禹海斌 甘雨虹

(太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

易被忽視的城市污水處理設(shè)施曝氣沉砂池

禹海斌 甘雨虹

(太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

介紹了曝氣沉砂池的類型、作用、設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合曝氣沉砂池的工作原理，對(duì)沉砂池的構(gòu)造、曝氣設(shè)備的選擇、沉砂池的設(shè)計(jì)參數(shù)等進(jìn)行了研究，并總結(jié)了采用曝氣沉砂池的注意事項(xiàng)，以促使城市污水處理工藝的出水效果達(dá)到最佳。

沉砂池，曝氣，參數(shù)，設(shè)計(jì)，計(jì)算

沉砂池是城市污水處理廠工藝設(shè)計(jì)中不可缺少的一個(gè)一級(jí)污水處理單元，沉砂池的處理效果好壞，帶來(lái)的影響通常是較為隱性的，需要長(zhǎng)期積累才會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)的，所以工程師們?cè)诔鞘形鬯幚韽S工藝選擇及設(shè)計(jì)中往往對(duì)沉砂池的設(shè)計(jì)缺乏足夠的重視，甚至有時(shí)為了省事，干脆就簡(jiǎn)單的套用其他地區(qū)的設(shè)計(jì)圖紙，未考慮到我國(guó)各地區(qū)市政管網(wǎng)普及情況和城市污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)及水量差異，存在的問(wèn)題和帶來(lái)的結(jié)果自然是顯而易見(jiàn)的，對(duì)后續(xù)的城市污水處理廠處理水質(zhì)及設(shè)備等均將帶來(lái)不可估量的后果，污水中的砂子對(duì)處理工藝中所用設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)磨損，設(shè)備的不正常運(yùn)行導(dǎo)致污水處理效果達(dá)不到設(shè)計(jì)的結(jié)果，可見(jiàn)沉砂池其實(shí)是城市污水處理廠工藝設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要的預(yù)處理設(shè)施，不可小瞧、忽視，反而要仔細(xì)認(rèn)真的計(jì)算和設(shè)計(jì)，以保證后續(xù)污水處理單元的良好運(yùn)行效果。

1 沉砂池介紹

1.1 沉砂池的分類

按照池型可分為平流式、豎流式、旋流式及曝氣沉砂池四種；按池內(nèi)水流方向可分為平流式、豎流式、旋流式三種。

1.2 沉砂池的位置

根據(jù)國(guó)內(nèi)城市外污水處理廠運(yùn)行處理效果和管理經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合城市污水處理工藝?yán)碚撝R(shí)，沉砂池應(yīng)該設(shè)置在格柵后，初沉池或調(diào)節(jié)池前。

1.3 沉砂池的作用

1)去除污水中砂子、煤渣、殘?jiān)?包括蛋殼、骨屑、食物殘?jiān)?、石子等密度較大的無(wú)機(jī)顆粒，以免這些雜質(zhì)影響后續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運(yùn)行；

2)防止活動(dòng)的機(jī)械設(shè)備受到磨損而帶來(lái)不正常的損耗，影響城市處理廠的正常運(yùn)行；

3)減少在管道、渠道和導(dǎo)管中形成重沉積物，長(zhǎng)期淤積堵塞管道，影響城市處理廠的正常運(yùn)行；

4)減少后續(xù)池由于砂過(guò)分累積引起的清理頻率，影響城市處理廠的正常運(yùn)行。

1.4 沉砂池的設(shè)計(jì)參數(shù)

沉砂池設(shè)計(jì)去除粒徑大于0.2 mm以上的顆粒；沉砂池設(shè)計(jì)個(gè)數(shù)或分格數(shù)不應(yīng)少于2個(gè)，并宜按并聯(lián)設(shè)置；污水的沉砂量可按每10 000 m3污水沉砂0.3 m3計(jì)算，其含水率為60%；砂斗容積應(yīng)按不大于2 d的沉沙量計(jì)算，斗壁和水平面的傾角不應(yīng)小于55°；排砂管直徑不應(yīng)小于200 mm；沉砂池超高不宜小于0.3 m。

2 沉砂池的應(yīng)用

根據(jù)沉砂池的一般規(guī)定知道了沉砂池設(shè)計(jì)中應(yīng)該滿足的基本情況，下面是水流及污水處理工藝對(duì)沉砂池的要求和應(yīng)用。

1)流速波動(dòng)大時(shí)，不宜采用平流式沉砂池，對(duì)除砂效果的影響很大，甚至起不到除砂的效果；2)用地緊張或征地費(fèi)用高，排水體制為分流制，后續(xù)設(shè)置厭氧池需脫氮、除磷的污水處理工藝，宜采用旋流沉砂池，機(jī)械脫砂；3)對(duì)水量波動(dòng)較大，工藝上有去除油脂及油要求的污水處理系統(tǒng)，宜采用曝氣沉砂池，它可以通過(guò)調(diào)節(jié)曝氣量，控制污水旋流速度，使除砂效果較穩(wěn)定，受流量變化影響小，同時(shí)還對(duì)污水起預(yù)曝氣作用。

結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活中居民生活排污情況，污水中含有大量的油和油脂及雜質(zhì)，在城市污水處理廠預(yù)處理中不僅要去除雜質(zhì)，而且去除油和油脂也是工藝設(shè)計(jì)中要求的一部分，故在當(dāng)今的城市污水處理工藝中設(shè)置沉砂池是必要的，且應(yīng)以采用曝氣沉砂池為主流，這為后續(xù)的污水處理工藝設(shè)計(jì)將起到積極的預(yù)處理作用。

3 曝氣沉砂池設(shè)計(jì)及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

3.1 曝氣沉砂池的工作原理

通過(guò)在曝氣沉砂池內(nèi)一側(cè)鼓入空氣，會(huì)使水流產(chǎn)生垂直于水平軸的豎向流，其與在沉砂池內(nèi)的水平流疊加產(chǎn)生螺旋流，這使污水中的有機(jī)顆粒經(jīng)常處于懸浮狀態(tài)，砂礫互相摩擦并受曝氣的剪切力，能夠去除沙粒上附著的有機(jī)污染物，有利于取得較為純凈的砂礫。由于旋流產(chǎn)生的離心力，把比重較大的無(wú)機(jī)物顆粒甩向外層而下沉，比重較輕的有機(jī)物旋至水流的中心部位隨水帶走，油類和浮渣等比重較輕的雜質(zhì)在氣體的作用下上浮于水面被刮渣機(jī)刮除至撇渣斗后外運(yùn)。沙粒在重力和旋流力的綜合作用下沉到池底與水分離，后進(jìn)入砂水分離間進(jìn)行砂水分離。

從曝氣沉砂池中排出的砂中有機(jī)物只占5%左右，一般擱置一段時(shí)間也不會(huì)腐敗。

在曝氣作用下，污水在池內(nèi)呈螺旋狀前進(jìn)的流動(dòng)形式，水流旋轉(zhuǎn)速度在池過(guò)水?dāng)嗝嬷行奶幾钚?，而四周最大，這就是能夠選擇性脫砂的主要原因。

曝氣沉砂池水力流態(tài)及工作原理示意圖見(jiàn)圖1，圖2。

3.2 曝氣沉砂池的構(gòu)造

曝氣沉砂池是一個(gè)長(zhǎng)條形的渠道式構(gòu)筑物，在設(shè)計(jì)中應(yīng)以盡可能不產(chǎn)生偏流和死角為原則，在砂槽上方宜安裝縱向擋板，進(jìn)出水口布置應(yīng)防止產(chǎn)生短流。

在渠道一側(cè)的整個(gè)長(zhǎng)度上，距池底60 cm～90 cm處設(shè)置曝氣裝置。

在池底設(shè)置沉砂斗，池底有i=0.01～0.05的坡度，以保證砂粒滑入砂槽內(nèi)。

為了使曝氣能起到內(nèi)回流的作用，在必要時(shí)可在設(shè)置曝氣裝置一側(cè)的墻壁上裝設(shè)擋板。

3.3 曝氣沉砂池中曝氣的作用

曝氣有利于使污水中的污染物相互摩擦，使顆粒表面有機(jī)物容易去除，有利于顆?；旌闲跄恋怼?/p>

此處曝氣在整個(gè)城市污水處理工藝中起到了預(yù)曝氣、預(yù)充氧的作用，也起到防止污水腐化的作用。

3.4 曝氣沉砂池曝氣設(shè)備選擇

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及反復(fù)計(jì)算復(fù)核，得出結(jié)論為曝氣沉砂池的曝氣設(shè)備宜采用穿孔曝氣裝置，并設(shè)有空氣氣量調(diào)節(jié)閥門，孔徑為2.5 mm～6.0 mm，曝氣管距池底高度約0.6 m～0.9 m。

3.5 曝氣沉砂池的設(shè)計(jì)參數(shù)

在滿足沉砂池一般規(guī)定外，曝氣沉砂池還應(yīng)滿足的具體規(guī)定主要有：旋流速度應(yīng)保持在0.25 m/s～0.3 m/s；水平流速為0.06 m/s～0.12 m/s；最大流量時(shí)停留時(shí)間為1 min～3 min；有效水深2 m～3 m；寬深比一般采用1～2；長(zhǎng)寬比不大于5；污水的曝氣量為0.2 m3/m3空氣。

3.6 曝氣沉砂池的計(jì)算過(guò)程

池子總有效容積(m3)：V=Qmax×t×60；

水流斷面面積(m2)(設(shè)v1=0.1 m/s)：A=Qmax/v1；

池總寬度(m)：B=A/h2；

每格池子寬度(m)(設(shè)n≥2 格)：b=B/n；

池長(zhǎng)(m)：L=V/A；

每小時(shí)所需空氣量(m3/h)：q=d×Qmax×3 600；

沉砂斗所需容積(m3)：V砂=(Qmax×d×T×86 400)/(k2×1 000 000)；

沉砂斗高度(m)：h3=h3′+0.06×(L-2b2-b′)；

沉砂斗上下口寬度關(guān)系：b2=2h3′/tg60°+b1；

沉砂斗的容積:V1=1/3×h3′×(S1+S2+(S1×S2)0.5)；

池總高度(m)：h=h1(超高)+h2(有效水深)+h3(沉砂斗高度)；

核算最小流速(m/s)：Vmin=Qmin/(n1×Amin)。

其中，Qmax為最大設(shè)計(jì)流量；t為最大設(shè)計(jì)流量時(shí)的流行時(shí)間，一般設(shè)為t=2 min～4 min；v1為最大設(shè)計(jì)流量時(shí)的水平流速，一般為0.06 m/s～0.12 m/s；h2為設(shè)計(jì)有效水深，一般設(shè)為h2=2 m～3 m；d為每立方米污水所需空氣量；k2為生活污水流量的總變化系數(shù)；T為排砂時(shí)間間隔；n為設(shè)計(jì)分格數(shù)；n1為最小流量時(shí)工作的沉砂池的數(shù)目；Qmin為最小設(shè)計(jì)流量；Amin為最小流量時(shí)水流斷面面積；h2為有效水深；h3′為沉砂斗高度；h1為設(shè)計(jì)超高；S1，S2分別為沉砂斗上下口的面積；b1為沉砂斗底寬；b2為沉砂斗上口寬；斗壁與水平面的傾角60°。

4 采用曝氣沉砂池的注意事項(xiàng)

1)根據(jù)污水處理廠實(shí)際運(yùn)行效果及通過(guò)計(jì)算、反復(fù)驗(yàn)算得出經(jīng)驗(yàn)，一般日處理量8萬(wàn)t以上的城市污水處理廠宜采用曝氣沉砂池設(shè)施；2)對(duì)于要求生物除磷的城市污水處理廠工藝一般不采用曝氣沉砂池，而采用旋流沉砂池，利用機(jī)械設(shè)備，控制水流，加速沉砂；3)由于目前城市市政管道不完善，雨、污水分流不徹底，城市污水處理廠進(jìn)水水量不穩(wěn)定，且遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值，工藝設(shè)計(jì)中配置的鼓風(fēng)機(jī)供氣量過(guò)大，且無(wú)法調(diào)節(jié)，導(dǎo)致進(jìn)水中含氧量過(guò)高，使后續(xù)反硝化段、厭氧段、缺氧段的DO(溶解氧量)值高，破壞了各段的處理效果，影響出水總磷和總氮指標(biāo)，達(dá)不到設(shè)計(jì)的指標(biāo)，并導(dǎo)致運(yùn)行成本增加，因此根據(jù)城市污水處理廠實(shí)際工藝運(yùn)行、生產(chǎn)情況必須按比例降低曝氣沉砂池的供氣量，即降低進(jìn)入污水中的含氧量，保證后續(xù)各段處理單元的處理效果；4)在曝氣沉砂池中要去除直徑大于0.2 mm的顆粒，通常需要污水中顆粒維持0.3 m/s的旋轉(zhuǎn)速度，在池中至少旋轉(zhuǎn)3圈。在實(shí)際運(yùn)行中可以通過(guò)調(diào)整曝氣強(qiáng)度來(lái)改變旋流速度和旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，保證達(dá)到穩(wěn)定的除砂效率。當(dāng)進(jìn)入曝氣沉砂池的污水量增大時(shí)，水平流速也會(huì)加大，此時(shí)可通過(guò)提高曝氣強(qiáng)度來(lái)提高旋流速度，以達(dá)到維持旋轉(zhuǎn)圈數(shù)不變的效果；5)曝氣沉砂池的曝氣作用通常會(huì)使池面上積聚一些有機(jī)浮渣及無(wú)機(jī)漂浮物，要及時(shí)清除，以免重新進(jìn)入水中隨水流進(jìn)入后續(xù)污水處理系統(tǒng)，增加后續(xù)城市處理設(shè)施的運(yùn)行負(fù)荷。

[1] 張中和.給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)(第5冊(cè))[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

[2] 互聯(lián)網(wǎng)關(guān)于沉砂池設(shè)計(jì)的資料[Z].

[3] 各類關(guān)于沉砂池設(shè)計(jì)及應(yīng)用的圖書[Z].

[4] 設(shè)備廠家關(guān)于沉砂池設(shè)計(jì)運(yùn)行的建議[Z].

Easily overlooked aeration grit chamber of urban sewage treatment construction

YU Hai-bin GAN Yu-hong

(TaiyuanMunicipalEngineeringDesignResearchInstitute,Taiyuan030002,China)

This paper introduced the types, role, design parameters of aeration grit chamber, combining with the work principle of aeration grit chamber, researched the grit chamber structure, aeration equipment selection, grit chamber design parameters and so on, and summarized the matters needing attention in using aeration grit chamber, made the effluent effect of urban sewage treatment process to achieve the best.

grit chamber, aeration, parameter, design, calculation

1009-6825(2014)35-0148-02

2014-10-09

禹海斌(1976- )，男，工程師; 甘雨虹(1978- )，女，工程師

X703

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