城市污水处理厂物理处理单元之沉砂池

城市污水处理厂的典型流程之沉砂池城市污水处理厂的典型流程原污水格栅沉砂池排放或三级处理初次沉淀池生物处理设备二次沉淀池排渣排砂污泥回流消化气利用脱水和干燥设备污水流程污泥流程消化气污泥利用污泥消化一级处理（物理处理）二级处理（生物处理）污泥处理污泥浓缩1.沉砂池的作用沉砂池定义英文：GritChamber；利用自然沉降作用，去除水中砂粒或其他比重较大的无机颗粒的构筑物。若取消沉砂池，会给污水厂的正常运行带来以下隐患：①砂粒进入初沉池会加速污泥刮板的磨损，缩短使用寿命。②对于不设初沉池的处理工艺或超越初沉池运行的工艺，导致生化池有效容积的减少，同时还会对曝气器产生不利影响。③易导致排泥管道的堵塞，加剧污泥泵叶轮磨损。④砂粒进入污泥消化池中，将减少有效容积，缩短清理周期。⑤污泥中含砂量的增加会大大影响污泥脱水设备的运行。2.沉砂池的设计原则沉砂池设计中，必需按照下列原则：（1）城市污水厂一般均应设置沉砂池，座数或分格数应不少于2座(格)，并按并联运行原则考虑。（2）设计流量应按分期建设考虑：a)当污水自流进入时，应按每期的最大设计流量计算；b)当污水为用提升泵送入时，则应按每期工作水泵的最大组合流量计算；c)合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算。（3）沉砂池去除的砂粒杂质是以比重为2.65吨/立方米，粒径为0.2mm以上的颗粒为主。（4）城市污水的沉砂量可按每10万立方米污水沉砂量为30立方米计算，其含水率为60%，容量为1500kg/立方米。（5）贮砂斗槔容积应按2日沉砂量计算，贮砂斗池壁与水平面的倾角不应小于55°排砂管直径应不小于0.3m。（6）沉砂池的超高不宜小于0.3m。（7）除砂一般宜采用机械方法。当采用重力排砂时，沉砂池和晒砂厂应尽量靠近，以缩短排砂管的长度。在进行沉砂池设计时主要需考虑两方面问题：①如何通过合理的水力设计，使得尽可能多的砂粒得以沉降并以可靠、便捷的方式排出池外。②采用何种有效的方式，尽可能多地分离附着在砂粒上的有机物，将其送回到污水中。设计时需考虑的因素1、砂粒的粒径2、沉砂池的表面积3、流速4、油脂类的去除5、有机物的分离6、是否需要预曝气7、集水管网的情况8、除砂设备的可靠性3、几种主要的沉砂池工艺目前国内外普遍采用的沉砂池包括以下几种：1、竖流式沉砂池2、平流式沉砂池3、曝气沉砂池4、旋流式沉砂池(钟氏、比氏及多尔)3.1竖流式沉砂池设计要求3.2平流式沉砂池平流式沉砂池采用分散性颗粒的沉淀理论设计，只有当污水在沉砂池中的运行时间等于或大于设计的砂粒沉降时间，才能够实现砂粒的截留。因此，沉砂池的池长按照水平流速和污水中的停留时间来确定。由于实际运行中进水的水量及含砂量的情况是不断变化的，甚至变化幅度很大。因此当进水波动较大时，平流式沉砂池的去除效果很难保证。平流式沉砂池本身不具备分离砂粒上有机物的能力，对于排出的砂粒必须进行专门的砂洗。根据国外所做的现场测定，平流式沉砂池所沉砂粒的粒径沿沉砂池长度方向变化，且当d＜0.6mm时，砂粒很容易被水流带走。3.2平流式沉砂池20°平面图A-A剖面图A60°0.06可调闸门2栏杆1启闭机A曝气沉砂池的设计参数(1)水平流速一般取0.08～0.12m/s；(2)污水在池内的停留时间为4—6min；当雨天最大流量时为1～3min。如作为预曝气，停留时间为10～30min。(3)池的有效水深为2—3m，池宽与池深比为1～1.5，池的长宽比可达5，当池长宽比大于5时，应考虑设置横向挡板；(4)曝气沉砂池多采用穿孔管曝气，孔径为2.5～6.Omm，距池底约0.6～0.9m，并应有调节阀门；(5)供气量可参照(表2-3)。3.3曝气沉砂池曝气沉砂池典型案例照片3.4旋流沉砂池近年来新建的污水厂中，旋流式沉砂池得到了越来越多的应用。从运行情况看，用户反映普遍良好，认为这类沉砂池具有占地省、除砂效率高、操作环境好、设备运行可靠等优点。目前国际上广泛应用的旋流沉砂池主要为钟氏(Jones-AttwoodJeta)和比氏(Pista)两大类。从国内应用情况看，源自欧洲的钟氏池及其各变型占绝大多数，估计这种现象跟国内污水厂外资部分多来自欧洲的政府贷款有关，此类政府贷款通常会对设备的采购国别提出限制，而产自美国的比氏沉砂池在国内也有一些用户。这两种沉砂池在池型、除砂机理以及提砂方式上均有着很大的区别，实际情况究竟孰优孰劣，目前国内仍无第一手的对比测试资料。旋流沉砂池的优缺点旋流沉砂池是利用机械力控制水流流态与流速、加速沙粒的沉淀并使有机物随水流带走的沉砂装置。旋流沉砂池有多种类型，某些形式还属于专利产品。沉砂池由流入口，流出口，沉砂区，砂斗、涡轮驱动装置以及排沙系统等组成。污水由流入口切线方向流入沉砂区，进水渠道设一跌水堰，使可能沉积在渠道底部的沙子向下滑入沉砂池；还设有一挡板，使水流及砂子进入沉砂池时向池底流行，并加强附壁效应。在沉砂池中间设有可调速的桨板，使池内的水流保持环流。桨板、挡板和进水水流组合在一起，旋转的涡轮叶片使砂粒呈螺旋形流动，促进有机物和砂粒的分离，由于所受离心力不同，相对密度较大的砂粒被甩向池壁，在重力作用下沉入砂斗；而较轻的有机物，则在沉砂池中间部分与砂子分离，有机物随出水旋流带出池外。通过调整转速，可以达到最佳的沉砂效果。砂斗内沉砂可以采用空气提升、排沙泵排沙等方式排除，再经过砂水分离达到清洁排沙的标准。旋流式沉砂池(钟氏及比氏)具有占地省、除砂效率高、操作环境好、设备运行可靠等特点，但对水量的变化有较严格的适用范围，对细格栅的运行效果要求较高。其关键设备为国外产品，价格很高，故该池型在国内普及为时尚早。其优缺点如下：优点：1、适应流量变化能力强；2、水头损失小，典型的损失值仅6mm；3、细砂粒去除率高，140（0.104mm）目的细砂也可达73%；4、动能效率高。缺点：1、国外公司的专有产品和设计技术；2、搅拌桨上会缠绕纤维状物体；3、砂斗内砂子因被压实而抽排困难，往往需高压水泵或空气去搅动，空气提升泵往往不能有效抽排砂粒；4、池子本身虽占地小，但由于要求切线方向进水和进水渠直线较长，在池子数多于两个时，配水困难，占地也大。3.4.1钟氏沉砂池采用270°的进出水方式，池体主要由分选区和集砂区两部分构成，其构造特点是在两个分区之间采用斜坡连接。虽然不同的国外公司在此典型结构的基础上开发出了多种多样的变型，但其变化主要集中在斜坡的倾斜度及搅拌桨的型式上，就砂粒的沉降机理来说应当并无多大差别。由于钟氏池的斜坡式设计，使得砂粒的沉降主要依靠重力，砂粒通过斜坡自然滑入集砂坑。在滑入集砂坑之前，在旋转桨片产生的斜向水流作用下将附在砂粒上的有机物分离开。根据有关制造商提供的曲线，其驱动装置的转速和有机物的分离效率之间存在如下关系：但如果看一下驱动装置通常的运行转速范围，就会发现这一曲线并无多大实用价值。小型钟氏池的转速范围为10-15r/min，而中型以上则只有10-12r/min。对于砂粒的去除效率，在最初的介绍中提到的是“50目(0.297mm)以上的去除率＞95%”，但近年来越来越多的此类沉砂池供货商在介绍资料或报价中往往会提到“对d＞0.2mm砂粒的去除率为95%”。这一变化很有可能是针对我国市场的要求，但往往并未提出有说服力的现场测试报告。钟式沉砂池：优点：占地面积小，沉砂效果受水量变化影响很小，砂水分离效果好，分离出的砂子含水率低率，有机物含量少，便于运输。钟氏沉砂池泵吸式旋流沉砂池气提式旋流沉砂池齿轮传动机构（下部向上看）吸砂口结构设计循环工作周期/流程3.4.2比氏沉砂池典型的比氏沉砂池也是由分选区和集砂区两部分构成，其特点是分区之间没有斜坡过度。传统的比氏池也采用与钟氏池类似的270°进出水方式，新一代的比氏池则采用360°直进直出的方式，其水力条件更为改善。从水力条件看，水流在比氏池中呈涡流状态，这一流态大大强化了有机物分离效果。由于没有斜坡，砂粒要落入集砂区必须依靠搅拌桨的作用，在带向池心的过程中颗粒的速度逐渐变大，水流形成螺旋流态，在上升力的作用下密度较小的有机物被剥离并带入水流中，砂粒则由环形槽落入集砂区。整个过程中，砂粒在较长时间内处于桨片的作用下，对有机物分离更为有利。可以看出，与钟氏池相比，比氏池的水力条件更好，而从比氏提供的众多现场测试数据看，50目(0.297mm)以上砂粒的去除率均＞95%，其中绝大多数＞97%，140目(0.105mm)以上的去除率甚至都能达到70%。比氏池特别强调的一个特点是当水量处于小于最大设计水量的任何状态下，其除砂效率都不会降低。3.4.3多尔沉砂池多尔沉砂池上部为方形，底部为圆形，其沉砂机理与平流式沉砂池类似。通常以表面水力负荷为设计参数，采用的池深很浅，通常池深＜0.9m。进水经过整流器均匀分配进入沉砂池，然后通过溢流堰出水。砂粒在中心驱动的刮砂机作用下刮入集砂坑，由螺旋洗砂机排出同时被分离的有机物。多尔沉砂池在国内尚未了解到有用户，有关的资料介绍也并不多。几种沉砂池的比较方案项目平流式沉淀池曝气沉淀池旋流沉砂池沉砂质量清洁清洁清洁沉砂效果一般较好较好浮渣去除不能去除浮渣可去除浮渣及油脂等不能去除浮渣对后续处理工艺氧的贡献无氧气进入后续处理有少量氧气进入后续出理无氧气进入后续处理国内应用实例较多很多很多构筑物占地大大小综合评价一般一般好平流式沉砂池优点：截留无机颗粒较好，工作稳定，构造简单排砂方便。缺点：表面附着15%有机物的沉砂容易发生腐败，增加后续处理难度还需进行洗砂处理。曝气沉砂池优点就是克服了平流式沉砂池的缺点可以把沉砂有机物含量降到10%，缺点：出水的溶解氧含量较高对生物处理的厌氧及缺氧生物处理产生影响旋流沉砂池（竖流式沉砂池）优点：沉砂效率高占地小耗能低运行稳定维护管理方便正逐渐取代前两种4建议意见由于沉砂池处理效果好坏带来的影响通常是较为隐性和需要长期积累才会显现出来的，所以人们在沉砂池的设计上往往缺乏足够的重视。有时为了省事，往往做简单的套用。考虑到我国各地区的差异很大，这种简单的做法显然存在问题，特提出如下建议：①在进行沉砂池池型及工艺参数的选择时，应结合管网及生化系统的情况进行综合考虑。②曝气沉砂池虽然存在一定问题，但其对水量波动的适应性最好，仍然有广泛的应用空间，且工艺上有去除油类、油脂的要求时，该池型是仅有的选择之一。设计时应特别注意曝气强度的控制。③考虑到流量波动对平流式沉砂池除砂效果的影响很大，建议尽量少采用。④旋流式沉砂池具有较多的优点，但采用时应注意：细格栅的栅条间距应尽可能的小，以防止布条等物体的带入对叶轮及提砂装置造成影响。由于水力停留时间短，对流速又有较严格的要求，对于后续无初沉池的处理工艺及水量波动大的场合需慎重应用；设计时水力布置尤为重要，并应注意流速的控制。⑤从池型来看，比氏沉砂池的处理效果优于钟氏池，且造价上两者差别不大，而对于小型的旋流式沉砂池建议采用钢制池体，可以节省造价。从目前国内已投运的旋流式沉砂池来看，引进设备占大多数，这导致了造价的偏高。近年来已有一些国内厂家仿造出了钟氏池，虽然其造价大幅降低，但由于通常仅为简单仿造，并未开发自己的水力模型，实际效果如何还不确定。建议国内有实力的生产厂家对此类沉砂池作系统的研究和系列化的开发，产品应该会有广泛的应用前景。⑥建议运行中的污水处理厂能够对沉砂池的有关运行参数、处理效率进行现场测试，积累第一手资料，以促进国内沉砂池技术的发展，也可为污水厂将来的改、扩建积累经验。