高紅英，張博

城市污水預處理方案改良設計＊

高紅英1，張博2

（1.陜西工業(yè)職業(yè)技術學院，陜西 咸陽 712000；2.廣大水務（咸陽）有限公司，陜西 咸陽 712000）

首先分析了城市污水處理過程中的工藝，并針對目前城市污水處理的初級處理段工藝進行分析和改良設計。提出預處理段的工藝改良系統(tǒng)總體設計思路，并對其中的抓斗打撈系統(tǒng)和泥砂分離系統(tǒng)進行設計，以提高城市污水進入處理廠的初級處理功能，實現(xiàn)對體積較大的污染物有效控制和初步分離泥沙等污物的作用。該工藝改良不僅保護各種設備的功能和正常運行，更重要的是可保證持續(xù)地處理城市污水，提高污水處理的能力和效率。

污水；預處理系統(tǒng)；工藝改良；污水處理效率

城市污水處理是環(huán)境保護的重要一環(huán)，目前中國的城市污水處理技術整體上已有了很大的進步，但還落后于中國城市發(fā)展的水平。近些年來，雖然研究、開發(fā)了一些設備和工藝，但總體上主要是借鑒和引進國外的一些先進工藝、經(jīng)驗和設備。自主設計城市污水處理設備，提高污水處理效率和標準，對提高城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量具有保障作用。

1 城市污水預處理工藝改良的必要性

中國城市污水一般通過收集進入污水處理廠進行處理，具體可分為一、二、三級處理。一級處理，又稱預處理。處理的對象是污水中的漂浮物和懸浮物。二級處理，也是生化處理，是指去除污水中污染物，使其各項指標達到要求，比如活性污泥法、生物膜法等。三級處理，又稱深度處理，彌補二級處理的欠缺，可使用化學和物理化學以及生物方法，比如中和法、人工濕地法等。

城市污水一級處理系統(tǒng)主要由格柵、篩網(wǎng)、沉砂池、沉淀池等組成。格柵和沉砂池也常作為城市污水的預處理系統(tǒng)。城市污水常挾帶大量懸浮物和漂浮物，通過一級處理系統(tǒng)可以攔截和沉淀體積和密度較大的污染物，以保護后續(xù)處理設施，保證處理出水效果達標。因此，是污水處理工藝必不可少的組成部分。目前大多數(shù)污水處理的預處理階段都采用格柵、沉砂池、初次沉淀池，傳統(tǒng)預處理工藝流程如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)預處理工藝流程

由于污水廠配套管網(wǎng)為合流制管網(wǎng)并且上游污水收集范圍內(nèi)道路施工較多，造成進砂較多，且均為細砂，污水依次進入粗格柵、細格柵，經(jīng)提升泵站提升后進入二、三階段深度處理。粗格柵設計進水渠道為5條，渠寬為1.1 m，前水深為1 m，粗格柵正常運行為4用1備，粗格柵進水渠道的最大水平流速約為0.6 m/s。粗格柵與細格柵采用渠道連通，渠道寬16 m，水平流速為0.17 m/s。由于流速突然變慢，導致細少聚集在細格前，造成泥沙沉積問題。大量的泥沙沉積會導致設備細格柵和設備受到堵塞而影響設備正常運轉(zhuǎn)，因此應定期清理和維修設備，這樣會影響污水處理的連續(xù)性和排污排放達標要求。

因此，研究和改良原有的預處理工藝可以提高污水處理的效率和污水排放標準，并能保護第二、三級處理設備。預處理階段的工藝改良和機械分離除渣系統(tǒng)的研究是具有現(xiàn)實意義的。

2 污水預處理工藝改良設計

由于環(huán)境的限制，污水處理廠不能按照正規(guī)設計院的設計要求，在預處理階段建設均流池、初沉池。所以針對咸陽市污水中懸浮物或漂浮物較大較多的具體情況改造預處理工藝，設計沉砂井，對大型漂浮物進行初級攔截，設計沙水分離器，實現(xiàn)對泥沙的機械吸附和自動分離。擬改造的預處理工藝如圖2所示。

圖2 污水預處理段工藝改良方案

2.1 污水預處理系統(tǒng)設計方案

系統(tǒng)設計思路：一般城市污水的預處理方式是污水進入處理廠后先在沉砂池進行重力分離，然后采用篩濾截留法進行篩網(wǎng)、格柵過濾后進行二級處理，但是預處理過程中沉淀在池底的泥砂一般通過排空污水后打撈，格柵板固定在出水口。這樣的工藝設計會影響污水處理的效率，改良的方法是在預處理環(huán)節(jié)分兩個工藝，即打撈較大的沉積物、漂浮物和抽取較小的沉積泥沙。

基于此，預處理系統(tǒng)對沉砂池結(jié)構進行改良，在沉沙池設計機械打撈機構和對較小泥砂進行抽吸和分離的系統(tǒng)。新的預處理系統(tǒng)設計如圖3所示。

圖3 新的預處理系統(tǒng)設計示意圖

設計參數(shù)：沉砂井設計流量max＝2.66 m3/s，沉砂井長14 m，池寬6 m，最大有效水深2.6 m，水平流速max＝ 0.17 m/s，停留時間82 s。

沉砂井結(jié)構設計改良思路：在底部設計兩個下沉池，通過兩個不同位置的沉淀池可以對不同大小的雜物和沉砂進行分離，抓斗打撈系統(tǒng)可以對較大的沉淀物進行先期打撈，而橋式吸沙泵系統(tǒng)可以實現(xiàn)對較小泥沙的抽吸。沉砂池底部結(jié)構如圖4所示。

圖4 沉砂池底部結(jié)構

2.2 漂浮物打撈系統(tǒng)設計

打撈系統(tǒng)如圖5所示。打撈系統(tǒng)由工字鋼吊車軌道、鋼繩、電葫蘆和抓斗組成。電葫蘆在工字梁上可以移動，當電機運動時，可以實現(xiàn)對抓斗的上下、前后移動，另外抓斗打撈時通過鋼繩可以控制抓斗的張開，實現(xiàn)打撈沉淀物的功能。這一功能是對進入沉砂池的污水進行第一階段的處理，將沉淀在池底T形槽的較大沉積物進行打撈。

1—抓斗；4—電葫蘆；5—工字鋼吊車軌道。

2.3 泥砂分離系統(tǒng)設計

泥沙分離是污水在經(jīng)過初級沉淀物打撈后，進入第二階段的預處理工藝流程。在沉沙井出水口附近設計第二個T形槽，當污水流到T形槽后較細的泥沙則沉淀在此槽內(nèi)。為了將此段沉淀泥沙進行清理和排除，設計抽泥砂裝置。泥砂抽吸裝置包括潛水泵、吸砂管、可移動吸砂橋架和砂水分離器。由潛水泵將沉淀的泥沙抽到吸砂管，吸砂管和潛水泵通過可移動架控制泵和吸管的位置，吸砂管將泥沙排到泥沙分離器后進行分離，將泥沙與水分離后，水回到沉沙井，泥沙排出。泥沙分離器結(jié)構如圖6所示。

圖6 泥沙分離器

泥砂分離器的組成及作用：吸砂泵吸入的砂水混合液通過吸砂管道排到泥砂分離器的三角池內(nèi)，池底傾斜設置一U形鋼槽，鋼槽內(nèi)放置無軸螺旋，無軸螺旋在電機帶動下旋轉(zhuǎn)，可將沉在池底的泥沙被螺旋形面旋轉(zhuǎn)到上方的泥砂出口，而池內(nèi)的水經(jīng)回流管回到沉砂井，最后污水通過啟閉式格柵閘欄板流出，進人后續(xù)二級和三級處理環(huán)節(jié)。

3 系統(tǒng)方案實施預期效果

經(jīng)過對進入沉砂池內(nèi)污水的漂浮物、沉淀物打撈和較小泥砂的抽吸及分離，實現(xiàn)了污水進入處理廠的預處理，這種預處理有效控制了雨水、生活污水以及因極端天氣導致的大雨匯入城市污水處理廠后出現(xiàn)的大量漂浮物、泥砂等對格柵燈設備的損壞，同時也提高了污水處理的效果和效率。按咸陽城市污水處理廠的每日最大污水處理量2 000 m3/d計算，改良前每年因修理設備的經(jīng)費和因停產(chǎn)耽誤處理的污水會直接排入河流，造成城市污水排放不符合國家標準要求。預處理工藝和設備的改良提高了預處理段的除渣能力，達到污水預處理階段的泥砂、漂浮物和懸浮物的有效分離和控制，這樣不僅可以保護后續(xù)處理設備，也可以節(jié)約對沉淀物的處理成本，縮短了后期的生化處理所需的資源和時間，提高了污水處理的效率，將為城市污水處理公司創(chuàng)造經(jīng)濟效益，也為咸陽城市生態(tài)環(huán)境保護創(chuàng)造社會效益。

高紅英（1967—），女，陜西禮泉人，副教授，主要研究方向為機械設計與制造、工程圖學與CAD。

咸陽市2018科學技術研究計劃項目“咸陽市城市污水與處理工藝改良設計”（編號：2018k02-18）

X703

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.23.009

2095－6835（2019）23－0024－02

〔編輯：嚴麗琴〕