高紅英，張博

城市污水預(yù)處理方案改良設(shè)計＊

高紅英1，張博2

（1.陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000；2.廣大水務(wù)（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(shè)計。提出預(yù)處理段的工藝改良系統(tǒng)總體設(shè)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(shè)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(shè)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(yù)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(shù)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(shè)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(shè)備。自主設(shè)計城市污水處理設(shè)備，提高污水處理效率和標(biāo)準(zhǔn)，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(yù)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(yù)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(biāo)達(dá)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(xué)和物理化學(xué)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(yù)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(shè)施，保證處理出水效果達(dá)標(biāo)。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(yù)處理階段都采用格柵、沉砂池、初次沉淀池，傳統(tǒng)預(yù)處理工藝流程如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)預(yù)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(xì)砂，污水依次進入粗格柵、細(xì)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(shè)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(xì)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(dǎo)致細(xì)少聚集在細(xì)格前，造成泥沙沉積問題。大量的泥沙沉積會導(dǎo)致設(shè)備細(xì)格柵和設(shè)備受到堵塞而影響設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，因此應(yīng)定期清理和維修設(shè)備，這樣會影響污水處理的連續(xù)性和排污排放達(dá)標(biāo)要求。

因此，研究和改良原有的預(yù)處理工藝可以提高污水處理的效率和污水排放標(biāo)準(zhǔn)，并能保護第二、三級處理設(shè)備。預(yù)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(yù)處理工藝改良設(shè)計

由于環(huán)境的限制，污水處理廠不能按照正規(guī)設(shè)計院的設(shè)計要求，在預(yù)處理階段建設(shè)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(yù)處理工藝，設(shè)計沉砂井，對大型漂浮物進行初級攔截，設(shè)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(yù)處理工藝如圖2所示。

圖2 污水預(yù)處理段工藝改良方案

2.1 污水預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計方案

系統(tǒng)設(shè)計思路：一般城市污水的預(yù)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(yù)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(shè)計會影響污水處理的效率，改良的方法是在預(yù)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(yù)處理系統(tǒng)對沉砂池結(jié)構(gòu)進行改良，在沉沙池設(shè)計機械打撈機構(gòu)和對較小泥砂進行抽吸和分離的系統(tǒng)。新的預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計如圖3所示。

圖3 新的預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計示意圖

設(shè)計參數(shù)：沉砂井設(shè)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(gòu)設(shè)計改良思路：在底部設(shè)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(gòu)如圖4所示。

圖4 沉砂池底部結(jié)構(gòu)

2.2 漂浮物打撈系統(tǒng)設(shè)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(dāng)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(shè)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(yù)處理工藝流程。在沉沙井出水口附近設(shè)計第二個T形槽，當(dāng)污水流到T形槽后較細(xì)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(shè)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(gòu)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(shè)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(yù)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(yù)處理，這種預(yù)處理有效控制了雨水、生活污水以及因極端天氣導(dǎo)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(shè)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)要求。預(yù)處理工藝和設(shè)備的改良提高了預(yù)處理段的除渣能力，達(dá)到污水預(yù)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(shè)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(shè)計與制造、工程圖學(xué)與CAD。

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

X703

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.23.009

2095－6835（2019）23－0024－02

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕