预处理工艺流程

1预处理工艺流程4.1预处理的目标望后石污水处理厂经过改良后，其预处理工艺流程分为粗隔筛、入水提升泵、细隔筛和沉砂池这四项主要的单元操作。这四种单元操作全部为物理操作单元。借助物理作用或者通过物理作用是废水发生变化的过程统称为物理单元操作。目前物理单元操作已成为大多数污水处理流程的基础。预处理工艺的目标主要为：(1)减少后续工艺设备的损伤；(2)降低总处理过程的可靠性及效率；(3)防止堵塞水路。在进入物理单元操作之前，污水接收站和市政污水管线的污水将先进入缓冲池。根据设计参数，污水接受站最大容量为270m3/h(1200m3/d)，接收时间为每天上午9点至下午6点，每周7天全部运作。市政污水系统将从污水处理厂的上游，通过重力自流的方式进入到粗隔筛之前的缓冲池。污水处理厂的处理单元也将产生污水，主要有污泥脱水后的上清液、沉砂池滤渣中的上清液以及除臭设施产生的污水。污水处理厂产生的污水成为回流污水，将再次进入污水处理单元进行处理。回流污水的流量入下表所示：表2.18－回流污水量处理单元流量m3/h污泥脱水上清液79沉砂池滤渣上清液75除臭系统污水27总回流污水181表详细列出了各种设计污水的关系及流量。表2.19-设计流量表设计流量说明m3/dm3/hm3/s最小旱季流量(A)0.6xB144,6006,0251.674平均旱季流量(B)B241,00010,0422.789雨季峰值流量(C)C525,00021,8756.076回流污水(D)D4,3441810.050处理工艺最大设计流量(E)C+D529,34422,0566.127水利设计流量(F)Cx105%551,25022,9696.380最大水利设计流量(G)F+D555,59423,1506.430缓冲池可以调节入流水质和水量，可以帮助改善下游工艺的性能，减小下游处理设施的规模和费用。缓冲池汇合回流污水、市政系统污水以及污水收集站这三部分的入流后，将污水排放至下一个处理单元——粗隔筛。4.2污水接收站污水接受站的服务时间是09:00到18:00，即每日9个小时。污水接收站的设计容量为1200立方米/天（270立方米/时），污水缸车的最大流量为每天170辆（或者每小时25辆）。吸粪车的容量范围为5立方米到20立方米。污水接收站共有5个停车位及污水排放接口供污水缸车停泊及排放。为了方便排污的收费，污水缸车在排放前需要经过磅桥（一个工作一个备用），称重过程大约30秒左右。如果五个排放位置都在使用中，污水缸车需要排队等候。按照设计的车辆流量，车辆在高峰期的平均进入时间为1.67分钟，车辆的称重时间为1分钟，最多有四辆污水缸车需要在污水接收站外排队等候。当污水缸车离开污水处理厂时，在出口的磅桥对空车称重，得到污水排放量用以收费。图2.29—污水接收站示意图由于污水接收站接收的污水大部分是化粪池的污水，固体颗粒物浓度极高，如果直接进入下游的处理单元，有可能对污水负荷产生比较大的改变，影响污水处理的效果。因此污水收集站设置了两个缓冲池。缓冲池的设计停留时间为1小时。为了防止停留时间过长产生沉淀，每个缓冲池都配备有有三个混合搅拌器。缓冲池体积=最大日排放量/接收时间=1200m3/9hr=133m3根据污水接收站的设计，每个缓冲池的的尺寸为2mx22.5mx3m,容量为135m®吸粪车排放的污水将临时储存在缓冲池中，这样可以避免入水水质的波动对污水厂处理工艺的影响。搅拌器的运作是依靠水位进行控制，具体的水位由污水处理厂试车时进行调整及确定。两个缓冲池的的运作将交替进行——当一个缓冲池作为接收池时，另外一个则作为排放池。当接收池中的水位到达最高位时，该缓冲池转换为排放池，其入水阀门关闭，出水阀门打开，直到另外一个缓冲池水位达到最高位时进入下一个交替过程。每一个缓冲池都将保持一半的水位，从而保证池内的均匀混合。当池内的水位达到最高时，排放池达到最大的排放速率0.32立方米/秒；当水位下降到接近一半时，排放池达到最小的排放速率0.221立方米/秒。缓冲池的设计计算入下所示：表2.20-缓冲池设计参数最高水位中间水位排放管中心管径管长沿程损失局部损失(mPD)(mPD)标咼(mPD)(m)(m)系数系数3.82.30.9250.250.4120（铸铁管）0.3(900转弯)最大静压头=3.8—0.925=2.875m最小静压头=2.3—0.925=1.375m海曾威廉 局部水头损失 ——伯努利方程—一———根据以上静压头、海曾威廉公式、局部水头损失公式以及伯努利方程联立求解可以得出：最大排放流速最大排放流量最小排放流速最小排放流量最大及最小排放流量均大于污水接收的流量（0.075）。此外，污水排放时排水水闸有完全关闭状态至完全开启状态只需要41秒（根据供应商提供的产品数据）。因此，污水接收站的缓冲池在运作时不会发生溢流。当其中一个缓冲池不能正常工作的时候，备用的缓冲池将会打开入水水闸，而起出水的水闸将根据缓冲池内的水位自动开关。可以在入流水量较小的情况下保持一定的水力停留时间。每一个缓冲池内都安装有水位探测器以检测水位。同时，在固定的时间间隔下，污水排放的体积则可根据缓冲池的底面积以及水位变化而得出。根据数据采集与监控系统（SCADA）,可以调节市政管道的污水对污水接收站污水的稀释率，使污水中的有机物负荷不超过下游处理的承载能力。在峰值流量（270立方米/小时或者0.075立方米/秒）的时候，充满一半的接收池需要15分钟的时间；排放池将一半的水排放需要的时间为3.5分钟。由于污水的接收和排放可以同时进行，所以每小时有4个接收/排放的循环。每天18：00之后，运营人员会将缓冲池排空，并有再生水进行冲洗，防止腐烂物聚集在池底。冲洗时间大约在5-10分钟左右。冲洗后的水将进入初级处理的入流池中。粗隔筛的设计及应用一般的废水处理厂中第一个单元操作就是筛滤。粗筛用于保护泵，阀门，管道和其他附件，使其不受破布或较大物体的损伤和堵塞。此单元操作在市政污水的处理中广泛使用，而工业废水的处理的应用中则取决于废水的特性。在隔筛装置的应用中，必须考虑筛余物的去除，运输和处置等各方面问题，包括：1）所要求的筛余物除去程度（对下游工艺有潜在影响）；2）操作人员的安全（因为筛余物带有病源微生物和能吸引昆虫）；3）潜在的气味；4）操作，运输和处置的要求，即去除微生物（洗涤）或者减少水含量（压缩）；5）处置方案。望后石污水处理厂升级后将有四部粗隔筛设备，其栅间距为25mm。污水接收站的污水以及市政管线的污水经过进水井进入四条粗隔筛水槽。设计中，考虑到日后的维护检修等工作，至运行三条水槽便可以满足设计的峰值流量，从而可以关闭四条水槽中的一条进行检修。粗隔筛如下图所示：—图—图2.30-预处理过程中的粗隔筛望后石污水处理厂的隔筛清理是机械清理。机械清理对比手工清理具有以下优点：•手工清理通常用在小型污水处理厂中；•手工清理可能会扰乱水厂的正常运作，所以通常在机械清理设备的旁路备用设备中才会使用手工的清理；•手工清理对隔筛水槽的尺寸有一定的限制，例如大尺寸的水槽在清理时可能遇到手工上难以实施的位置。

机械清理可以有效的保持隔筛的通量，减少水头损失。近年来，隔筛和机械清理的发展方向是减少操作和维修，以及抗腐蚀材料的应用。机械清理的条筛分为四种基本类型：（1）链条驱动；（2）往复耙刮；（3）悬链（4）连续皮带。不同类型的机械清理条筛的示意图以及其优缺点如下图及下表所示：表2.21-不同类型条筛的优缺点筛的类型优点链驱动的筛正面清理反面返回缺点筛的类型优点链驱动的筛正面清理反面返回缺点正面清理正面返回反面清理反面返回多个清理元件（清理周期短）单元具有淹没式活动组件，要求用于重污染场合 通道脱水维修筛余物除去率较低，即有残余物带入筛滤废水通道单元具有淹没式活动组件，要求通道脱水维修淹没式活动部件（链、链轮和轴）收到污染重的物体时齿轮卡塞单元具有淹没式活动组件，要求通道脱水维修长齿轮易受损伤多个清理元件（清理周期短）筛余物载带很少多个清理元件（清理周期短）淹没式活动部件，用齿轮条保护往复耙刮无淹没式活动部件，维修和检修可在上面的操作层进行可处理大件物体（砖、轮胎等）高效耙刮筛余物，高效卸除筛余物造作和维修费用较低高的流动能力筛余物易被载带。未考虑通道内咼水位时可淹没耙的电机，并会使电机烧毁比其他的筛要求更大的净空咼度循环周期长，耙刮能力有限砂在条正面的积累可能阻碍耙的活动本身机构费用比较咼悬链链轮不淹没，多种维护可在上面的操作层进行空间高度要求较低多个清理元件（清理周期短）可处理大的物体筛余物载带很少由于要保证链的质量，似的链条本身很重，并且操作困难由于筛的倾斜角度（45°-75°），筛的占地面积较大耙卡住的时候可能发生轴的偏心和变形由于是敞开式设计，可能散发臭味连续带多数维修可在咼于操作层处进行且不易卡住大修或更换筛兀件是种耗时而昂贵的操作新建的粗隔筛和机械清理过程使用的是正面清理，反面返回的链驱动筛。机械耙由而上清理隔筛上的筛余物，之后将筛余物从隔筛的最上端翻转倾倒与螺旋式传送带上通过一系列的螺旋式传送带，筛余物将会倾倒于10立方米的储存斗中（见图2.5）。螺旋式传送带的设计都有一定的仰角（见图2.3），在传送过程中，筛余物中的水分将回

流至粗隔筛水槽中，从而减少进入储存斗中筛余物的含水量。此外，螺旋式传送带的最后一段也具有一定的压缩功能，可以进一步降低筛余物中的含水量。所有的传送带都将处于备用状态，一旦任何一个出现故障，隔筛的传送器将会将筛余物转移至备用的传送带，备用转送带将会自动的开始工作。图2.31-螺旋式传送带图2.32-筛余物储存斗为了有效的控制臭味的扩散，隔筛、机械清理耙以及螺旋式传送带都采用封闭的设备。同时，筛余物的储存斗也是封闭设计，在运输过程中亦不会对环境造成不利影响。根据2009年原有污水处理厂的记录，对改良后的污水处理厂的粗隔筛筛余物产量进行了预测：

表2.22-粗隔筛筛余物产量流量(m3/d)筛余物(m3/d)2009年记录208,4331.170改良污水处理厂525,0002.947污水经过粗隔筛过滤，去除了大尺寸的的固体废物，之后便进入了下一个物理单元过程——入水提升泵。入水提升泵的设计及应用污水经过粗隔筛之后，进入到之后的两个湿井。这两个湿井亦可以作为缓冲池。两个湿井之间有水闸分隔，在日后的检查和维修工作中，可以通过关闭水闸来隔离其中一个湿井，同时另一个湿井将可以维持正常运作，保证污水厂的正常运行。被隔离的湿井中的污水由进水提升泵抽走，剩余小量的污水可由便携式的泵抽干。入水提升泵为浸没式水泵，每个湿井中有两台，共四台，具体参加图2.33。在设计的最大流量下，三台工作，一台备用及可满足设计需求。水泵将会把污水的水头提升至所需的水力线，以保证在随后的各项处理工序中可以通过重力流的方式达到出海泵房。泵的运作可以手动或者自动。手动模式下将允许手动选择开关，自动模式将取决于湿井中的水位并由SCADAPLC控制。在水位达到预设值得时候，水泵将以最小的功率运作，之后在VariableFrequencyController(VFC)的控制下逐步加速。2・33一2・33一入水八—k升泵及其管线入水提升泵的选取主要依据其流量及提升的水头：湿井数量提升泵数量= 4（1备用）泵的效率=80%电机的效率= 95%泵循环时间CT360s每台泵的最大流量Qpn=6.127/3 (3台工作)（处理工艺设计流量）=2.042 m3/s每台泵的最大流量Qpma=6.38/3 （3台工作）（水力学设计流量）=2.127 m3/s湿井最小总容量 =CTxQpma/4=191.4063m3由于潜水泵工作时需要处于浸没状态，不能露出水面，因此其控制逻辑需要保证湿井内的水位变化在一定范围内，具体如下表：表2.23-入水提升泵的控制体积面积(m2)最高水位（mPD）最低水位（mPD）水位变化（m）体积（m3）入流水井32-1.14-2.601.4646.72入水水槽19.5-1.14-2.601.4628.47粗隔筛水槽12.6-1.01-3.202.1927.59共用水槽18.9-1.04-3.202.1640.82湿井83.2-1.20-3.202.00166.40总控制体积=310.01因此，湿井的设计尺寸如下：湿井中矩形集污槽的有效深度（H）TOC\o"1-5"\h\z湿井的宽度（W） = 8 m湿井的长度（L） = 10.4 m体积（V） = HxWxL= 2x8x10.4= 166.4 m3湿井的总体积 = 166.4x2= 332.8 m3在确定了入水提升泵以及湿井尺寸及控制逻辑之后，需要复查泵的最高开关频度是否符泵本身的要求（最大启动次数为10次/小时）。泵的最高开关频度是在一个湿井运行在最小流量时进入入流水井的最小流量Qin=05m3/s（根据历史数据）入水提升泵最小流量=08m3/s（根据泵的设定）水位到达关泵的时间=310.01/(0.8-0.5)=1033.4s=17.2min水位达到泵重新开始的时间=310.01/0.5=620.02s=10.33min一次泵循环的时间=17.22+10.33=27.56min一小时内泵的开关频度=60/27.56=22(小于10，满足要求)细隔筛的设计及应用入流提升泵将通过粗隔筛的污水水头提高并泵至入流槽。细隔筛水槽的配置大致与粗隔筛类似，共四条水槽，3条运作1条备用。细隔筛为电动细隔筛(motorizedfinescreen)过滤。细隔筛的栅距为5mm，可以过滤更细小的杂物，从而保证下游的正常运作，特别是流量计以及污水处理厂的控制。过滤后的杂物将传送至10立方米的储存斗(与粗隔筛共用)。细隔筛的筛余物估算与粗隔筛一样，都选取2009年原有污水处理厂的记录，对改良后的污水处理厂的粗隔筛筛余物产量进行了预测：表2.24-粗隔筛筛余物产量流量(m3/d)筛余物(m3/d)2009年记录208,4330.8改良污水处理厂525,0002.015根据估算，粗细隔筛每日的总筛余物为：2.947+2.015=4.96m彳/d。因此，10m?的储存斗大约每两日需要进行一次更换。细隔筛截留的物质包括小的破布、纸、不同类型的塑料、金属片、砂、未分解的食物残渣以及排泄物等。与粗筛物相比，细筛余物的相对密度稍小，含水量稍高。由于筛余物内含有易腐烂物质，包括食物残渣以及粪便，它们要受到恰当的处理处置。细筛余物可能含有大量的油脂和浮渣，它们同样需要注意，在需要避免臭味的情况下尤其如此。通过细隔筛的污水将进入下一个物理单元操作——沉砂池。沉砂池的设计及应用污水中砂砾、砾石、炉渣或其他较重的固体物质统称砂。它们的沉降速度或相对密度显著地大于污水中易腐烂的有机固体。沉砂池通常的位置是置于条筛之后和初次沉淀池之前。在特殊的工艺流程中，沉砂池也可能置于筛滤之前。但是一般来说，在沉沙池之前设置筛滤设施可使除砂设施容易操作和维护。将沉砂池置于污水泵之前可以减小泵的物理损伤，但由此将会使沉砂池放置在相当深的地方并增加了费用。通常认为，沉砂池置于污水泵后的设置时比较经济的，但同时泵可能需要更多的维护。沉砂池的具体作用有：(1)防止活动的机械设备，特别是脱水过程的离心泵，受到磨损而带来的不正常消耗；(2)减少在管道、渠道和导管中形成重沉积物；(3)减少硝化池由于过分累积引起的清理频率(望后石污水处理厂的处理工艺不包含硝化过程)。

常见的沉砂池有三种类型：矩形的平流型、曝气型以及涡流型。矩形平流型沉砂池的设计基础为，在大多数不利条件下，砂的最轻的颗粒将在达到沉砂池的出口端前沉降至水流通道底部。在曝气沉砂池中，空气沿矩形槽的一侧引入，形成于通过水槽的水流垂直的螺旋流。具有较快沉降速度的较重砂粒沉降到水槽底。较轻的，主要是有机颗粒呈悬浮状态流过水槽。旋转速度可以控制去除给定相对密度的颗粒尺寸。如果速度过大，砂将被载带出沉砂池；如果速度太小，有机物将与砂一道去除（如果后续的工艺中有生物处理，则可能令到有机碳源不足）。不过，空气量的调节比较方便，通过调节的曝气量可达到很高的去除率。相比其他两种类型的沉砂池，曝气型沉砂池最的的好处即是在曝气过程中，砂砾可被很好的清洗，从而去除一部分附着在砂砾上的有机物，因此沉淀的砂砾将不会产生大量的臭气并吸引蚊虫等。但是在有工业废水的集水系统内，该类型的沉砂池比较少用。主要是工业废水可能含有挥发性有机化合物，曝气池内的空气搅动可能带出大量挥发性有机物，会对污水厂的操作人员以及环境造成危害。涡流型沉砂池的设计原理是在涡轮或者入水水力条件下，是圆柱形沉砂池中形成涡流。此时密度大于水的颗粒逸出。砂靠重力沉降至装置的底部，有机物则基本随出水流出。基本的砂水分离示意图如下。图例W砾图例W砾图2.34-涡流型沉砂池望后石污水处理厂旧有的沉砂池为一种较为陈旧的曝气平流型沉砂池。在之前的现场参观时发现有大量的砂砾沉积物集聚在沉砂池的底部，而且清砂的工作需要人工完成在污水厂的改善工程中，涡流型沉砂池将代替原有处理工艺。新配备的涡流式沉砂池具有占地面积小的特点，并且砂砾的去除率也高于其他各种沉沙工艺。根据设计，配备的4个沉砂池中，有三个保持正常运作即可处理峰值流量的污水，另外一个沉砂池则作为备用。

®aTic-n-KJri1截面图X,®aTic-n-KJri1截面图X,沉初池图2.35-沉砂池过滤后的污水将由切向进入涡流式沉砂池，有助于形成涡流。沉砂池同时配备有机械搅拌器，可以保证了沉砂池中恒定的流速，在离心力和重力的作用下，协助有机物与砂砾的分离。砂砾先由重力沉降至沉砂池底部的漏斗中，再从底部由气力提升泵（每个沉