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1、任务二 沉砂池的设计,沉砂池概念,沉砂池是城市污水处理厂必不可少的预处理设施，通常设置在细格栅后以去除进水中的砂粒，保证后续处理构筑物及设备的正常运行。近年来，随着国外先进水处理设备的引进，新型沉砂池工艺在国内也得到了越来越多的应用。对于不同型式的沉砂池，其实际运行效果究竟如何，目前尚未看到系统的比较。结合自身的设计经验，从设计原理及工程实践角度对沉砂池工艺做初步分析，以探讨如何在工程中作进一步的合理运用。,1沉砂池的作用,虽然沉砂池在污水处理厂的投资、占地等方面所占的比例很小，但其作用却不可忽视。若取消沉砂池，大量砂粒将进入后续各处理单元，给污水厂的正常运行带来诸多隐患：砂粒进入初沉池会加速
2、污泥刮板的磨损，缩短使用寿命。排泥管道中砂粒的沉积易导致管道的堵塞，进入污泥泵后会加剧叶轮磨损。对于不设初沉池的处理工艺(如氧化沟、CASS等)或实际运行中由于进水负荷过低而超越初沉池运行的工艺，大量砂粒将直接进入生化池沉积，导致生化池有效容积的减少，同时还会对曝气器产生不利影响。砂粒进入污泥消化池中，将减少有效容积，缩短清理周期。污泥中含砂量的增加会大大影响污泥脱水设备的运行。砂粒进入带式脱水机会加剧滤布的磨损，缩短更换周期，同时会影响絮凝效果，降低污泥成饼率。近年来卧螺式离心机在城市污水处理厂中的应用日益广泛，由于该设备采用高速离心分离的方式，砂粒会大大加剧转筒、螺旋等处的磨损。,2沉砂池
3、的设计,对于一座理想的沉砂池，最好在去除所有的无机砂粒的同时，将砂粒表面附着的所有有机组分分离出来，以利于砂粒的最终处置。因此，在进行沉砂池设计时主要需考虑两方面问题：如何通过合理的水力设计，使得尽可能多的砂粒得以沉降并以可靠、便捷的方式排出池外。采用何种有效的方式，尽可能多地分离附着在砂粒上的有机物，将其送回到污水中。,2.1砂粒的粒径,进水中砂粒粒径d的大小差别很大，从d0.6 mm到d5 mm不等。对于不 同粒径范围的砂粒，不同沉砂池的去除率是不同的。如平流式沉砂池对于粗砂的去除率要高于曝气沉砂池，但对于细砂的截留率则远低于曝气沉砂池。因此严格来说，在进行沉砂池设计时应考虑不同地区砂粒中
4、的粒径级配，但客观上这一点却不太可能实现。实际工程中，通常以对d0.2 mm的砂粒去除效率来衡量沉砂池系统的效率。由于不同沉砂池对于这一类砂粒的去除效率并不相同，因此有必要对不同类型沉砂池的实际除砂效率进行测定，但国内目前却几乎看不到此类对比试验，使得对于不同池型去除效率的了解仅能得自有关的推荐数据，这在一定程度上难以反映出真实情况。,2.2沉砂池的表面积,对于采用非曝气的普通沉砂池来说，不同粒径的待去除砂粒的沉降速度会影响到沉砂池所需 的表面积。表1为国外某公司的推荐值。,表1国外某公司推荐的沉砂池表面积,2.3流速,对于各种不同型式的沉砂池，流速的控制都是非常重要的。流速过快会导致小粒径砂
5、粒的带出，而流速过慢又可能会导致水中有机物的沉降。,2.4油脂类的去除,由于城市污水的成分复杂，其中不可避免会有一些油类或油脂类物质。若不经过恰当的预处理，可能会给后续生化装置的运行带来影响，如水中油脂的存在会加速橡胶膜片式曝气器上的橡胶膜片老化，降低溶解氧的转移效率；油脂附着在管道上会影响电磁流量计的测量精度等。目前各种类型的沉砂池并不是都具备去除该类物质的能力。,2.5有机物的分离,由于砂粒表面通常会附着有机物，如果任其随砂粒一道外排，易产生腐化，影响砂粒的最终处置，因此必须将砂粒与有机物分离。对于不同的沉砂池，有的自身即具备砂洗功能，而另一些则必须采用专门的砂洗装置。脱离后的有机物一般仍
6、回到系统，作为后续生化装置的养分。,2.6 是否需要预曝气,采用鼓风曝气的沉砂池，在辅助提高砂粒去除率的同时，还具有预曝气的功能，可降解去除一部分有机污染物。但对于目前国内的很多污水处理厂来说，往往面对的是进水水质指标偏低的情况，生化装置的有机负荷达不到设计能力，甚至存在碳源不足的现象；而对于另外一些采用脱磷工艺的污水厂，除了需要保证足够的碳源外，还要保持厌氧环境。,2.7 集水管网的情况,对于不同的城市污水处理厂，其配套集水管网的情况各不相同。如果存在雨水大量进入的可能，则在沉砂池选型、有关设计参数及除砂设备能力配置等方面均需注意。,2.8除砂设备的可靠性,除砂设备的种类很多，从早期的抓斗式
7、除砂机到后来的链条刮板式刮砂机再到目前普遍采用的泵吸式除砂机以及气提装置等。对于一个污水处理厂来说，设备运行的稳定性、可靠性，操作维护是否便捷，使用寿命等问题也都应当是设计人员所关注的。综合以上各点，可以看出，在进行沉砂池设计时并不能简单地把它作为一个独立的单体进行对待，而应当纳入整个处理系统进行综合考虑，以作出恰当的选择。,3几种主要的沉砂池工艺,目前国内外普遍采用的沉砂池包括以下几种：平流式沉砂池、曝气沉砂池、旋流式沉砂池(钟氏及比氏)、多尔沉砂池等，竖流式沉砂池则很少在污水厂中使用。传统的平流式沉砂池进入20世纪80年代以后，越来越多地被曝气沉砂池所代替；90年代以后，随着国外设备的引进
8、，旋流式沉砂池越来越多地在城市污水处理厂中得到应用。,3.1平流沉砂池,平流式沉砂池采用分散性颗粒的沉淀理论设计，只有当污水在沉砂池中的运行时间等于或大于设计的砂粒沉降时间，才能够实现砂粒的截留。因此，沉砂池的池长按照水平流速和污水中的停留时间来确定。由于实际运行中进水的水量及含砂量的情况是不断变化的，甚至变化幅度很大。因此当进水波动较大时，平流式沉砂池的去除效果很难保证。平流式沉砂池本身不具备分离砂粒上有机物的能力，对于排出的砂粒必须进行专门的砂洗。根据国外所做的现场测定，平流式沉砂池所沉砂粒的粒径沿沉砂池长度方向变化，且当d0.6 mm时，砂粒很容易被水流带走。,3.3旋流沉砂池,近年来新
9、建的污水厂中，旋流式沉砂池得到了越来越多的应用。从运行情况看，用户反映普遍良好，认为这类沉砂池具有占地省、除砂效率高、操作环境好、设备运行可靠等优点。目前国际上广泛应用的旋流沉砂池主要为钟氏(Jones-Attwood Jeta)和比氏(Pista)两大类。从国内应用情况看，源自欧洲的钟氏池及其各变型占绝大多数，估计这种现象跟国内污水 厂外资部分多来自欧洲的政府贷款有关，此类政府贷款通常会对设备的采购国别提出限制，而产自美国的比氏沉砂池在国内也有一些用户。这两种沉砂池在池型、除砂机理以及提砂方式上均有着很大的区别，实际情况究竟孰优孰劣，目前国内仍无第一手的对比测试资料。,3.3.1钟氏沉砂池,
10、钟式沉砂池：优点：占地面积小，沉砂效果受水量变化影响很小，砂水分离效果好，分离出的砂子含水率低率，有机物含量少，便于运输。其他的不记得了。,多尔沉砂池上部为方形，底部为圆形，其沉砂机理与平流式沉砂池类似。通常以表面水力负荷为设计参数，采用的池深很浅，通常池深0.9 m。进水经过整流器均匀分配进入沉砂池，然后通过溢流堰出水。砂粒在中心驱动的刮砂机作用下刮入集砂坑，由螺旋洗砂机排出同时被分离的有机物。多尔沉砂池在国内尚未了解到有用户，有关的资料介绍也并不多。,3.3多尔沉砂池,4建议 意见,由于沉砂池处理效果好坏带来的影响通常是较为隐性和需要长期积累才会显现出来的，所以人们在沉砂池的设计上往往缺乏
11、足够的重视。有时为了省事，往往做简单的套用。考虑到我国各地区的差异很大，这种简单的做法显然存在问题，特提出如下建议：在进行沉砂池池型及工艺参数的选择时，应结合管网及生化系统的情况进行综合考虑。曝气沉砂池虽然存在一定问题，但其对水量波动的适应性最好，仍然有广泛的应用空间，且工艺上有去除油类、油脂的要求时，该池型是仅有的选择之一。设计时应特别注意曝气 强度的控制。考虑到流量波动对平流式沉砂池除砂效果的影响很大，建议尽量少采用。旋流式沉砂池具有较多的优点，但采用时应注意：细格栅的栅条间距应尽可能的小，以防止布条等物体的带入对叶轮及提砂装置造成影响。由于水力停留时间短，对流速又有较严格的要求，对于后续
12、无初沉池的处理工艺及水量波动大的场合需慎重应用；设计时水力布置尤为重要，并应注意流速的控制。从池型来看，比氏沉砂池的处理效果优于钟氏池，且造价上两者差别不大，而对于小型的旋流式沉砂池建议采用钢制池体，可以节省造价。,从目前国内已投运的旋流式沉砂池来看，引进设备占大多数，这导致了造价的偏高。近年来已有一些国内厂家仿造出了钟氏池，虽然其造价大幅降低，但由于通常仅为简单仿造，并未开发自己的水力模型，实际效果如何还不确定。建议国内有实力的生产厂家对此类沉砂池作 系统的研究和系列化的开发，产品应该会有广泛的应用前景。建议运行中的污水处理厂能够对沉砂池的有关运行参数、处理效率进行现场测试，积累第一手资料，以促进国内沉砂池技术的发展，也可为污水厂将来的改、扩建积累经验。,
