禹海斌 甘雨虹

(太原市市政工程設(shè)計研究院，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)計研究院，山西 太原 030002)

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

沉砂池，曝氣，參數(shù)，設(shè)計，計算

沉砂池是城市污水處理廠工藝設(shè)計中不可缺少的一個一級污水處理單元，沉砂池的處理效果好壞，帶來的影響通常是較為隱性的，需要長期積累才會顯現(xiàn)出來的，所以工程師們在城市污水處理廠工藝選擇及設(shè)計中往往對沉砂池的設(shè)計缺乏足夠的重視，甚至有時為了省事，干脆就簡單的套用其他地區(qū)的設(shè)計圖紙，未考慮到我國各地區(qū)市政管網(wǎng)普及情況和城市污水處理廠進水水質(zhì)及水量差異，存在的問題和帶來的結(jié)果自然是顯而易見的，對后續(xù)的城市污水處理廠處理水質(zhì)及設(shè)備等均將帶來不可估量的后果，污水中的砂子對處理工藝中所用設(shè)備的運轉(zhuǎn)帶來磨損，設(shè)備的不正常運行導(dǎo)致污水處理效果達不到設(shè)計的結(jié)果，可見沉砂池其實是城市污水處理廠工藝設(shè)計中的一個重要的預(yù)處理設(shè)施，不可小瞧、忽視，反而要仔細認真的計算和設(shè)計，以保證后續(xù)污水處理單元的良好運行效果。

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)國內(nèi)城市外污水處理廠運行處理效果和管理經(jīng)驗，結(jié)合城市污水處理工藝理論知識，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、殘渣粒(包括蛋殼、骨屑、食物殘渣等)、石子等密度較大的無機顆粒，以免這些雜質(zhì)影響后續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運行；

2)防止活動的機械設(shè)備受到磨損而帶來不正常的損耗，影響城市處理廠的正常運行；

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

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

1.4 沉砂池的設(shè)計參數(shù)

沉砂池設(shè)計去除粒徑大于0.2 mm以上的顆粒；沉砂池設(shè)計個數(shù)或分格數(shù)不應(yīng)少于2個，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計算，其含水率為60%；砂斗容積應(yīng)按不大于2 d的沉沙量計算，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)計中應(yīng)該滿足的基本情況，下面是水流及污水處理工藝對沉砂池的要求和應(yīng)用。

1)流速波動大時，不宜采用平流式沉砂池，對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，機械脫砂；3)對水量波動較大，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，同時還對污水起預(yù)曝氣作用。

結(jié)合現(xiàn)實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)計將起到積極的預(yù)處理作用。

3 曝氣沉砂池設(shè)計及應(yīng)用經(jīng)驗

3.1 曝氣沉砂池的工作原理

通過在曝氣沉砂池內(nèi)一側(cè)鼓入空氣，會使水流產(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，把比重較大的無機物顆粒甩向外層而下沉，比重較輕的有機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刮除至撇渣斗后外運。沙粒在重力和旋流力的綜合作用下沉到池底與水分離，后進入砂水分離間進行砂水分離。

從曝氣沉砂池中排出的砂中有機物只占5%左右，一般擱置一段時間也不會腐敗。

在曝氣作用下，污水在池內(nèi)呈螺旋狀前進的流動形式，水流旋轉(zhuǎn)速度在池過水?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圖1，圖2。

3.2 曝氣沉砂池的構(gòu)造

曝氣沉砂池是一個長條形的渠道式構(gòu)筑物，在設(shè)計中應(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，進出水口布置應(yīng)防止產(chǎn)生短流。

在渠道一側(cè)的整個長度上，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?；肷安蹆?nèi)。

為了使曝氣能起到內(nèi)回流的作用，在必要時可在設(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，使顆粒表面有機物容易去除，有利于顆粒混合絮凝沉淀。

此處曝氣在整個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)實際運行經(jīng)驗及反復(fù)計算復(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；最大流量時停留時間為1 min～3 min；有效水深2 m～3 m；寬深比一般采用1～2；長寬比不大于5；污水的曝氣量為0.2 m3/m3空氣。

3.6 曝氣沉砂池的計算過程

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(m)：L=V/A；

每小時所需空氣量(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)計流量；t為最大設(shè)計流量時的流行時間，一般設(shè)為t=2 min～4 min；v1為最大設(shè)計流量時的水平流速，一般為0.06 m/s～0.12 m/s；h2為設(shè)計有效水深，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為排砂時間間隔；n為設(shè)計分格數(shù)；n1為最小流量時工作的沉砂池的數(shù)目；Qmin為最小設(shè)計流量；Amin為最小流量時水流斷面面積；h2為有效水深；h3′為沉砂斗高度；h1為設(shè)計超高；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

1)根據(jù)污水處理廠實際運行效果及通過計算、反復(fù)驗算得出經(jīng)驗，一般日處理量8萬t以上的城市污水處理廠宜采用曝氣沉砂池設(shè)施；2)對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，城市污水處理廠進水水量不穩(wěn)定，且遠小于設(shè)計值，工藝設(shè)計中配置的鼓風(fēng)機供氣量過大，且無法調(diào)節(jié)，導(dǎo)致進水中含氧量過高，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，達不到設(shè)計的指標，并導(dǎo)致運行成本增加，因此根據(jù)城市污水處理廠實際工藝運行、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。在實際運行中可以通過調(diào)整曝氣強度來改變旋流速度和旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，保證達到穩(wěn)定的除砂效率。當(dāng)進入曝氣沉砂池的污水量增大時，水平流速也會加大，此時可通過提高曝氣強度來提高旋流速度，以達到維持旋轉(zhuǎn)圈數(shù)不變的效果；5)曝氣沉砂池的曝氣作用通常會使池面上積聚一些有機浮渣及無機漂浮物，要及時清除，以免重新進入水中隨水流進入后續(xù)污水處理系統(tǒng)，增加后續(xù)城市處理設(shè)施的運行負荷。

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

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

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

[4] 設(shè)備廠家關(guān)于沉砂池設(shè)計運行的建議[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

A