沉淀池是分离水中悬浮物质的一种主要构筑物，用于废水的混凝沉淀处理以及生物处理系统泥水分离处理。
沉淀池按其功能可分为五个区，即进水区、沉淀区、污泥区、出水区和缓冲区。进水区和出水区是使水流均匀地流过沉淀池；沉淀区又称澄清区，是可沉降颗粒与废水分离的工作区；污泥区是污泥贮存、浓缩和排出的区域；缓冲区是分隔沉淀区和污泥区的水层，保证已沉降颗粒不会因水流搅动而再度浮起。
为了使水流均匀地通过各个水断面，一般均在废水的入口处设置挡板，并且要使进水的入口置于池内的水面以下。另外，在沉淀池的出水口前设置浮渣挡板，用以防止浮渣和油污等流出沉淀池。沉降到池底的污泥需定期排放。可以采用机械排泥的沉淀池，池底应是平底；也可以采用泥浆泵或利用水的压力将污泥排出，此时池底应是锥形；还可以两种排泥方式同时采用。
沉淀池常用的类型有四种，即平流式、辐流式、竖流式和斜管（板）式。沉淀池多为钢筋混凝土结构，除应满足工艺要求外，其强度与结构设计、建造还应满足《给水排水工程结构设计规范》（GBJ69—1984）及《给水排水构筑物施工及验收规范》（GBJ14—1990）。普通钢筋混凝土池壁一般现场浇注，池壁最小厚度为12cm，池高一般为3.5～6m。
（一）平流式沉淀池
如图9-2所示是带链式刮泥机的平流式沉淀池。
图9-2 带链式刮泥机的平流式沉淀池
废水由进水槽经进水孔流入池中，设有进水挡板，出水孔口或溢流堰，有时采用锯齿形（三角形）的溢流堰，堰前设置浮渣管及挡板，以拦阻和排除水面上的浮渣，使其不致流入出水槽。在沉淀池前部设有污泥斗，池底污泥由刮泥机刮入污泥斗内，污泥借助池中静水压力从污泥管中排出，池底坡度为0.01～0.02，污泥斗锥角为60°～80°。平流式沉淀池的优点是构造简单，效果良好，工作性能稳定。
（二）辐流式沉淀池
当废水含大量无机悬浮物且水量又大时，宜采用辐流式沉淀池。机械排泥设备复杂，对施工质量要求高，但刮泥机已标准化。辐流式沉淀池有中心进水周边出水及周边进水周边出水等形式，如图9-3所示。
（1）中心进水周边出水辐流沉淀池结构及原理。沉淀池为圆形或正方形，直径或边长一般为6～60m，最大可达100m，中心深度为2.5～5m，周边深度为1.5～3.0m。废水从中心进入，沉淀后由四周的出水槽排出，采用机械排泥，将全池的沉积污泥收集到中心泥斗，再借静压力或污泥泵将其排出。池径小于20m的辐流式沉淀池也可建成方形，池底建多个泥斗，刮泥机将污泥刮入泥斗，可用静压力排泥。
（2）辐流式沉淀池设计与计算。辐流式沉淀池设计与计算的主要内容包括沉淀区有效面积、池直径、沉淀区有效水深、污泥斗容积的设计计算以及排泥设备的选择等。
1）每座沉淀池的表面积
式中 F——每座沉淀池的表面积（m2）；
Qmax——最大设计流量（m3/h）；
n——沉淀池座数；
q′——表面水力负荷[m3/（m2·h）]，可通过试验确定。
2）沉淀池直径
式中 D——沉淀池直径（m），不宜小于16m，沉淀池直径（或正方形的边长）与有效水深的比值一般采用6～12；
F——每座沉淀池的表面积（m2）。
图9-3 辐流式沉淀池
a）中心进水周边出水辐流式沉淀池 b）周边进水周边出水辐流式沉淀池
3）沉淀部分有效水深
式中 h2——沉淀池有效水深（m），一般不大于4m；
q′——表面水力负荷[m3/（m2·h）]，可通过试验确定；
t——沉淀时间（h）。
4）污泥部分所需容积
式中 V——污泥部分所需容积（m3）；
S——每日污泥量（L/d）；
T——两次清除污泥的间隔时间（d），一沉淀池一般采用2d，机械排泥可按4h考虑；
n——沉淀池座数。
如已知污水悬浮物浓度与去除率，污泥量可按下式计算：
式中 C0，C1——分别为进水与沉淀出水的悬浮物浓度（kg/m3），如有浓缩池、消化
池及污泥脱水机的上清液回流至一沉池，则式中C0应取进水浓度的
1.3倍，C1应取C0的50%～60%；
P0——污泥含水率（%）；
γ——污泥容重（kg/m3），一般取1000kg/m3；
Q——设计日流量（m3/d）；
T——两次排泥的时间间隔（d），同上。
5）污泥斗容积
式中 V1——圆截锥部分容积（m3）；
r1——污泥斗上部半径（m）；
r2——污泥斗下部半径（m）；
h5——污泥斗高度（m）。
6）污泥斗以上圆锥体部分污泥容积
式中 V2——污泥斗以上圆锥体部分污泥容积（m3）；
R——沉淀池半径（m）；
r1——污泥斗下部半径（m）；
h4——圆锥体高度（m）。
7）沉淀池总高度
H=h1+h2+h3+h4+h5
式中 H——沉淀池总高度（m）；
h1——沉淀池超高（m），一般取0.3m；
h3——缓冲层高度（m），一般取0.3～0.5m；
h4——圆锥体高度（m）；
h2、h5——符号意义同上。
8）其他设计要求如下：
①池底坡度一般采用0.05～0.10。
②一般采用机械刮泥，当池子直径小于20m时，一般采用中心传动的刮泥机；当池子直径大于20m时，一般采用周边传动的刮泥机。对于二沉池，也可以采用刮泥机，刮泥机旋转速度一般为1～3r/h；周边刮泥机的线速度不应超过3m/min，一般采用1.5m/min。
③沉淀池直径较小时（小于20m），也可以采用多斗排泥。
④中心进水口的周围应设置整流板，整流板上的开孔面积为过水断面（池子半径1/2处的水流断面）面积的6%～8%。
⑤出水堰前应设浮渣挡板，被拦截的浮渣用刮渣板（装在刮泥机桁架的一侧）收集，并通过排渣管排除。
（三）竖流式沉淀池
竖流式沉淀池有圆形与方形两种，当废水含大量有机悬浮物且水量又不大时，可采用竖流式沉淀池。
（1）竖流式沉淀池结构及工作原理。电镀废水处理厂用的多是竖流式沉淀池，一般为方形，边长为4～7m，沉淀池上部为沉淀区，下部为锥形污泥斗，两部分之间为缓冲区，缓冲区宽约0.3m，如图9-4所示。
废水从中心管自上而下流入，经悬浮废水反射板向四周均匀分布，沿沉淀区的整个断面上升，澄清水由池四周集水槽收集。集水槽大多采用平顶堰或三角形锯齿堰，堰口最大负荷为1.5L/（m3·s）。为集水均匀，可设置环形集水槽。沉淀池贮泥斗锥角为60°～80°，污泥借静水压力由排泥管排出，排泥管直径应不小于200mm，静水压力为1.5～2.0m。排泥管下端距池底不大于2.0m，管上端超出水面不少于0.4m。为了防止漂浮物外溢，在水面距池壁0.4～0.5m处设挡板，挡板伸入水面以下0.25～0.3m，伸出水面以上0.1～0.2m。
竖流式沉淀池的喇叭口与反射板的具体尺寸按工艺要求确定。为了保证水流自下而上作垂直运动，竖流式沉淀池径深比通常为D∶h2≤3∶1。
竖流式沉淀池的主要优点是占地面积小，排泥方便，运行管理简单；主要缺点是池深大，施工困难，对量和水温变化的适应性较差，上升流速受颗粒沉降速度限制，出水量小，沉淀效果相对较差。竖流式沉淀池的污泥含水率为95%～97%。
图9-4 竖流式沉淀池
（2）竖流式沉淀池设计与计算。竖流式沉淀池设计的主要内容包括中心管面积与直径、沉淀区有效面积、池直径、沉淀区有效水深、污泥斗容积等。
1）中心管面积
式中 f——中心管面积（m2）；
Qmax——每池最大设计流量（m3/s）；
v0——中心管内流速（m/s），不大于0.03m/s。
2）中心管直径
式中 d——中心管直径（m）；
f——中心管面积（m2）。
3）中心管喇叭口与反射板之间的间隙高度
式中 h3——中心管喇叭口与反射板之间的间隙高度（m），一般为0.25～0.5m；
v1——污水由中心管喇叭口与反射板之间的间隙流出的速度（m/s），在一沉池中不大于30mm/s，在二沉池中不大于20mm/s；
d1——喇叭口直径（m）；
Qmax——每池最大设计流量（m3/s）。
中心管喇叭口与反射板尺寸如图9-5所示。
图9-5 中心管喇叭口与反射板尺寸
4）沉淀部分有效面积
式中 F——沉淀部分有效面积（m2）；
v——污水在沉淀区上升流速（m/s），在数值上等于表面水力负荷，可通过试验确定；
Qmax——每池最大设计流量（m3/s）。
5）沉淀池直径
式中 D——沉淀池直径（m）。沉淀池直径（或正方形的边长）与有效水深之比不大于3.0；沉淀池直径不
宜大于8.0m，一般采用4.0～7.0m；
F、f——符号意义同上。
6）沉淀部分有效水深
h2=3600vt
式中 h2——沉淀池有效水深（m），竖流式沉淀池的有效水深也就是中心管侵入水下的深度；(www.daowen.com)
t——沉淀时间（h）；
v——符号意义同上。
7）污泥部分所需容积
式中 V——污泥部分所需容积（m3）；
S——每日污泥量（L/d）；
T——两次清除污泥的间隔时间（d）。一沉池一般采用2d，二沉池可按2h考虑，机械排泥一沉池可按4h考虑。
如已知污水悬浮物浓度与去除率，污泥量可按下式计算：
式中 C0、C1——分别是进水与沉淀出水的悬浮物浓度（kg/m3），如有浓缩池、消化
池及污泥脱水机的上清液回流至一沉池，则式中C0应取进水浓度的
1.3倍，C1应取C0的50%～60%；
P0——污泥含水率（%）；
γ——污泥容重（kg/m3），一般取1000kg/m3；
Q——设计日流量（m3/d）；
T——两次排泥时间间隔（d），同上。
8）圆锥体部分容积
式中 V2——圆锥体部分容积（m3）；
R——圆锥体上部半径（m）；
r——圆锥体下部半径（m）；
h5——污泥室圆截锥部分高度（m）。
9）池子总高度
H=h1+h2+h3+h4+h5
式中 H——沉淀池总高（m）；
h1——沉淀池超高（m），一般取0.3m；
h2——沉淀池有效水深（m）；
h3——中心管喇叭口与反射板之间的间隙高度（m）；
h4——缓冲层高度（m），一般取0.3～0.5m；
h5——符号意义同上。
10）其他设计要求如下：
①当池子直径（或正方形的边长）小于7.0m时，澄清污水沿周边流出；当池子直径大于7.0m时，应增设辐射式集水支渠。
②排泥管下端距池底不大于0.20m，管上端高出水面0.40m以上。
③浮渣挡板淹没深度为0.30～0.40m。
（3）竖流式沉淀池设计与计算例题如下：
已知某电镀工业园废水处理厂最大设计流量Qmax=5000m3/d=0.058m3/s，求竖流式沉淀池各部分的尺寸。
解：竖流式沉淀池计算图如图9-6所示。
图9-6 竖流式沉淀池计算图
1）中心管面积。设中心管内流速v0=0.03m/s，采用2个池子，中心管面积
f=Qmax/（nv0）
=0.058/（2×0.03）=0.97m2
2）中心管直径
d=[（4f）/π]1/2
=[（4×0.97）/3.14]1/2=1.1m
3）计算中心管喇叭口与反射板之间的间隙高度。设污水由中心管喇叭口与反射板之间的间隙流出的速度v1=0.03m/s，则中心管喇叭口与反射板之间的间隙高度
h3=Qmax/（nv1d1π）
=0.058/（2×0.03×1.1×π）=0.28m
4）计算沉淀部分有效面积F。设表面负荷为2.52m3/（m2·h），则上升流速
v=u=2.52m/h=0.0007mm/s
F=Qmax/nv=0.058/（2×0.0007）=41.4m2
5）沉淀池直径
D=[4（F+f）/π]1/2=[4×（41.4+0.97）/3.14]1/2=7.35（m）<8m（符合要求）
6）计算沉淀部分有效水深。设沉淀时间t=1.5h，有效水深
h2=3600vt=3600×0.0007×1.5=3.78m
径深比为：D/h2=7.35/3.78=1.94<3（符合要求）
7）集水槽出水堰负荷校核。设集水槽单边出水，则集水槽出水堰的负荷为：
q0=Qmax/（nπD）=0.058/（2×3.14×7.35）=0.0013m3/（m·s）
8）每日污泥量为30000L，则污泥部分所需容积
V=ST/1000=30000×2/1000=60m3
每个沉淀池的污泥体积为：
V1=V/2=60/2=30m3
9）计算圆截锥部分容积。设圆截锥底部直径r=0.4m，圆截锥角度为70°，则圆截锥部分的高度
圆截锥部分的容积
V2=[（πh5）/3]（R2+Rr+r2）
=[（3.14×4.7）/3]（3.682+3.68×0.4+0.42）=74.65m3＞30m3
10）计算沉淀池总高度。设沉淀池的超高h1=0.3m，缓冲层的高度h4=0.3m，则沉淀池总高度
H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+3.78+0.28+0.3+4.7=9.36m
（四）斜管（板）式沉淀池
污泥的流动性差，斜管（板）式沉淀池斜管（板）容易堵塞，时间一长，污泥积聚在斜管（板）上，其重力将压塌斜管（板），由于斜管（板）更换、维修不方便，因此不推荐使用。
（五）沉淀池设计原则
（1）沉淀池个数与分格数不低于2个，并按并联设计。
（2）设计流量应按分期建设考虑，当污水为自流进入时，应按每期最大设计流量计算；当污水为提升进入时，应按每期工作水泵最大组合流量计算。
（3）沉淀池有效水深一般为2～4m，缓冲区一般为0.3～0.5m，超高不低于0.3m。圆形污泥斗的锥角不宜大于65°，方形污泥斗的锥角不宜大于70°，排泥管直径不宜低于200mm。
（4）沉淀池出水堰最大负荷：初沉池≤2.9L/（s·m），二沉池≤1.7L/（s·m）。沉淀时间一般为1.5～2h。
（5）初沉池污泥区容积按不大于2d污泥量计算，若采用机械排泥则按4h污泥量计算；曝气后的二沉池污泥区容积按不大于2d污泥量计算，并连续排泥。
（6）曝气后二沉池污泥区的容积应考虑总污泥回流量。
（7）二沉池一般采用表面负荷计算表面积，固体负荷≤150kg/（m2·d）。
（六）影响沉淀效率的因素
影响沉淀效率的主要因素有三个：废水的流速、悬浮颗粒的沉降速度，以及沉淀池的尺寸。
1.废水的流速 在一定的污水流速下，对一定大小的沉淀池其沉降效益主要取决于颗粒的沉降速度。自由沉降的速度与颗粒的形状以及颗粒与流体间的相对运动有关，通常用雷诺数Re的大小来判断颗粒在水中沉降的相对运动流动类型，对于球形颗粒：
式中 ds——颗粒的直径（m）；
μs——颗粒的沉降速度（m/s）；
ρ——污水的密度（kg/m3）；
μ——污水的黏度（Pa·s）。
一般雷诺数Re<1，即流体与颗粒的相对运动呈滞流状态，此时沉降速度越快，沉降效率就越高。
2.悬浮颗粒的沉降速度 颗粒的沉降速度μs有一个最小值，用μs′表示。为了使悬浮颗粒在从进沉淀池入口至沉淀池出口这段时间内能沉降到底，必须保证悬浮颗粒在沉淀池中有一定的停留时间，即
式中 Ts——废水在沉淀池中的停留时间（s）；
H——沉降池深度（m）；
μs′——颗粒最小沉降速度（m/s）。
上式表明在μs一定时，随着沉淀池深度H的减小，沉淀时间Ts可以缩短。但是必须保持沉淀池有一定的深度H，才能防止已沉淀的颗粒被水的流动所扰动，而不会重新被水带出沉淀池。所以，只有在保证池底沉淀物不受水流冲击和扰动的情况下，适当减小沉淀池深度，才能提高沉淀速度。
假定废水的流量为Q（m3/s），废水在沉淀池中的流速是μ（m/s），那么
Q=μBH
式中，B为沉淀池的宽度。
而废水在沉淀池中停留时间
T=L/μ式中，L为沉淀池的长度（m）。
3.沉淀池的尺寸 对于某一沉淀池，其尺寸高H、宽B、长L均固定，污水的流速μ越大，则废水实际在沉淀池中停留的时间T越短；反之，流速μ越小，停留时间T越长。为了保证污水中悬浮颗粒的沉降时间Ts，则污水停留时间T至少等于颗粒的沉降时间Ts，即T=Ts，则
Q=A·μs′式中，A为沉淀池的底面积（m2）。
通常将废水流量Q与沉淀池的底面积A之比称为表面负荷，亦称为过流率，用符号q0表达，单位为m3/（m3·s），即
q0=Q/A
或
Q=A·q0
可见，在同一沉淀池内，过流率的大小与颗粒的最小沉降速度μ′s相等。过流率越小，沉淀效果越好；反之，则沉淀效果越差。对一定流量的废水，沉淀面积越大，则过流率越小，沉淀效果也越好。
实际上，由于污水通过沉淀池的各过水断面的流速分布是不均匀的，颗粒在沉淀池中的实际停留时间要比上面提到的沉降时间Ts短；又由于受到水流本身流动的影响，颗粒的实际沉降速度也要比上面提到的μs小，所以沉降速率实际上要比理论值低一些。
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