淺談曝氣沉砂池的設計與運行

楊 琨

（天津市市政工程設計研究院，天津市 300051）

0 前言

沉砂池是污水處理廠必不可少的預處理設施，通常設置在細格柵之后。由于城市污水中含有無機砂粒和一些油脂類物質，若不經過預處理，可能會給后續生化處理裝置以及污泥處理設備的運行帶來影響。曝氣沉砂池是預處理除油沉砂效果較好的一種。

1 曝氣沉砂池簡介

1.1 工作原理

曝氣沉砂池是沉砂池中的一種典型型式，在鼓風機曝氣的作用下，使污水水流在池內呈螺旋狀前進，縱向水流為平流形式，橫向水流為旋流形式，進水方向與旋流方向一致。在池子縱向水流方向的一側設置曝氣設施，通過曝氣可在沉砂池橫斷面形成旋流，使旋流流速不隨流量變化而變化，而受控于曝氣量，使沉砂池不短流。污水中的有機顆粒經常處于懸浮狀態，通過曝氣使無機顆?；ハ嗄Σ敛⒊惺芷貧獾募羟辛Γコ傲Ｉ厦娓街挠袡C污染物，使包裹在砂粒表面的有機物得到分離，同時由于水流的向心力作用，密度比水大的砂粒便沉入池底，從而得到較純凈的砂粒，便于后續處理。另外，由于曝氣的氣浮作用，污水中的油脂類物質會在除渣區浮出水面，達到從污水中分離的目的。

1.2 工藝流程

污水處理廠進水通過粗格柵進水泵房提升后，經過細格柵進入曝氣沉砂池，在空氣擴散裝置的作用下，污水合成螺旋推流流態，使有機物保持懸浮，油脂隨氣泡上?。簧傲Ｐ镣鈧?，并在旋轉摩擦作用下洗清砂表面附著物，凈砂沉淀。浮渣隨刮渣設備排至浮渣槽，進入浮渣井，經螺旋壓榨后外運處置；沉砂通過氣提將砂水混合物排至排砂斗，泵送至砂水分離器進行砂水分離，凈砂外運（見圖1）。

圖1 曝氣沉砂池工藝流程

1.3 主要設計參數

表1為主要設計參數。

表1 國內外曝氣沉砂池主要設計參數對比表

因此，建議曝氣沉砂池設計參數如下。

（1）污水廠高日高時流量的水力停留時間根據室外排水規范要求應大于2 min，但根據實際運行時的進水SS值可適當增加。一般曝氣沉砂池設計水力停留時間為6 min以上，除油和沉砂效果最佳。

（2）曝氣沉砂池縱向水平流速宜控制在0.08～0.12 m/s，橫向旋流流速宜保持在0.25～0.3 m/s。

（3）曝氣沉砂池有效設計水深宜為2～3 m，寬深比宜為1～2，長寬比宜為5，當長寬比較大時，應考慮設計橫向擋板。

（4）處理每立方米污水的曝氣量宜為0.2 m3，或3～5 m3/m2h，也可根據曝氣管在池中水下淹沒深度確定最佳除砂效果的空氣量，一般控制在25～30 m3/mh。

（5）沉砂量計算一般按照1 m3污水出0.03 L干砂計算，具體視當地污水水質情況而定。排砂斗按2 d存砂量考慮容積。

2 曝氣沉砂池運行管理存在的問題及解決方式

2.1 曝氣沉砂池表面浮渣問題

曝氣沉砂池表面被分成兩個區，較大的范圍為旋流區，較小的即為穩流區。運行過程中沉砂池表面出現大量泡沫，而且有些漂浮在旋流區表面，浮渣耙不能發揮作用，聚集在旋流區表面的浮渣泡沫隨水通過沉砂池出水堰流入生化段，當帶有浮渣泡沫的污水流過巴氏計量槽時，會引起流量計計量誤差，流至生化段的浮渣浮在生化池及二沉池表面，不但增加了生化段負荷，而且影響了出水水質。

考慮到城市污水中洗滌劑的成分較高，表面活性劑在曝氣攪拌的作用下形成泡沫，大量泡沫夾帶著浮渣上浮匯集在沉砂池表面。曝氣沉砂池旋流區和穩流區被擋板完全分開，漂浮在旋流區表面的浮渣不能完全到達穩流區表面，不能通過穩流區上方的浮渣耙刮至浮渣槽，得到有效去除，因此旋流區浮渣即隨水通過溢流堰流出。

針對以上現象考慮以下方案解決旋流區浮渣問題。

（1）控制好沉砂池擋板的有效高度，通?？紤]擋板頂高出有效水位高程2 cm，作為穩流區浮渣擋板。

（2）沉砂池出水端采用淹沒出水，表面增設擋水板，水下翻后通過堰外排，擋水板將旋流區浮渣泡沫阻攔，不隨水進入生化段。

（3）考慮到巴氏計量槽通常使用的是超聲波液位計，當液面上有浮渣泡沫時，測量流量偏差較大，可以在超聲波探頭下安裝一套筒，套筒插入液面下，這樣套筒中就不存在浮渣泡沫的干擾了，超聲破液位計測得的液位更加準確。

2.2 浮渣收集系統問題

通常浮渣槽采用混凝土矩形槽，設于曝氣沉砂池一端，浮渣槽一側接浮渣井，內設潛水排渣泵，此種排浮渣方式存在以下問題。

（1）浮渣隨浮渣耙刮板排入浮渣槽，但由于浮渣沿槽斜面端刮起時，大部分水被瀝掉，槽內浮渣含水率小于80%，粘稠且纖維多，以致流動性較差，不能自流至浮渣井中，大量存于浮渣槽內。

（2）針對浮渣不能自流至浮渣井內的問題，可采用水沖的方法，但浮渣進入浮渣井后仍然漂浮在上面，潛水排渣泵只能將水和少量浮渣泵走，隨著水位的下降，排渣泵將會被浮渣堵死，大量浮渣仍然存于浮渣井內。

（3）由于浮渣油脂含量較高，粘度大，泵送管道經常堵塞，難以疏通。

由于以上問題的存在，排渣系統不能實現自動化運行，只有用人工的方法清除浮渣。為此考慮采用以下方案解決排渣問題。

（1）在浮渣槽內安裝一臺螺旋輸送機，將浮渣定時螺旋送入，解決了浮渣槽內的浮渣流動性差的問題。

（2）通過伸出的螺旋輸送機出口直接接壓榨機固液分離，這樣既省去了泵提，又省去了管道輸送，解決了泵堵和管堵的問題。

螺旋輸送機和砂水分離器可通過自控系統實現自動化控制。

2.3 提砂系統故障

很多曝氣沉砂池的提砂系統都采用桁架橋式吸砂泵的吸砂排砂方式，這種吸砂排砂方式運行過程中常出現以下問題。

（1）雜物及砂經常堵塞吸砂泵腔。

（2）曝氣沉砂池內吸砂泵的垂直管道經常被砂粒等雜物堵塞。

（3）控制系統顯示泵在運行狀態卻提不出砂。

（4）經常發生機械密封泄漏，泵軸彎曲磨損或燒毀電機定子線圈的事故。

分析以上現象，可能產生上述故障的原因如下。

（1）吸砂泵出口至砂水分離器的水頭損失較大，多條吸砂泵排砂管合流累計水頭損失。

（2）吸砂泵一段時間磨損后，流量和揚程都會減小，從而使較大的砂粒不能隨水排出至砂水分離器，從而積存于管道中，造成管道堵塞。

（3）由于多條吸砂泵排砂管匯合為一條排出管線，各臺吸砂泵可能因葉輪的磨損程度不同造成各自的流量和揚程出現差異，導致揚程偏小的泵出口壓力減小，而被出口壓力較大泵的排砂污水封堵。

為此考慮采用氣提排砂的方式取代吸砂泵，且提砂管路不匯合，分別獨立排砂。氣源采用空壓機提供的壓縮空氣。

3 結語

以上分析是基于對污水行業內曝氣沉砂池的設計與運行管理的總結而闡述的。針對設計手冊、規范要求，以及實際運行時國內外污水廠曝氣沉砂池的運行效果，得出了上述結論，希望能對行業內類似的曝氣沉砂池設計與運行管理提供一些借鑒。