污水处理厂沉砂池设计计算

污水处理厂沉砂池设计计算

沉砂池是城市污水处理厂的一个极其重要的一级处理结构。其功能主要是去除砂、石等比较大的无机物。按污水在沉砂池中的流态,沉砂池分为4种:竖流式沉砂池,涡流式沉砂池,平流式沉砂池和曝气沉砂池。竖流式沉砂池除砂效率差,运行管理不便,因而在国内外城市污水处理厂很少采用。涡流式沉砂池尽管有占地小,除砂效率高等优点,在发达国家得到较广泛的应用,然而,与这种池型配套的除砂设备均为国外专利,因此,涡流式沉砂池在国内的普及为时尚早。平流式沉砂池构造简单,除砂效率好,由于配套的除砂设备国产化率高,因此它成为国内在建城市污水处理厂的主要池型。曝气沉砂池虽然除砂效率高,特别是具有有机物与砂分离效果好等优点,似乎大有取代平流式沉砂池之势,但在南方城市污水处理厂水质浓度较低的情况下,曝气沉砂池并未发挥出应有的优势。况且,曝气沉砂池的基本池型仍然是平流式沉砂池池型。对于曝气沉砂池的设计计算,国内已有学者进行了探讨,而平流式沉砂池的设计计算,国内尚无报道。为此,本文探讨平流式沉砂池的设计计算。1工程实例分析平流式沉砂池的设计一般按池内水平流速和停留时间来确定。国外平流式沉砂池的设计参数为:池内水平流速0.3m/s,停留时间60s。我国现行设计规范为:池内水平流速:(0.15～0.3)m/s,停留时间(最大流量时)应不小于30s。从按现行规范设计的国内城市污水厂内平流式沉砂池运行情况看,或多或少存在着影响后续处理构筑物正常运行的问题。试举如下工程实例为证:例1湖北黄石某污水处理厂处理合流制城市污水,采用普通活性污泥法二级生物处理工艺。污水处理工艺流程如图1所示。该厂平流式沉砂池按池内水平流速0.3m/s,停留时间30s设计(符合现行设计规范)。重力式砂斗沉砂,快开式阀门排砂。污水厂投产运行后不久,发现曝气池配水渠积砂严重,影响配水;进而发展到曝气池、二沉池池底积砂严重,池容减少。以致每年需停产数次,对曝气池和二沉池进行停产检修。例2广西桂林某污水厂处理合流制城市污水,采取氧化沟二级生物处理工艺。污水处理流程如图2所示。该厂平流式沉砂池设计参数取值符合现行设计规范,即池内水平流速0.3m/s,停留时间30s。除砂设备采用链条式刮砂机。该厂试运行期间,发现氧化沟内沉砂较多,尤其在氧化沟水流转弯处,沉砂堆积接近水面。虽经提高表曝机叶轮转速,辅助人工清淤,但收效甚微。运行期间,还发生幅流式二沉池排泥管堵塞现象多次,严重影响污水厂的正常运行。2影响平流沉砂池效率的因素2.1沉砂池的设置问题初沉池是城市污水厂的一种预处理构筑物,通常设置在沉砂池之后。其作用是降低城市污水中的悬浮固体浓度和一部分有机物。按照城市污水二级处理工艺要求,有需要设置和不需要设置初沉池两种情况。通常,采取普通活性污泥法二级生物处理的城市污水厂必须设置初沉池。因为较长停留时间((1.0～2.0)h)的初沉池弥补了按现行规范设计的平流式沉砂池内水平流速过快、停留时间过短的不足,大量来不及在平流式沉砂池沉淀的小粒径杂质在初沉池得到有效的沉淀,从而保证曝气池、二沉池等处理构筑物的正常运行。这也是为什么设置在平流式沉砂池之后的初沉池排泥中有机物所占比例较大的原因。由此可见,本文例1中取消初沉池的做法是不可取的。取消初沉池的城市污水处理厂(如采用氧化沟处理工艺),若平流式沉砂池按现行规范设计,运行中常常出现本文例2中的问题。根据对例2氧化沟内沉积物取样筛分,分析结果如表1所示。由表1可见,按水平流速0.3m/s,停留时间30s设计的平流式沉砂池尽管对粒径0.20mm以上的杂质去除率达到90%以上,但对0.1mm粒径的杂质去除率仅为35%左右。2.2离射式砂泵除砂机的优势平流式沉砂池国产机械除砂设备一般有链条式刮砂机和行车式砂泵除砂机。两者的除砂效果谁优谁劣?据对广西桂林市两座城市污水厂(水质相似)不同沉砂池、不同除砂机的除砂效率进行取样筛分,分析结果如表2所示。在表2中,似乎设置的沉砂池池型及其设计参数不一样,采用的除砂设备也不一样,根本无法比较两种不同除砂设备的优劣。然而有一点是毫无疑问的,那就是在停止曝气状态下的曝气沉砂池,由于池内水平流速比平流式沉砂池慢,停留时间比平流式沉砂池长,虽然对0.20mm以上的砂粒去除率相差不大,但对细小粒径的砂粒去除率比平流式沉砂池高得多。在缺乏可比资料情况下,仍然可以从行车式砂泵除砂机和链条式刮砂机的结构和除砂原理两方面进行分析。行车式砂泵除砂机采用砂泵吸砂,辅助砂水分离器的有效分离,使得该设备对细小砂粒的去除具有独特的优势。而链条式刮砂机的刮板刮砂动作与池内水流相反,由于刮板刮砂时的搅动与水流的裹携作用,沉淀在沉砂池末端的细小砂粒在被刮至砂斗前极易泛起,并被水流带入后续处理构筑物。换而言之,同一池型的沉砂池,采用链条式刮砂机除砂效率远不如采用行车式砂泵除砂机除砂效率高。2.3排水系统处理工艺合流制排水系统接纳的城市污水不同于分流制排水系统。前者由于暴雨对屋面、街道的冲刷,使得进入城市污水厂平流式沉砂池的合流制污水夹带大量来自建筑工地、燃烧小煤炉的泥沙煤屑等杂质。如果设计的平流式沉砂池内水平流速过快、停留时间不足,则许多杂质来不及沉淀,过快的水流将杂质带入后续处理构筑物,从而影响后续处理构筑物的运行,甚至危及整个污水厂的正常运行。与此相反,分流制排水系统接纳的城市污水,水量稳定,所含杂质量少,所以,采取较大的水平流速和较短的停留时间,往往能获得理想的除砂效果。尽管上述因素会影响平流式沉砂池的除砂效率,但决定平流式沉砂池的沉砂效率的应该首推水力停留时间和池内水平流速。追溯城市污水生物处理百余年历史,可以看出传统的普通活性污泥法一直居统治地位,初沉池设置在沉砂池后、曝气池前已作为固定处理工艺流程普及开来。平流式沉砂池的设计参数是按去除粒径大于0.20mm的砂粒(密度为2.65)、去除率大于95%而确定的,对于小粒径的砂粒去除,则由初沉池完成。然而,随着20世纪七十、八十年代革新的活性污泥法的迅猛发展,不少二级生物处理工艺流程中取消了初沉池,因此对城市污水生物处理前的预处理要求有了很大的变化。在平流式沉砂池基础上发展起来的曝气沉砂池较好地适应了这种变化,较慢的池内水平流速((0.06～0.12)m/s),较长的停留时间((1～3)min),使得曝气沉砂池除砂效率远高于平流式沉砂池。显然,面对日益发展起来的活性污泥法新工艺,平流式沉砂池现行设计规范已不合时宜了。从沉砂池的发展趋势看,采取较长的停留时间是沉砂池的发展方向。德国对曝气沉砂池停留时间的选择——旱季流量时为20min,雨季流量时为10min——就是证明。3平流沉砂池设计3.1处理工艺选择现行设计规范中的设计参数适宜于采取普通活性污泥法处理工艺流程,即平流式沉砂池后接初沉池。除砂设备可选链条式刮砂机。为减缓刮板的磨损,采用链条式刮砂机的平流式沉砂池底部宜满铺厚(4～6)mm的钢板。3.2投资许可情况下,宜优先采用投资许可情况下的投资许可情况,在投资许可情况下,宜选择投资许可情况下的投资许可情况下,宜优先采用投资许可情况下,投资许可情况下,宜优先采用投资许可情况下,宜优先采用投资许可情况下投资许可情况下,宜优先采用投资许可情况下投资许可情况下,宜优先采用投资许可情况下投资许可情况下,宜优先采用投资许可情况下投资许可情况下,宜优先采用投资许可情况下投资许可情况下,宜优先采用投资许可机行车式砂泵除砂机除砂效果优于链条式刮砂机,在投资许可情况下,宜优先采用。鉴于行车式砂泵除砂机砂泵易磨损的问题,有条件者,可采