污水處理廠沉砂池設(shè)計計算

污水處理廠沉砂池設(shè)計計算

沉砂池是城市污水處理廠的一個極其重要的一級處理結(jié)構(gòu)。其功能主要是去除砂、石等比較大的無機物。按污水在沉砂池中的流態(tài),沉砂池分為4種:豎流式沉砂池,渦流式沉砂池,平流式沉砂池和曝氣沉砂池。豎流式沉砂池除砂效率差,運行管理不便,因而在國內(nèi)外城市污水處理廠很少采用。渦流式沉砂池盡管有占地小,除砂效率高等優(yōu)點,在發(fā)達國家得到較廣泛的應(yīng)用,然而,與這種池型配套的除砂設(shè)備均為國外專利,因此,渦流式沉砂池在國內(nèi)的普及為時尚早。平流式沉砂池構(gòu)造簡單,除砂效率好,由于配套的除砂設(shè)備國產(chǎn)化率高,因此它成為國內(nèi)在建城市污水處理廠的主要池型。曝氣沉砂池雖然除砂效率高,特別是具有有機物與砂分離效果好等優(yōu)點,似乎大有取代平流式沉砂池之勢,但在南方城市污水處理廠水質(zhì)濃度較低的情況下,曝氣沉砂池并未發(fā)揮出應(yīng)有的優(yōu)勢。況且,曝氣沉砂池的基本池型仍然是平流式沉砂池池型。對于曝氣沉砂池的設(shè)計計算,國內(nèi)已有學(xué)者進行了探討,而平流式沉砂池的設(shè)計計算,國內(nèi)尚無報道。為此,本文探討平流式沉砂池的設(shè)計計算。1工程實例分析平流式沉砂池的設(shè)計一般按池內(nèi)水平流速和停留時間來確定。國外平流式沉砂池的設(shè)計參數(shù)為:池內(nèi)水平流速0.3m/s,停留時間60s。我國現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范為:池內(nèi)水平流速:(0.15～0.3)m/s,停留時間(最大流量時)應(yīng)不小于30s。從按現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計的國內(nèi)城市污水廠內(nèi)平流式沉砂池運行情況看,或多或少存在著影響后續(xù)處理構(gòu)筑物正常運行的問題。試舉如下工程實例為證:例1湖北黃石某污水處理廠處理合流制城市污水,采用普通活性污泥法二級生物處理工藝。污水處理工藝流程如圖1所示。該廠平流式沉砂池按池內(nèi)水平流速0.3m/s,停留時間30s設(shè)計(符合現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范)。重力式砂斗沉砂,快開式閥門排砂。污水廠投產(chǎn)運行后不久,發(fā)現(xiàn)曝氣池配水渠積砂嚴重,影響配水;進而發(fā)展到曝氣池、二沉池池底積砂嚴重,池容減少。以致每年需停產(chǎn)數(shù)次,對曝氣池和二沉池進行停產(chǎn)檢修。例2廣西桂林某污水廠處理合流制城市污水,采取氧化溝二級生物處理工藝。污水處理流程如圖2所示。該廠平流式沉砂池設(shè)計參數(shù)取值符合現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范,即池內(nèi)水平流速0.3m/s,停留時間30s。除砂設(shè)備采用鏈條式刮砂機。該廠試運行期間,發(fā)現(xiàn)氧化溝內(nèi)沉砂較多,尤其在氧化溝水流轉(zhuǎn)彎處,沉砂堆積接近水面。雖經(jīng)提高表曝機葉輪轉(zhuǎn)速,輔助人工清淤,但收效甚微。運行期間,還發(fā)生幅流式二沉池排泥管堵塞現(xiàn)象多次,嚴重影響污水廠的正常運行。2影響平流沉砂池效率的因素2.1沉砂池的設(shè)置問題初沉池是城市污水廠的一種預(yù)處理構(gòu)筑物,通常設(shè)置在沉砂池之后。其作用是降低城市污水中的懸浮固體濃度和一部分有機物。按照城市污水二級處理工藝要求,有需要設(shè)置和不需要設(shè)置初沉池兩種情況。通常,采取普通活性污泥法二級生物處理的城市污水廠必須設(shè)置初沉池。因為較長停留時間((1.0～2.0)h)的初沉池彌補了按現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計的平流式沉砂池內(nèi)水平流速過快、停留時間過短的不足,大量來不及在平流式沉砂池沉淀的小粒徑雜質(zhì)在初沉池得到有效的沉淀,從而保證曝氣池、二沉池等處理構(gòu)筑物的正常運行。這也是為什么設(shè)置在平流式沉砂池之后的初沉池排泥中有機物所占比例較大的原因。由此可見,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處理廠(如采用氧化溝處理工藝),若平流式沉砂池按現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計,運行中常常出現(xiàn)本文例2中的問題。根據(jù)對例2氧化溝內(nèi)沉積物取樣篩分,分析結(jié)果如表1所示。由表1可見,按水平流速0.3m/s,停留時間30s設(shè)計的平流式沉砂池盡管對粒徑0.20mm以上的雜質(zhì)去除率達到90%以上,但對0.1mm粒徑的雜質(zhì)去除率僅為35%左右。2.2離射式砂泵除砂機的優(yōu)勢平流式沉砂池國產(chǎn)機械除砂設(shè)備一般有鏈條式刮砂機和行車式砂泵除砂機。兩者的除砂效果誰優(yōu)誰劣?據(jù)對廣西桂林市兩座城市污水廠(水質(zhì)相似)不同沉砂池、不同除砂機的除砂效率進行取樣篩分,分析結(jié)果如表2所示。在表2中,似乎設(shè)置的沉砂池池型及其設(shè)計參數(shù)不一樣,采用的除砂設(shè)備也不一樣,根本無法比較兩種不同除砂設(shè)備的優(yōu)劣。然而有一點是毫無疑問的,那就是在停止曝氣狀態(tài)下的曝氣沉砂池,由于池內(nèi)水平流速比平流式沉砂池慢,停留時間比平流式沉砂池長,雖然對0.20mm以上的砂粒去除率相差不大,但對細小粒徑的砂粒去除率比平流式沉砂池高得多。在缺乏可比資料情況下,仍然可以從行車式砂泵除砂機和鏈條式刮砂機的結(jié)構(gòu)和除砂原理兩方面進行分析。行車式砂泵除砂機采用砂泵吸砂,輔助砂水分離器的有效分離,使得該設(shè)備對細小砂粒的去除具有獨特的優(yōu)勢。而鏈條式刮砂機的刮板刮砂動作與池內(nèi)水流相反,由于刮板刮砂時的攪動與水流的裹攜作用,沉淀在沉砂池末端的細小砂粒在被刮至砂斗前極易泛起,并被水流帶入后續(xù)處理構(gòu)筑物。換而言之,同一池型的沉砂池,采用鏈條式刮砂機除砂效率遠不如采用行車式砂泵除砂機除砂效率高。2.3排水系統(tǒng)處理工藝合流制排水系統(tǒng)接納的城市污水不同于分流制排水系統(tǒng)。前者由于暴雨對屋面、街道的沖刷,使得進入城市污水廠平流式沉砂池的合流制污水夾帶大量來自建筑工地、燃燒小煤爐的泥沙煤屑等雜質(zhì)。如果設(shè)計的平流式沉砂池內(nèi)水平流速過快、停留時間不足,則許多雜質(zhì)來不及沉淀,過快的水流將雜質(zhì)帶入后續(xù)處理構(gòu)筑物,從而影響后續(xù)處理構(gòu)筑物的運行,甚至危及整個污水廠的正常運行。與此相反,分流制排水系統(tǒng)接納的城市污水,水量穩(wěn)定,所含雜質(zhì)量少,所以,采取較大的水平流速和較短的停留時間,往往能獲得理想的除砂效果。盡管上述因素會影響平流式沉砂池的除砂效率,但決定平流式沉砂池的沉砂效率的應(yīng)該首推水力停留時間和池內(nèi)水平流速。追溯城市污水生物處理百余年歷史,可以看出傳統(tǒng)的普通活性污泥法一直居統(tǒng)治地位,初沉池設(shè)置在沉砂池后、曝氣池前已作為固定處理工藝流程普及開來。平流式沉砂池的設(shè)計參數(shù)是按去除粒徑大于0.20mm的砂粒(密度為2.65)、去除率大于95%而確定的,對于小粒徑的砂粒去除,則由初沉池完成。然而,隨著20世紀七十、八十年代革新的活性污泥法的迅猛發(fā)展,不少二級生物處理工藝流程中取消了初沉池,因此對城市污水生物處理前的預(yù)處理要求有了很大的變化。在平流式沉砂池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的曝氣沉砂池較好地適應(yīng)了這種變化,較慢的池內(nèi)水平流速((0.06～0.12)m/s),較長的停留時間((1～3)min),使得曝氣沉砂池除砂效率遠高于平流式沉砂池。顯然,面對日益發(fā)展起來的活性污泥法新工藝,平流式沉砂池現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范已不合時宜了。從沉砂池的發(fā)展趨勢看,采取較長的停留時間是沉砂池的發(fā)展方向。德國對曝氣沉砂池停留時間的選擇——旱季流量時為20min,雨季流量時為10min——就是證明。3平流沉砂池設(shè)計3.1處理工藝選擇現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范中的設(shè)計參數(shù)適宜于采取普通活性污泥法處理工藝流程,即平流式沉砂池后接初沉池。除砂設(shè)備可選鏈條式刮砂機。為減緩刮板的磨損,采用鏈條式刮砂機的平流式沉砂池底部宜滿鋪厚(4～6)mm的鋼板。3.2投資許可情況下,宜優(yōu)先采用投資許可情況下的投資許可情況,在投資許可情況下,宜選擇投資許可情況下的投資許可情況下,宜優(yōu)先采用投資許可情況下,投資許可情況下,宜優(yōu)先采用投資許可情況下,宜優(yōu)先采用投資許可情況下投資許可情況下,宜優(yōu)先采用投資許可情況下投資許可情況下,宜優(yōu)先采用投資許可情況下投資許可情況下,宜優(yōu)先采用投資許可情況下投資許可情況下,宜優(yōu)先采用投資許可情況下投資許可情況下,宜優(yōu)先采用投資許可機行車式砂泵除砂機除砂效果優(yōu)于鏈條式刮砂機,在投資許可情況下,宜優(yōu)先采用。鑒于行車式砂泵除砂機砂泵易磨損的問題,有條件者,可采