城市污水處理廠物理處理單元之沉砂池

1、 城市污水處理廠的典型流程城市污水處理廠的典型流程 原污水 格柵 沉砂池 排放或三級處理 初次沉淀池 生物處理設備 二次沉淀池 排渣 排砂 污泥回流消化氣利用 脫水和干燥設備 污水流程 污泥流程 消化氣 污泥利用 污泥消化 一級處理 （物理處理） 二級處理 （生物處理） 污泥處理 污泥濃縮 1.沉砂池的作用 n沉砂池定義沉砂池定義 n英文：Grit Chamber；利用自然沉降作用，去除水中砂 ?；蚱渌戎剌^大的無機顆粒的構筑物。 n若取消沉砂池，會給污水廠的正常運行帶來以下隱患： 砂粒進入初沉池會加速污泥刮板的磨損，縮短 使用壽命。 對于不設初沉池的處理工藝或超越初沉池運行 的工藝，導致生化

2、池有效容積的減少，同時還會對曝 氣器產(chǎn)生不利影響。 易導致排泥管道的堵塞，加劇污泥泵葉輪磨損。 砂粒進入污泥消化池中，將減少有效容積，縮 短清理周期。 污泥中含砂量的增加會大大影響污泥脫水設備 的運行。 2.沉砂池的設計原則 n沉砂池設計中，必需按照下列原則： n（1）城市污水廠一般均應設置沉砂池，座數(shù)或分格數(shù)應不少于2 座(格)，并按并聯(lián)運行原則考慮。 n（2）設計流量應按分期建設考慮： na) 當污水自流進入時，應按每期的最大設計流量計算； nb)當污水為用提升泵送入時，則應按每期工作水泵的最大組合流 量計算； nc) 合流制處理系統(tǒng)中，應按降雨時的設計流量計算。 n（3） 沉砂池去除的砂

3、粒雜質(zhì)是以比重為2.65噸/立方米，粒徑為 0.2mm以上的顆粒為主。 n（4）城市污水的沉砂量可按每10萬立方米污水沉砂量為30立方米 計算，其含水率為60%，容量為1500kg/立方米。 n（5）貯砂斗槔容積應按2日沉砂量計算，貯砂斗池壁與水平面的 傾角不應小于55排砂管直徑應不小于0.3m。 n（6）沉砂池的超高不宜小于0.3m 。 n（7）除砂一般宜采用機械方法。當采用重力排砂時，沉砂池和曬 砂廠應盡量靠近，以縮短排砂管的長度。 n在進行沉砂池設計時主要需考慮兩方面問題： 如何通過合理的水力設計，使得盡可能多的砂粒得以沉降 并以可靠、便捷的方式排出池外。 采用何種有效的方式，盡可能多地

4、分離附著在砂粒上的有 機物，將其送回到污水中。 設計時需考慮的因素設計時需考慮的因素 n1、砂粒的粒徑、砂粒的粒徑 n2、沉砂池的表面積、沉砂池的表面積 n3、流速、流速 n4、油脂類的去除、油脂類的去除 n5、有機物的分離、有機物的分離 n6、是否需要預曝氣、是否需要預曝氣 n7、集水管網(wǎng)的情況、集水管網(wǎng)的情況 n8、除砂設備的可靠性、除砂設備的可靠性 3、幾種主要的沉砂池工藝 n目前國內(nèi)外普遍采用的沉砂池包括以下幾種： n1、豎流式沉砂池 n2、平流式沉砂池 n3、曝氣沉砂池 n4、旋流式沉砂池(鐘氏、比氏及多爾) 3.1豎流式沉砂池豎流式沉砂池 n設計要求 3.2平流式沉砂池 n平流式沉

5、砂池采用分散性顆粒的沉淀理論設計，只有 當污水在沉砂池中的運行時間等于或大于設計的砂粒 沉降時間，才能夠?qū)崿F(xiàn)砂粒的截留。因此，沉砂池的 池長按照水平流速和污水中的停留時間來確定。由于 實際運行中進水的水量及含砂量的情況是不斷變化的， 甚至變化幅度很大。因此當進水波動較大時，平流式 沉砂池的去除效果很難保證。 平流式沉砂池本身不具備分離砂粒上有機物的能 力，對于排出的砂粒必須進行專門的砂洗。 根據(jù)國外所做的現(xiàn)場測定，平流式沉砂池所沉砂 粒的粒徑沿沉砂池長度方向變化，且當d0.6 mm時， 砂粒很容易被水流帶走。 3.2平流式沉砂池平流式沉砂池 20 平面圖 A-A剖面圖 A 60 0.06 可調(diào)

6、閘門2 欄桿 1 啟閉機 A n曝氣沉砂池的設計參數(shù) n (1)水平流速一般取0.080.12m/s； n (2)污水在池內(nèi)的停留時間為46min；當雨天最大流量時為1 3min。如作為預曝氣，停留時間為1030min。 n (3)池的有效水深為23m，池寬與池深比為11.5，池的長寬比 可達5，當池長寬比大于5時，應考慮設置橫向擋板； n (4)曝氣沉砂池多采用穿孔管曝氣，孔徑為2.56.Omm，距池底 約0.6 0.9m，并應有調(diào)節(jié)閥門； n (5)供氣量可參照(表2-3)。 n 3.3曝氣沉砂池曝氣沉砂池 曝氣沉砂池曝氣沉砂池 典型案例照片典型案例照片 3.4旋流沉砂池 n 近年來新建的

7、污水廠中，旋流式沉砂池得到了越來越多的應 用。從運行情況看，用戶反映普遍良好，認為這類沉砂池具有占 地省、除砂效率高、操作環(huán)境好、設備運行可靠等優(yōu)點。 目前國際上廣泛應用的旋流沉砂池主要為鐘氏(Jones-Attwood Jeta)和比氏(Pista)兩大類。從國內(nèi)應用情況看，源自歐洲的鐘氏池 及其各變型占絕大多數(shù)，估計這種現(xiàn)象跟國內(nèi)污水 廠外資部分多 來自歐洲的政府貸款有關，此類政府貸款通常會對設備的采購國 別提出限制，而產(chǎn)自美國的比氏沉砂池在國內(nèi)也有一些用戶。 這兩種沉砂池在池型、除砂機理以及提砂方式上均有著很大 的區(qū)別，實際情況究竟孰優(yōu)孰劣，目前國內(nèi)仍無第一手的對比測 試資料。 旋流沉砂

8、池的優(yōu)缺點旋流沉砂池的優(yōu)缺點 n 旋流沉砂池是利用機械力控制水流流態(tài)與流速、加速沙粒的 沉淀并使有機物隨水流帶走的沉砂裝置。旋流沉砂池有多種類型 ，某些形式還屬于專利產(chǎn)品。 n 沉砂池由流入口，流出口，沉砂區(qū)，砂斗、渦輪驅(qū)動裝置以 及排沙系統(tǒng)等組成。污水由流入口切線方向流入沉砂區(qū)，進水渠 道設一跌水堰，使可能沉積在渠道底部的沙子向下滑入沉砂池； 還設有一擋板，使水流及砂子進入沉砂池時向池底流行，并加強 附壁效應。在沉砂池中間設有可調(diào)速的槳板，使池內(nèi)的水流保持 環(huán)流。槳板、擋板和進水水流組合在一起，旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片使砂 粒呈螺旋形流動，促進有機物和砂粒的分離，由于所受離心力不 同，相對密度較大的砂

9、粒被甩向池壁，在重力作用下沉入砂斗； 而較輕的有機物，則在沉砂池中間部分與砂子分離，有機物隨出 水旋流帶出池外。通過調(diào)整轉(zhuǎn)速，可以達到最佳的沉砂效果。砂 斗內(nèi)沉砂可以采用空氣提升、排沙泵排沙等方式排除，再經(jīng)過砂 水分離達到清潔排沙的標準。 n 旋流式沉砂池(鐘氏及比氏)具有占地省、除砂效率高、操作環(huán)境 好、設備運行可靠等特點，但對水量的變化有較嚴格的適用范圍 ，對細格柵的運行效果要求較高。其關鍵設備為國外產(chǎn)品，價格 很高，故該池型在國內(nèi)普及為時尚早。其優(yōu)缺點如下： n優(yōu)點：優(yōu)點： n1、適應流量變化能力強； n2、水頭損失小，典型的損失值僅6mm； n3、細砂粒去除率高，140（0.104mm

10、）目的細砂也可達73%； n4、動能效率高。 n缺點：缺點： n1、國外公司的專有產(chǎn)品和設計技術； n2、攪拌槳上會纏繞纖維狀物體； n3、砂斗內(nèi)砂子因被壓實而抽排困難，往往需高壓水泵或空氣去攪動，空 氣提升泵往往不能有效抽排砂粒； n4、池子本身雖占地小，但由于要求切線方向進水和進水渠直線較長，在 池子數(shù)多于兩個時，配水困難，占地也大。 3.4.1 鐘氏沉砂池 n 采用270的進出水方式，池體主要由分選區(qū)和集砂區(qū)兩部分構成，其 構造特點是在兩個分區(qū)之間采用斜坡連接。雖然不同的國外公司在此典 型結構的基礎上開發(fā)出了多種多樣的變型，但其變化主要集中在斜坡的 傾斜度及攪拌槳的型式上，就砂粒的沉降機

11、理來說應當并無多大差別。 n 由于鐘氏池的斜坡式設計，使得砂粒的沉降主要依靠重力，砂粒通過 斜坡自然滑入集砂坑。在滑入集砂坑之前，在旋轉(zhuǎn)槳片產(chǎn)生的斜向水流 作用下將附在砂粒上的有機物分離開。根據(jù)有關制造商提供的曲線，其 驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)速和有機物的分離效率之間存在如下關系： n 但如果看一下驅(qū)動裝置通常的運行轉(zhuǎn)速范圍，就會發(fā)現(xiàn)這一曲線并無 多大實用價值。小型鐘氏池的轉(zhuǎn)速范圍為10-15 r/min，而中型以上則只有 10-12 r/min。 n 對于砂粒的去除效率，在最初的介紹中提到的是“50目(0.297 mm)以上 的去除率95%”，但近年來越來越多的此類沉砂池供貨商在介紹資料 或報價中往往會

12、提到“對d0.2 mm砂粒的去除率為95%”。這一變化很 有可能是針對我國市場的要求，但往往并未提出有說服力的現(xiàn)場測試報 告。 n鐘式沉砂池：優(yōu)點：占地面積小，沉砂效果受水量變化影響很小，砂水 分離效果好，分離出的砂子含水率低率，有機物含量少，便于運輸。 鐘氏沉砂池鐘氏沉砂池 泵吸式旋流沉砂池泵吸式旋流沉砂池 氣提式旋流沉砂池氣提式旋流沉砂池 齒輪傳動機構（下部向上看）齒輪傳動機構（下部向上看） 吸砂口吸砂口 結構設計結構設計 循環(huán)工作周期循環(huán)工作周期/流程流程 3.4.2 比氏沉砂池比氏沉砂池 n 典型的比氏沉砂池也是由分選區(qū)和集砂區(qū)兩部分構成， 其特點是分區(qū)之間沒有斜坡過度。傳統(tǒng)的比氏池也

13、采用與 鐘氏池類似的270進出水方式，新一代的比氏池則采用 360直進直出的方式，其水力條件更為改善。 n 從水力條件看，水流在比氏池中呈渦流狀態(tài)，這一流態(tài) 大大強化了有機物分離效果。由于沒有斜坡，砂粒要落入 集砂區(qū)必須依靠攪拌槳的作用，在帶向池心的過程中顆粒 的速度逐漸變大，水流形成螺旋流態(tài)，在上升力的作用下 密度較小的有機物被剝離并帶入水流中，砂粒則 由環(huán)形槽 落入集砂區(qū)。整個過程中，砂粒在較長時間內(nèi)處于槳片的 作用下，對有機物分離更為有利?？梢钥闯?，與鐘氏池相 比，比氏池的水力條件更好，而從比氏提供的眾多現(xiàn)場測 試數(shù)據(jù)看，50目(0.297mm)以上砂粒的去除率均95%，其 中絕大多數(shù)9

14、7%，140目(0.105 mm)以上的去除率甚至都 能達到70%。比氏池特別強調(diào)的一個特點是當水量處于小于 最大設計水量的任何狀態(tài)下，其除砂效率都不會降低。 n 3.4.3多爾沉砂池 n多爾沉砂池上部為方形，底部為圓形， 其沉砂機理與平流式沉砂池類似。通常 以表面水力負荷為設計參數(shù)，采用的池 深很淺，通常池深0.9 m。進水經(jīng)過整 流器均勻分配進入沉砂池，然后通過溢 流堰出水。砂粒在中心驅(qū)動的刮砂機作 用下刮入集砂坑，由螺旋洗砂機排出同 時被分離的有機物。 多爾沉砂池在國內(nèi)尚未了解到有用戶， 有關的資料介紹也并不多。 幾種沉砂池的比較幾種沉砂池的比較 方案方案 項目項目 平流式沉淀池平流式沉

15、淀池曝氣沉淀池曝氣沉淀池旋流沉砂池旋流沉砂池 沉砂質(zhì)量清潔清潔清潔 沉砂效果一般較好較好 浮渣去除不能去除浮渣可去除浮渣及油 脂等 不能去除浮渣 對后續(xù)處理工 藝氧的貢獻 無氧氣進入后續(xù)處理有少量氧氣進入 后續(xù)出理 無氧氣進入后續(xù) 處理 國內(nèi)應用實例較多很多很多 構筑物占地大大小 綜合評價一般一般好 n平流式沉砂池 優(yōu)點：截留無機顆粒較好，工作 穩(wěn)定，構造簡單 排砂方便。 缺點：表面附著 15%有機物的沉砂容易發(fā)生腐敗，增加后續(xù)處 理難度 還需進行洗砂處理。 曝氣沉砂池優(yōu)點 就是克服了平流式沉砂池的缺點 可以把沉砂有 機物含量降到10%， 缺點：出水的溶解氧含量 較高 對生物處理的厭氧及缺氧生

16、物處理產(chǎn)生影 響 旋流沉砂池（豎流式沉砂池）優(yōu)點：沉砂效 率高 占地小 耗能低 運行穩(wěn)定 維護管理方便 正 逐漸取代前兩種 4建議 意見意見 n 由于沉砂池處理效果好壞帶來的影響通常是較為隱性和 需要長期積累才會顯現(xiàn)出來的，所以人們在沉砂池的設計 上往往缺乏足夠的重視。有時為了省事，往往做簡單的套 用?？紤]到我國各地區(qū)的差異很大，這種簡單的做法顯然 存在問題，特提出如下建議： 在進行沉砂池池型及工藝參數(shù)的選擇時，應結合管 網(wǎng)及生化系統(tǒng)的情況進行綜合考慮。 曝氣沉砂池雖然存在一定問題，但其對水量波動的 適應性最好，仍然有廣泛的應用空間，且工藝上有去除油 類、油脂的要求時，該池型是僅有的選擇之一。設計時應 特別注意曝氣 強度的控制。 考慮到流量波動對平流式沉砂池除砂效果的影響很 大，建議盡量少采用。 旋流式沉砂池具有較多的優(yōu)點，但采用時應注意： 細格柵的柵條間距應盡可能的小，以防止布條等物體的帶 入對葉輪及提砂裝置造成影響。由于水力停留時間短，對 流速又有較嚴格的要求，對于后續(xù)無初沉池的處理工藝及 n水量波動大的場合需慎重應用；設計時水力布置尤為重要， 并應注意流速的控制。 n 從池型來看，比氏沉砂池的處理效果優(yōu)于鐘氏池，且 造價上兩者差別不大，而