淺談曝氣沉砂池的設(shè)計(jì)與運(yùn)行

楊 琨

（天津市市政工程設(shè)計(jì)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(yù)處理設(shè)施，通常設(shè)置在細(xì)格柵之后。由于城市污水中含有無(wú)機(jī)砂粒和一些油脂類物質(zhì)，若不經(jīng)過(guò)預(yù)處理，可能會(huì)給后續(xù)生化處理裝置以及污泥處理設(shè)備的運(yùn)行帶來(lái)影響。曝氣沉砂池是預(yù)處理除油沉砂效果較好的一種。

1 曝氣沉砂池簡(jiǎn)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(fēng)機(jī)曝氣的作用下，使污水水流在池內(nèi)呈螺旋狀前進(jìn)，縱向水流為平流形式，橫向水流為旋流形式，進(jìn)水方向與旋流方向一致。在池子縱向水流方向的一側(cè)設(shè)置曝氣設(shè)施，通過(guò)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(jī)顆粒經(jīng)常處于懸浮狀態(tài)，通過(guò)曝氣使無(wú)機(jī)顆?；ハ嗄Σ敛⒊惺芷貧獾募羟辛Γコ傲Ｉ厦娓街挠袡C(jī)污染物，使包裹在砂粒表面的有機(jī)物得到分離，同時(shí)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(xù)處理。另外，由于曝氣的氣浮作用，污水中的油脂類物質(zhì)會(huì)在除渣區(qū)浮出水面，達(dá)到從污水中分離的目的。

1.2 工藝流程

污水處理廠進(jìn)水通過(guò)粗格柵進(jìn)水泵房提升后，經(jīng)過(guò)細(xì)格柵進(jìn)入曝氣沉砂池，在空氣擴(kuò)散裝置的作用下，污水合成螺旋推流流態(tài)，使有機(jī)物保持懸浮，油脂隨氣泡上??；砂粒旋至外側(cè)，并在旋轉(zhuǎn)摩擦作用下洗清砂表面附著物，凈砂沉淀。浮渣隨刮渣設(shè)備排至浮渣槽，進(jìn)入浮渣井，經(jīng)螺旋壓榨后外運(yùn)處置；沉砂通過(guò)氣提將砂水混合物排至排砂斗，泵送至砂水分離器進(jìn)行砂水分離，凈砂外運(yùn)（見圖1）。

圖1 曝氣沉砂池工藝流程

1.3 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

表1為主要設(shè)計(jì)參數(shù)。

表1 國(guó)內(nèi)外曝氣沉砂池主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比表

因此，建議曝氣沉砂池設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

（1）污水廠高日高時(shí)流量的水力停留時(shí)間根據(jù)室外排水規(guī)范要求應(yīng)大于2 min，但根據(jù)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的進(jìn)水SS值可適當(dāng)增加。一般曝氣沉砂池設(shè)計(jì)水力停留時(shí)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(shè)計(jì)水深宜為2～3 m，寬深比宜為1～2，長(zhǎng)寬比宜為5，當(dāng)長(zhǎng)寬比較大時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)計(jì)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(jù)曝氣管在池中水下淹沒(méi)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(jì)算一般按照1 m3污水出0.03 L干砂計(jì)算，具體視當(dāng)?shù)匚鬯|(zhì)情況而定。排砂斗按2 d存砂量考慮容積。

2 曝氣沉砂池運(yùn)行管理存在的問(wèn)題及解決方式

2.1 曝氣沉砂池表面浮渣問(wèn)題

曝氣沉砂池表面被分成兩個(gè)區(qū)，較大的范圍為旋流區(qū)，較小的即為穩(wěn)流區(qū)。運(yùn)行過(guò)程中沉砂池表面出現(xiàn)大量泡沫，而且有些漂浮在旋流區(qū)表面，浮渣耙不能發(fā)揮作用，聚集在旋流區(qū)表面的浮渣泡沫隨水通過(guò)沉砂池出水堰流入生化段，當(dāng)帶有浮渣泡沫的污水流過(guò)巴氏計(jì)量槽時(shí)，會(huì)引起流量計(jì)計(jì)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(fù)荷，而且影響了出水水質(zhì)。

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(qū)和穩(wěn)流區(qū)被擋板完全分開，漂浮在旋流區(qū)表面的浮渣不能完全到達(dá)穩(wěn)流區(qū)表面，不能通過(guò)穩(wěn)流區(qū)上方的浮渣耙刮至浮渣槽，得到有效去除，因此旋流區(qū)浮渣即隨水通過(guò)溢流堰流出。

針對(duì)以上現(xiàn)象考慮以下方案解決旋流區(qū)浮渣問(wèn)題。

（1）控制好沉砂池?fù)醢宓挠行Ц叨?，通常考慮擋板頂高出有效水位高程2 cm，作為穩(wěn)流區(qū)浮渣擋板。

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

（3）考慮到巴氏計(jì)量槽通常使用的是超聲波液位計(jì)，當(dāng)液面上有浮渣泡沫時(shí)，測(cè)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(jì)測(cè)得的液位更加準(zhǔn)確。

2.2 浮渣收集系統(tǒng)問(wèn)題

通常浮渣槽采用混凝土矩形槽，設(shè)于曝氣沉砂池一端，浮渣槽一側(cè)接浮渣井，內(nèi)設(shè)潛水排渣泵，此種排浮渣方式存在以下問(wèn)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(shí)，大部分水被瀝掉，槽內(nèi)浮渣含水率小于80%，粘稠且纖維多，以致流動(dòng)性較差，不能自流至浮渣井中，大量存于浮渣槽內(nèi)。

（2）針對(duì)浮渣不能自流至浮渣井內(nèi)的問(wèn)題，可采用水沖的方法，但浮渣進(jìn)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(huì)被浮渣堵死，大量浮渣仍然存于浮渣井內(nèi)。

（3）由于浮渣油脂含量較高，粘度大，泵送管道經(jīng)常堵塞，難以疏通。

由于以上問(wèn)題的存在，排渣系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)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(wèn)題。

（1）在浮渣槽內(nèi)安裝一臺(tái)螺旋輸送機(jī)，將浮渣定時(shí)螺旋送入，解決了浮渣槽內(nèi)的浮渣流動(dòng)性差的問(wèn)題。

（2）通過(guò)伸出的螺旋輸送機(jī)出口直接接壓榨機(jī)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(wèn)題。

螺旋輸送機(jī)和砂水分離器可通過(guò)自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

2.3 提砂系統(tǒng)故障

很多曝氣沉砂池的提砂系統(tǒng)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(yùn)行過(guò)程中常出現(xiàn)以下問(wèn)題。

（1）雜物及砂經(jīng)常堵塞吸砂泵腔。

（2）曝氣沉砂池內(nèi)吸砂泵的垂直管道經(jīng)常被砂粒等雜物堵塞。

（3）控制系統(tǒng)顯示泵在運(yùn)行狀態(tài)卻提不出砂。

（4）經(jīng)常發(fā)生機(jī)械密封泄漏，泵軸彎曲磨損或燒毀電機(jī)定子線圈的事故。

分析以上現(xiàn)象，可能產(chǎn)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(jì)水頭損失。

（2）吸砂泵一段時(shí)間磨損后，流量和揚(yáng)程都會(huì)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(tái)吸砂泵可能因葉輪的磨損程度不同造成各自的流量和揚(yáng)程出現(xiàn)差異，導(dǎo)致?lián)P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(dú)立排砂。氣源采用空壓機(jī)提供的壓縮空氣。

3 結(jié)語(yǔ)

以上分析是基于對(duì)污水行業(yè)內(nèi)曝氣沉砂池的設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理的總結(jié)而闡述的。針對(duì)設(shè)計(jì)手冊(cè)、規(guī)范要求，以及實(shí)際運(yùn)行時(shí)國(guó)內(nèi)外污水廠曝氣沉砂池的運(yùn)行效果，得出了上述結(jié)論，希望能對(duì)行業(yè)內(nèi)類似的曝氣沉砂池設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理提供一些借鑒。