林俊杰

[摘? ? 要]通過(guò)對(duì)某污水處理廠沉淀池處理效果和運(yùn)行管理的調(diào)查，探討了污水處理廠沉淀池除砂效果差、設(shè)備故障率高等問(wèn)題。對(duì)沉砂池除砂系統(tǒng)進(jìn)行分析、改造、研究，明確其除砂效率及其對(duì)后續(xù)結(jié)構(gòu)的影響，探索除砂機(jī)理，積累經(jīng)驗(yàn)，用于沉砂池的穩(wěn)定高效運(yùn)行。

[關(guān)鍵詞]污水處理廠;沉淀池;除砂效率;技術(shù)改造

[中圖分類號(hào)]X703 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）12–00–02

Transformation of Sand Removal System in Grit Chamber of Sewage Treatment Plant

Lin Jun-jie

[Abstract]Through the investigation of the treatment effect and operation management of the sedimentation tank of a sewage treatment plant， the problems of poor sand removal effect and high equipment failure rate of the sedimentation tank of the sewage treatment plant are discussed. Analyze， transform and study the sand removal system of the grit chamber， clarify its sand removal efficiency and its impact on the subsequent structure， explore the sand removal mechanism and accumulate experience for the stable and efficient operation of the grit chamber.

[Keywords]sewage treatment plant; sedimentation tank; sand removal efficiency; technical transformation

1 泥沙沉積成因及影響

沉淀池是城市污水處理廠的主要預(yù)處理結(jié)構(gòu)。它的作用是利用物理原理，去除污水中相對(duì)密度大于2.65的無(wú)機(jī)顆粒（如泥沙、煤渣、礫石等），保障后續(xù)處理設(shè)備的正常運(yùn)行。不同粒徑的顆粒的分選去除能力不同。沉砂機(jī)是依靠沙子的重力和葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的循環(huán)水流的共同作用，將沙子和有機(jī)物沉淀出來(lái)。隨著城市污水處理要求不斷提高，污泥處理系統(tǒng)中的含砂量上升。同時(shí)除砂特性隨流速發(fā)生變化，但葉輪只能保持相對(duì)穩(wěn)定的速度，導(dǎo)致沉淀池?zé)o法始終保持高效運(yùn)行，這些問(wèn)題亟待解決。

2 沉砂設(shè)計(jì)原理和存在問(wèn)題

根據(jù)室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范，沉砂池設(shè)計(jì)用于去除相對(duì)密度為2.65，粒徑大于0.2 mm的圓砂。去除的砂子含水量約60 %，密度約1500 kg/m3。即假定固體顆粒以自由方式沉淀，在沉淀過(guò)程中顆粒大小、質(zhì)量和沉降速率保持不變。

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，顆粒密度小于0.2 mm的污水的粒徑是不同的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，粒徑小于0.15 mm的沙子占50 %～80 %，沙子的相對(duì)密度也與理想的2.65不同。同時(shí)，在砂的實(shí)際沉降過(guò)程中，由于砂面的幾何形狀，砂油、有機(jī)物等角狀或扁平大顆粒的沉降速度遠(yuǎn)低于圓形顆粒和懸浮顆粒?；蛘咚鼈?cè)诔两岛湍Y(jié)過(guò)程中相互碰撞，使粒徑、質(zhì)量和速度發(fā)生變化，形成絮凝并呈現(xiàn)沉降特性。因此，沉淀池最佳的設(shè)計(jì)方法，是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析污水中含砂量的粒度分布和相應(yīng)的沉淀速率，然后根據(jù)所需的除砂效率確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)。

此外，不同的排水系統(tǒng)也會(huì)影響沉淀池的除砂效果。室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，沉淀池按合流設(shè)計(jì)流量計(jì)算。但對(duì)于合流排水系統(tǒng)管道，在降雨開始時(shí)，沉積在管道底部的泥沙會(huì)以懸浮物的形式被沖刷到污水廠，排入污水系統(tǒng)中，污水含砂量將達(dá)到平時(shí)的20～40倍。因此，設(shè)計(jì)規(guī)范只考慮了污水的增加，并沒有明確考慮原有沉砂量。這使得沉砂池?zé)o法對(duì)此進(jìn)行應(yīng)對(duì)，導(dǎo)致大量沉砂進(jìn)入后續(xù)的污水處理結(jié)構(gòu)。

當(dāng)?shù)赝寥捞匦?、工商業(yè)廢水排放特點(diǎn)、管道特性和使用壽命不同，也會(huì)導(dǎo)致廢水中顆粒有機(jī)物含量不同。在沉淀過(guò)程中，如果水分離裝置和螺旋輸送設(shè)備的效率低，有機(jī)物和沙子可能會(huì)在污水處理系統(tǒng)中被排除或沉淀。沉淀池排出的沙子粘附產(chǎn)生的有機(jī)顆粒會(huì)導(dǎo)致沙臭、蚊蟲滋生等環(huán)境問(wèn)題，對(duì)后續(xù)的運(yùn)輸和填埋處理產(chǎn)生負(fù)面影響。

3 某污水處理廠除砂系統(tǒng)改造

3.1 項(xiàng)目背景

某污水廠除砂系統(tǒng)運(yùn)行多年，其排砂方式采用砂泵排砂，部分設(shè)備已出現(xiàn)老化，擬進(jìn)行改造。其主要情況見表1，其現(xiàn)場(chǎng)照片見圖1。

3.2 改造方案

3.2.1 排砂方式

旋流沉砂池的常見的排砂方式有兩種：①用砂泵直接從砂斗底部經(jīng)排砂管道排除;②用空氣提升器，在槳葉分離機(jī)的傳動(dòng)軸中插入空氣管道，通過(guò)氣壓將砂斗底部的砂排除。兩種排砂方式的對(duì)比見表2。

因氣提排砂有效解決目前排砂管容易堵塞和減少砂泵葉輪磨損造成的維修成本，故本次改造擬采用氣提式排砂。

3.2.2 風(fēng)機(jī)選型核算

處理砂水氣混合液中，按含砂量3 %計(jì)算，則砂水氣混合液每天流量為：Qd=Qh/0.03=3.9/0.03=130 m3/d。氣提工作按24次/d，20 min/次計(jì)（每天工作24次，每次工作時(shí)間20 min），則砂水氣混合液每小時(shí)流量Qs=Qd/t=130/（24×20/60）=16.25 m3/h。即提砂量約為4.5 L/S;取沉砂池最小淹沒水深h1=4.2 m。

空氣量計(jì)算：根據(jù)《排水工程》下冊(cè)第四版，氣提所需氣量計(jì)算公式如下：

注：安全系數(shù)Ku，取1.2;氣提效率系數(shù)η，一般為0.35～0.45，本計(jì)算取η=0.4;空氣用量Qu（m3/h）;每臺(tái)提升器設(shè)計(jì)流量Qs（m3/h）

=16.25 m3/h;計(jì)算得：Qu=58.46 m3/h。

風(fēng)壓計(jì)算：參照風(fēng)壓需大于淹沒深度h1+3（kPa）以上。則所需風(fēng)壓為：4.2×10+3=45 kPa。故風(fēng)機(jī)所需風(fēng)壓為不小于45 kPa，風(fēng)機(jī)選型參數(shù)見表3。

3.2.3 旋流除砂器選型

旋流除砂器轉(zhuǎn)速：按照《城市污水廠處理設(shè)施設(shè)計(jì)計(jì)算》手冊(cè)中關(guān)于旋流沉砂池進(jìn)水水渠的進(jìn)水渠道流速的規(guī)范，進(jìn)水水渠流速宜為0.4～0.9 m/s，而出水渠道寬度為進(jìn)水渠道的2倍，即出水渠道流速為進(jìn)水渠道流速的一半，宜為0.2～0.45 m/s，為保持池體內(nèi)水流具有0.3～0.4 m/s的平均流速，宜采用15 rpm轉(zhuǎn)速的旋流除砂器。

流量：旋流除砂器處理水量為二期最大日處理量130 000 m3/d，

5 417 m3/h，按每1 m3污水含砂量0.03 L計(jì)算。（《室外給排水設(shè)計(jì)規(guī)范GB50014-2006》）。每天處理砂量Qh=130000×0.03/1000=3.9 m3，故旋流除砂器選型參數(shù)見表4。

3.2.4 砂水分離器選型

因現(xiàn)改造砂水分離器處理量需滿足兩期工程的砂量，故所需處理砂量為：Qd=130 000×2×0.03/1 000=7.8 m3/d=0.325 m3/h。工作按24次/d，20 min/次計(jì)（每天工作24次，每次工作時(shí)間20 min）。

則其處理砂量為：0.325/（20/60）=0.975 m3/h。砂水分離器選型參數(shù)為處理量：0.975 m3/h。

考慮到二期除砂系統(tǒng)沉砂池沉砂效果的不確定性，本次改造項(xiàng)目擬分兩個(gè)階段進(jìn)行，先對(duì)提砂方式進(jìn)行改造，改造后試驗(yàn)除砂效果;若砂量沒有明顯增多，則再對(duì)沉砂池的旋流除砂器進(jìn)行改造，以優(yōu)化沉砂效果。

4 常見沉砂池設(shè)計(jì)改進(jìn)建議

4.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的改進(jìn)

由以上分析可知，污水處理廠實(shí)際運(yùn)行中砂的比重和沉降砂中的粒度分布與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)值有較大差異。為保證沉砂池的除砂效果，建議增加沉砂池系統(tǒng)的水力停留時(shí)間或表面載荷。水平流沉淀池、曝氣沉淀池的停留時(shí)間和表面負(fù)荷增加50 %～100 %。具體數(shù)值可根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整。雖然時(shí)間接近兩倍，但與后續(xù)的污水沉淀（2～4 h）和生物處理系統(tǒng)（8～16 h）的時(shí)間相比可以忽略不計(jì)，效果卻相當(dāng)可觀。此外，在沉砂系統(tǒng)前可采用細(xì)格柵，去除大砂粒，減少對(duì)后續(xù)污水生物處理系統(tǒng)和污泥處理處置系統(tǒng)的影響。

4.2 砂水分離系統(tǒng)的改進(jìn)

現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定橫流式沉淀池有最小流量，這是在避免沉淀池內(nèi)有機(jī)顆粒沉淀后，考慮減少后續(xù)污水處理的碳源。因此，集砂、收集、洗砂和脫水系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)為一個(gè)整體系統(tǒng)。沉砂池應(yīng)配備洗砂設(shè)備，去除有機(jī)顆粒，增加后續(xù)有機(jī)碳源。生物處理后的砂面附著物回流去除砂水分離器采用高效輸送設(shè)備，避免細(xì)砂回流污水處理系統(tǒng)。同時(shí)沉淀池經(jīng)過(guò)沉淀脫水后有機(jī)成分和含水量降低，有利于后續(xù)沉淀或直接填埋。

4.3 污泥處理前的沉砂系統(tǒng)

對(duì)于不能改造沉砂池系統(tǒng)的污水處理廠，建議在污泥處理系統(tǒng)前增加沉砂池設(shè)施。由于砂子的沉積逐漸形成，一旦堆積影響污泥結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)行，不管通過(guò)停產(chǎn)人工清砂，還是使用備用的污泥處理設(shè)施，都對(duì)污泥處理系統(tǒng)的投資影響很大。對(duì)此，污泥處理系統(tǒng)的前沉系統(tǒng)可采用專用的離心分離、沉淀、脫水設(shè)備。目前國(guó)外已在工程實(shí)踐中應(yīng)用了相應(yīng)的設(shè)備，可截留粒徑大于0.075 mm的細(xì)砂，保證砂中有機(jī)物含量小于15 %（重量比）。

5 總結(jié)

通過(guò)改進(jìn)沉淀池除砂系統(tǒng)，延長(zhǎng)了沉淀池的使用周期，避免了頻繁停機(jī)，降低了人工維護(hù)成本。改造后的沉淀池處理效果有了很大提高，提高了除砂效率，對(duì)不同粒徑的砂和有機(jī)物有明顯的分離效果，增加了生化池活性污泥中有機(jī)組分的比例，為微生物提供了更適宜的生存環(huán)境，有利于提高處理效果生物系統(tǒng)的能力。

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