沉砂池的设计及不同池型的选择
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发布时间：2024-07-24 02:21:19
将表3与表2对比能够准确的看出，当处理＜0.6 mm的砂粒时，曝气沉砂池有着明显的优越性。对0.2～0.4 mm的砂粒，平流式沉砂池仅能截留33.52%，而曝气沉砂池则有65.88%的截留效率，两者相差将近一倍。但对于＞0.6 mm的砂粒，情况恰恰相反，平流式沉砂池的除砂效率要远大于曝气沉砂池。这种差异恰恰说明进水砂粒中的不同粒径级配对于不同沉砂池除砂效率的影响。
摘 要：作为城市污水处理厂预处理设施的沉砂池对保证后续处理构筑物的稳定运行起着及其重要的作用。结合目前国内普遍应用的不一样沉砂池的特点，对其在工程中的适用性及有关问题进行了讨论。
沉砂池是城市污水处理厂必不可少的预处理设施，通常设置在细格栅后以去除进水中的砂粒，保证后续处理构筑物及设备的正常运行。
这两种沉砂池在池型、除砂机理以及提砂方式上均有着非常大的区别，真实的情况究竟孰优孰劣，目前国内仍无第一手的对比测试资料。
采用270°的进出水方式，池体主要由分选区和集砂区两部分构成，其构造特点是在两个分区之间采用斜坡连接。虽然不同的国外公司在此典型结构的基础上开发出了多种多样的变型，但其变化大多分布在在斜坡的倾斜度及搅拌桨的型式上，就砂粒的沉降机理来说应当并无多大差别。
实际工程中，通常以对d＞0.2 mm的砂粒去除效率来衡量沉砂池系统的效率。由于不同沉砂池对于这一类砂粒的去除效率并不相同，因此有必要对不一样沉砂池的实际除砂效率进行测定，但国内目前却几乎看不到此类对比试验，使得对于不同池型去除效率的了解仅能得自有关的推荐数据，这在某些特定的程度上难以反映出线沉砂池的表面积
同时，污水中的油脂类物质在空气的气浮作用下能形成浮渣从而得以被去除，还可起到预曝气的效果。
从水流特性来看，曝气沉砂池的流态并非水平流，由于曝气产生的上升流速作用，水流以螺旋状的流态行进。德国海尔布隆污水处理厂曾在椭圆形曝气沉砂池中对不同流量的各种流速进行测定，结果见表4。
表4椭圆形曝气沉砂池的流速测定流量(L/s)水平流速(m/s)上升流速(m/s)旋流速度(m/s)
平流式沉砂池采用分散性颗粒的沉淀理论设计，只有当污水在沉砂池中的运行时间等于或大于设计的砂粒沉降时间，才可以在一定程度上完成砂粒的截留。因此，沉砂池的池长按照水平流速和污水中的停留时间来确定。由于实际运行中进水的水量及含砂量的情况是一直在变化的，甚至变化幅度很大。因此当进水波动较大时，平流式沉砂池的去除效果很难保证。
目前国际上大范围的应用的旋流沉砂池主要为钟氏(Jones-AttwoodJeta)和比氏(Pista)两大类。从国内应用情况看，源自欧洲的钟氏池及其各变型占绝大多数，估计此现状跟国内污水厂外资部分多来自欧洲的政府贷款有关，此类政府贷款通常会对设备的采购国别提出限制，而产自美国的比氏沉砂池在国内也有一些用户。
对于采用非曝气的普通沉砂池来说，不同粒径的待去除砂粒的沉降速度会影响到沉砂池所需的表面积。表1为国外某公司的推荐值。
表1国外某公司推荐的沉砂池表面积粒径沉降速度(m/s)需要面积(m2/m3)
平流式沉砂池本身不具备分离砂粒上有机物的能力，对于排出的砂粒一定要进行专门的砂洗。
根据国外所做的现场测定，平流式沉砂池所沉砂粒的粒径沿沉砂池长度方向变化，且当d＜0.6 mm时，砂粒非常容易被水流带走。
曝气沉砂池的特点是通过曝气形成水的旋流产生洗砂作用，以提高除砂效率及有机物分离效率。曝气沉砂池的除砂效果见表3。
对于各种不同型式的沉砂池，流速的控制都是很重要的。流速过快会导致小粒径砂粒的带出，而流速过慢又可能会导致水中有机物的沉降。
在具备上述优点的同时，曝气沉砂池在运行中也存在着一定的问题。由于旋流速度在真实的操作中难以测定，只可以通过调节曝气量来控制，但气量调节却难以掌握。气量过大虽能将砂粒冲洗干净，却会降低细小砂粒的去除率；过小又没办法保证足够的旋流速度，起不到曝气沉砂的作用。考虑到水量是一直在变化的，气量却不可能随机调节，实际运行中很难将曝气量始终控制在合适的数值上，往往会存在过度曝气的问题，浪费能量。
⑤污泥中含砂量的增加会大大影响污泥脱水设备的运行。砂粒进入带式脱水机会加剧滤布的磨损，缩短更换周期，同时会影响絮凝效果，降低污泥成饼率。近年来卧螺式离心机在城市污水处理厂中的应用日益广泛，由于该设备是采用高速离心分离的方式，砂粒会大大加剧转筒、螺旋等处的磨损。
从操作环境看，由于曝气沉砂池的操作环境较差，特别是夏季对空气的污染较大。另外，如果不设消泡设施，会有相当多的悬浮物随泡沫带出池体而污染环境。
近年来新建的污水厂中，旋流式沉砂池得到了慢慢的变多的应用。从运作情况看，用户反映普遍良好，认为这类沉砂池具有占地省、除砂效率高、操作环境好、设备运行可靠等优点。
由于城市污水的成分复杂，其中不可避免会有一些油类或油脂类物质。若不经过恰当的预处理，可能会给后续生化装置的运行带来影响，如水中油脂的存在会加速橡胶膜片式曝气器上的橡胶膜片老化，降低溶解氧的转移效率；油脂附着在管道上会影响电磁流量计的测量精度等。目前很多类型的沉砂池并不是都具备去除该类物质的能力。
由以上数据可看出，只要旋流速度保持在0.25～0.35 m/s范围内，就可以获得良好的除砂效果。尽管水平流速因进水流量的波动差别很大，但只要上升流速保持不变，其旋流速度可维持在合适的范围以内。曝气沉砂池的这一特点，使得其拥有非常良好的耐冲击性，对于流量波动较大的污水厂较为适用。
对于不同的城市污水处理厂，其配套集水管网的情况各不相同。如果存在雨水大量进入的可能，则在沉砂池选型、有关设计参数及除砂设备能力配置等方面均需注意。
除砂设备的种类很多，从早期的抓斗式除砂机到后来的链条刮板式刮砂机再到目前普遍采用的泵吸式除砂机以及气提装置等。对于一个污水处理厂来说，设备正常运行的稳定性、可靠性，操作维护是否便捷，常规使用的寿命等问题也都应当是设计人员所关注的。
由于钟氏池的斜坡式设计，使得砂粒的沉降主要是依靠重力，砂粒通过斜坡自然滑入集砂坑。在滑入集砂坑之前，在旋转桨片产生的斜向水流作用下将附在砂粒上的有机物分离开。根据有关制造商提供的曲线，其驱动装置的转速和有机物的分离效率之间有如下关系：
但如果看一下驱动装置通常的运行转速范围，就会发现这一曲线并无多大实用价值。小型钟氏池的转速范围为10～15 r/min，而中型以上则只有10～12 r/min。
对于砂粒的去除效率，在最初的介绍中提到的是“50目(0.297 mm)以上的去除率＞95%”，但近年来慢慢的变多的此类沉砂池供货商在介绍资料或报价中往往会提到“对d＞0.2 mm砂粒的去除率为95%”。这一变化有很大的可能性是针对我国市场的要求，但往往并未提出有说服力的现场测试报告。
由于砂粒表面通常会附着有机物，如果任其随砂粒一道外排，易产生腐化，影响砂粒的最终处置，因此必须将砂粒与有机物分离。对于不同的沉砂池，有的自身即具备砂洗功能，而另一些则一定要采用专门的砂洗装置。脱离后的有机物一般仍回到系统，作为后续生化装置的养分。
采用鼓风曝气的沉砂池，在辅助提高砂粒去除率的同时，还具有预曝气的功能，可降解去除一部分有机污染物。但对于目前国内的很多污水处理厂来说，往往面对的是进水水质指标偏低的情况，生化装置的有机负荷达不到设计能力，甚至存在碳源不足的现象；而对于另外一些采用脱磷工艺的污水厂，除了需要保证足够的碳源外，还要保持厌氧环境。
进水中砂粒粒径d的大小差别很大，从d＜0.6 mm到d＞5 mm不等。对于不同粒径范围的砂粒，不同沉砂池的去除率是不同的。如平流式沉砂池对于粗砂的去除率要高于曝气沉砂池，但对于细砂的截留率则远低于曝气沉砂池。因此严格来说，在进行沉砂池设计时应考虑不一样的地区砂粒中的粒径级配，但客观上这一点却不太可能实现。
近年来，随着国外先进水处理设备的引进，新型沉砂池工艺在国内也得到了慢慢的变多的应用。对于不同型式的沉砂池，其实际运行效果究竟如何，目前尚未看到系统的比较。结合自己的设计经验，从设计原理及工程实践角度对沉砂池工艺做初步分析，以探讨如何在工程中作进一步的合理运用。
虽然沉砂池在污水处理厂的投资、占地等方面所占的比例很小，但其作用却不可忽视。若取消沉砂池，大量砂粒将进入后续各处理单元，给污水厂的正常运行带来诸多隐患：
表3曝气沉砂池的除砂效果筛孔直径(mm)筛余量(g)筛落量(%)砂样质量(g)有机物含量(%)
表2平流式沉砂池的除砂效果筛孔直径(mm)筛余量(g)筛落量(%)砂样质量(g)有机物含量(%)
综合以上各点，能够准确的看出，在进行沉砂池设计时并不能简单地把它作为一个独立的单体进行对待，而应当纳入整个处理系统来进行综合考虑，以作出恰当的选择。
目前国内外普遍采用的沉砂池包括以下几种：平流式沉砂池、曝气沉砂池、旋流式沉砂池(钟氏及比氏)、多尔沉砂池等，竖流式沉砂池则很少在污水厂中使用。传统的平流式沉砂池进入20世纪80年代以后，慢慢的变多地被曝气沉砂池所代替；90年代以后，随着国外设备的引进，旋流式沉砂池慢慢的变多地在城市污水处理厂中得到应用。
对于一座理想的沉砂池，最好在去除所有的无机砂粒的同时，将砂粒表面附着的所有有机组分分离出来，以利于砂粒的最终处置。因此，在进行沉砂池设计时主要需考虑两方面问题：
①如何通过合理的水力设计，使得尽可能多的砂粒得以沉降并以可靠、便捷的方式排出池外。
②采用何种有效的方式，尽可能多地分离附着在砂粒上的有机物，将其送回到污水中。
③对于不设初沉池的处理工艺(如氧化沟、CASS等)或实际运行中由于进水负荷过低而超越初沉池运行的工艺，大量砂粒将立即进入生化池沉积，导致生化池有效容积的减少，同时还会对曝气器产生不利影响。