p
$$
又因面积 $ A = L_p \times B_p = 3B_p^2 = 400 $，解得：
$$
B_p = \sqrt{\frac{400}{3}} \approx 11.55 \, \text{m}, \quad L_p \approx 34.65 \, \text{m}
$$
四、斜管结构计算
1. 计算每根斜管的有效沉降高度（H）
斜管倾角为 60°，斜管长度为 1.2 m，则垂直高度为：
$$
H = L \cdot \sin(60^\circ) = 1.2 \times \frac{\sqrt{3}}{2} \approx 1.04 \, \text{m}
$$
2. 每平方米斜管面积所包含的斜管数量
斜管间距为 40 mm = 0.04 m，则每平方米可布置：
$$
N = \left(\frac{1}{0.04}\right)^2 = 625 \, \text{根/m}^2
$$
3. 总斜管数量（N_total）
$$
N_{\text{total}} = N \times A = 625 \times 400 = 250,000 \, \text{根}
$$
五、验证沉降效果
根据斯托克斯定律，颗粒沉降速度 $ v_s $ 与粒径、密度、水温等有关。若已知颗粒粒径为 d = 0.1 mm，水温为 20°C，则其沉降速度约为 0.1 mm/s。
而斜管内水流速度为 1.5 mm/s，因此颗粒可在斜管内被有效截留，实现较高的去除率。
六、总结
通过上述计算可知，该斜管沉淀池的设计满足表面负荷、流速及沉降效率的要求，能够有效提升沉淀效率，确保出水水质达标。实际工程中还需考虑进水水质波动、运行管理等因素，进行必要的优化调整。
如需进一步了解斜管沉淀池的构造细节、材料选择或运行维护要点，欢迎继续提问。
