平流式沉砂池設(shè)計(jì)參數(shù)

1、 平流式沉砂池設(shè)計(jì)參數(shù)為了減少城市污水處理系統(tǒng)中水泵與其它機(jī)械設(shè)備的磨損，保證沉淀池、曝氣池等處理構(gòu)筑物功能的正常發(fā)揮，沉砂池是城市污水處理廠必不可少的預(yù)處理構(gòu)筑物。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式沉砂池。豎流式沉砂池除砂效率差，運(yùn)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(diǎn)，在發(fā)達(dá)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(shí)尚早。平流式沉砂池因構(gòu)造簡單，除砂效果好，加之除砂設(shè)備國產(chǎn)化率高，已成為我國城市污水處理廠沉砂池的主要池型。曝氣沉

2、砂池具有除砂效率高，尤其是有機(jī)物與砂分離效果好等優(yōu)點(diǎn)大有取代平流式沉砂池之勢(shì)，但在南方城市污水廠水質(zhì)濃度較低的條件下，曝氣沉砂池并不能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。況且，曝氣沉砂池的基本池型仍是平流式沉砂池。毫無疑義，平流式沉砂池在今后城市污水廠的建設(shè)中，仍將有一席之地。因此，應(yīng)充分重視平流式沉砂池的設(shè)計(jì)。【1】1. 影響平流式沉砂池效率的因素 排水體制合流制排水系統(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(duì)屋面、街道的沖刷，使得進(jìn)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(jì)的平流式沉砂池內(nèi)水平流速過快、停留時(shí)間不足，則許多雜質(zhì)來不及沉淀，過快的水流

3、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(yùn)行，甚至危及整個(gè)污水廠的正常運(yùn)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)質(zhì)量少，所以，采取較大的水平流速和較短的停留時(shí)間，往往能獲得理想的除砂效果。 初沉池 初沉池是城市污水廠一種預(yù)處理構(gòu)筑物，通常設(shè)在沉砂池之后。其作用是降低城市污水中的懸浮固體濃度。按照城市污水二級(jí)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(jí)生物處理的城市污水廠必須設(shè)置初沉池。因?yàn)檩^長時(shí)間停留（1.02.0）h）的初沉池彌補(bǔ)了現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)的平流式沉砂池內(nèi)水平流速過快、停留時(shí)間過短的不足，大量來不及在平流式沉砂池沉淀的小

4、粒徑雜質(zhì)在初沉池得到有效地沉淀，從而保證曝氣池、二沉池等處理構(gòu)筑物的正常運(yùn)行。這也是為什么設(shè)置在平流式沉砂池之后的沉淀池拍你中有機(jī)物所占比例較大的原因。在不需要設(shè)置初沉池的城市污水廠，如果按現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)平流式沉砂池，運(yùn)行中出現(xiàn)排沙管堵塞的問題。平流式沉砂池（在設(shè)計(jì)水平流速0.3ms，停留時(shí)間30s的情況下）盡管對(duì)0.2mm以上的雜質(zhì)去除率達(dá)到了90%，但對(duì)0.1mm粒徑的雜質(zhì)，去除率僅為35%左右?！?】 除砂設(shè)備 除砂設(shè)備用于沉砂池，取出池底截留下來的密度大于水的砂、石等無機(jī)顆粒。隨著處理工藝的發(fā)展，除砂設(shè)備的型式構(gòu)造多種多樣。其集砂方式有兩種：即刮砂型和吸砂型。刮砂型是將沉積在池底的砂粒刮

5、集至池心（邊）坑（溝）內(nèi)，再清洗提升，砂水分離后輸送至池外盛砂容器內(nèi)，待外運(yùn)處置。吸砂型則用砂泵將池底層的砂水混合液抽至池外，經(jīng)砂水分離后的砂粒輸送至盛砂容器內(nèi)待外運(yùn)處置。排砂設(shè)備按排砂方式又分為重力排砂和機(jī)械排砂兩類。重力排砂方式通過在砂斗上加排砂管和雙向密封無凹槽刀閘閥進(jìn)行排砂，配套使用貯砂池進(jìn)行砂水分離。【5】機(jī)械除砂設(shè)備一般有鏈條式刮砂機(jī)和行車式砂泵除沙機(jī)。這兩種除砂設(shè)備除砂效果如表2所示。表2 鏈條式刮砂機(jī)與行車式砂泵除砂機(jī)除砂效率平流式沉砂池（鏈條式刮砂機(jī)）設(shè)計(jì)參數(shù)：池內(nèi)水平流速0.3ms,停留時(shí)間30s.曝氣沉砂池（行車式砂泵除砂機(jī)）設(shè)計(jì)參數(shù)：池內(nèi)水平流速0.1ms,停留時(shí)間15

6、0s.砂粒粒徑mm除砂效率%砂粒粒徑mm除砂效率%（停止曝氣）0.1310.1790.15700.15880.20890.20950.25930.2598在表2中，設(shè)置的沉砂池型及其設(shè)計(jì)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。有一點(diǎn)是肯定的，即停止曝氣狀態(tài)下的曝氣沉砂池由于停留時(shí)間比平流式沉砂池長，池內(nèi)水平流速比平流式沉砂池慢，雖然對(duì)0.20mm以上的砂粒去除率相差不大，但對(duì)細(xì)小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(jī)和鏈條式刮砂機(jī)的結(jié)構(gòu)和除砂原理兩方面進(jìn)行分析。行車式砂泵除砂機(jī)采用砂泵吸砂，輔助砂水分離器的有效分離，使得

7、該設(shè)備對(duì)細(xì)小砂粒的去除率具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。而鏈條式刮砂機(jī)的刮板刮砂動(dòng)作與池內(nèi)水流相反，由于刮板刮砂時(shí)的攪動(dòng)與水流的裹攜作用，沉淀在沉砂池末端的細(xì)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。換言之，同一池型的沉砂池，采用鏈條式刮砂機(jī)除砂效率遠(yuǎn)不如采用行車式砂泵除砂機(jī)除砂效率高。盡管上述因素會(huì)影響平流式沉砂池的除砂效率，但決定平流式沉砂池的塵沙效率的應(yīng)該首推水力停留時(shí)間和池內(nèi)水平流速。2. 沉砂池的改進(jìn)平流式沉砂池的功能是除去城市污水中的砂粒、煤渣、果核等以提高后續(xù)沉淀池中污泥的利用和輸送減輕沉淀池負(fù)荷和改善污泥處理構(gòu)筑物的處理?xiàng)l件。平流式沉砂池在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的關(guān)鍵性問題就是如何通過合

8、理的水力設(shè)計(jì)，使盡可能多的砂粒得以沉降并以可靠便捷的方式排出池外，以及如何使溢出的水含砂量盡可能的少。平流式沉砂池采用分散性顆粒的沉淀理論設(shè)計(jì)，只有當(dāng)污水在沉砂池中的運(yùn)行時(shí)間等于或大一涉及的砂粒沉降時(shí)間時(shí)，才能夠?qū)崿F(xiàn)砂粒的截留，因此池長按照水平流速和污水的停留時(shí)間來確定。按污水的水平流速和停留時(shí)間設(shè)計(jì)平流式沉砂池池長見（1）式L=VT (1) 式中：L沉砂池長度，m;T污水在沉砂池中的停留時(shí)間，s;V沉砂池內(nèi)水流的平均水平流速，ms.由式（1）可知，沉砂池內(nèi)水流的平均流速V越大，則沉砂池的長度L就越長；污水在沉砂池中的停留時(shí)間T越長，即所要沉降的泥砂顆粒粒徑越小，沉砂池的長度就越長。水平流速越

9、小，流速分布越均勻，就越有利于泥砂的沉降，相應(yīng)沉砂池的長度也就越小。而平流式沉砂池污水的停留時(shí)間比較短（一般為30 60s）,在這么短的停留時(shí)間內(nèi)大部分細(xì)顆粒泥砂都會(huì)越過溢流堰進(jìn)入下級(jí)處理系統(tǒng)，所以細(xì)顆粒泥砂的沉淀效率一般都很低，若想要加大細(xì)顆粒泥砂的沉淀效率就勢(shì)必要增大沉砂池的長度，而僅靠加大沉砂池的長度來增大細(xì)顆粒泥砂的沉淀效率是不經(jīng)濟(jì)的。實(shí)際運(yùn)行中，由于進(jìn)水的水量及含砂量的情況是不斷變化的，甚至變化幅度很大，因此當(dāng)進(jìn)水波動(dòng)較大時(shí)，即使沉砂池各種尺寸都滿足設(shè)計(jì)要求，平流式沉砂池的去除效果也還是很難保證。為此，對(duì)傳統(tǒng)的平流式沉砂池進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)提出了一種新型的平流式沉砂池。該沉砂池可以減少

10、沉砂池內(nèi)水流的波動(dòng)，使得沉砂池內(nèi)的流速分布比較均勻，使之在不加大沉砂池長度的前提下提高細(xì)顆粒泥砂的沉淀效率。 增設(shè)調(diào)流墻 沉砂池的進(jìn)水裝置要求水流均勻地分布在整個(gè)池子的橫斷面上，以免造成股流，減少紊流對(duì)沉淀產(chǎn)生的影響，減少死水區(qū)，提高沉砂池的容積利用系數(shù)。沉砂池的進(jìn)水裝置較多采用的是在沉砂池進(jìn)口處設(shè)一穿孔墻，靠增大阻力的辦法使進(jìn)水均勻。但實(shí)際觀測(cè)顯示，穿孔墻雖然對(duì)水流的調(diào)節(jié)具有一定的作用，但效果并不是很明顯，對(duì)較小粒徑的泥沙顆粒還是不能使其沉降在沉砂池內(nèi)，根據(jù)國外所做的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，當(dāng)砂粒D<0.6mm時(shí)，砂粒很容易被水流帶走。為此，對(duì)穿孔墻進(jìn)行了改進(jìn)，即在沉砂池進(jìn)水處，原來穿孔墻位置設(shè)置了

11、調(diào)流墻。調(diào)流墻的目的是在來水流后，在很短的時(shí)間內(nèi)調(diào)整沉砂池內(nèi)的水流結(jié)構(gòu)，使水流流速分布均勻，在沉砂池總體長度不增加的情況下最大限度地增加有效沉砂長度，提高沉砂池的沉砂效率。同時(shí)由于流速分布變得比較均勻，紊動(dòng)影響較弱，這樣污水的停留時(shí)間就會(huì)相應(yīng)加長，從而細(xì)顆粒泥砂的沉淀效率就會(huì)加大。從水力學(xué)角度看，調(diào)流墻的主要作用就是消能，把由入流渠流入的具有較大動(dòng)能和紊動(dòng)強(qiáng)度的污水調(diào)節(jié)成具有較小動(dòng)能和紊動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)使水流流速減小，并且要均勻分布。因此調(diào)流墻的設(shè)計(jì)原則就是使沉砂池內(nèi)的水流流速分布均勻，水流流速小。在沉砂池進(jìn)水處設(shè)置調(diào)流墻后，主要將直接頂沖在調(diào)流墻上，然后對(duì)稱地向兩側(cè)擴(kuò)散。通過試驗(yàn)和水利分析，決定

12、在調(diào)流墻上布設(shè)不同孔徑的孔洞作為出水口，來調(diào)節(jié)水量沿橫向和垂向的分配，是水流經(jīng)過調(diào)流墻后在整個(gè)沉砂池內(nèi)形成均勻的流態(tài)。調(diào)流墻孔徑沿垂向可布設(shè)成幾排，并且每排的孔徑大小應(yīng)不同，一般流速大的位置孔徑應(yīng)當(dāng)小，流速小的位置應(yīng)當(dāng)大；沿橫向同一排孔的孔徑也應(yīng)當(dāng)不同，中間流速大相應(yīng)孔徑應(yīng)當(dāng)小一些，兩側(cè)流速小相應(yīng)孔徑應(yīng)當(dāng)大一些，并且兩側(cè)要對(duì)成分布，最下一排孔應(yīng)高于積泥區(qū)0.5m，以免沖起積泥。此外設(shè)計(jì)調(diào)流墻孔洞是還要考慮過水能力的問題，即要滿足來水流量的要求，不能使調(diào)流墻上下游的水位差過大，也就是要考慮強(qiáng)度問題這就要求調(diào)流墻孔洞的種類數(shù)量不宜過多。 增設(shè)溢流槽 含砂水經(jīng)過沉砂池沉淀處理后，一般由溢流堰流出進(jìn)入

13、后續(xù)沉淀處理系統(tǒng)，由溢流堰流出的水雖然含砂量明顯減少，但仍然還是含有一定數(shù)量的泥砂。我們可以在溢流堰上沿水流方向增設(shè)幾道溢流槽來解決這一問題，通過增設(shè)溢流槽可以有效地增加溢流長度，進(jìn)而可以充分降低溢流堰的堰上水頭，這樣就可以只讓表層含砂量很低的水溢出，從而大大提高沉砂池的沉淀質(zhì)量，特別是對(duì)細(xì)顆粒泥砂的沉淀具有很好的效果。由于沉砂池的進(jìn)水處水流紊動(dòng)較大，若在進(jìn)水處也布設(shè)溢流堰，就會(huì)在溢流槽內(nèi)形成回流，使進(jìn)水處含沙量較大的水進(jìn)入溢流槽，這對(duì)取得表層含沙量小的水反而不利；同時(shí)再考慮到施工和強(qiáng)度等方面的原因，可只在沉砂池末端一定距離內(nèi)布設(shè)溢流槽，這樣既有利于取得表層含沙量小的水，也容易滿足施工和強(qiáng)度等

14、方面的要求。溢流槽的截面形狀可根據(jù)需要和施工方便設(shè)計(jì)成矩形或半圓形。 排砂裝置改進(jìn)以及設(shè)置輔助沖砂設(shè)施 平流式沉砂池常用重力排砂與機(jī)械排砂兩類。重力排砂的有點(diǎn)事排砂的含水率低，排沙量容易計(jì)算，但沉砂池需要高架或挖小車通道，造價(jià)比較高；機(jī)械排砂的有點(diǎn)事機(jī)械化程度高，工作條件好，但同時(shí)也需要許多其他配套設(shè)施，造價(jià)較高。為此，設(shè)計(jì)了一種簡便經(jīng)濟(jì)的排砂方法，既可以進(jìn)行重力排砂又可以進(jìn)行機(jī)械排砂。在沉砂池底部設(shè)置了排砂裝置，由一層帶沖砂孔的平板把上下兩層隔開，上部為明流，流速很低；下部為壓力流，水由上部水池通過沖砂孔口注入下部廊道，廊道內(nèi)流速很高，能夠沖走進(jìn)入廊道內(nèi)的泥砂。當(dāng)沉砂池不進(jìn)行排沙時(shí)，泥砂就會(huì)

15、沉降在沖砂孔的周圍，并由沖砂孔流入排砂廊道，這樣隨著泥砂的不斷沉降，排砂廊道就會(huì)被泥砂填滿，當(dāng)泥砂淤積到一定高度時(shí)就可以用機(jī)械裝置進(jìn)行排砂。但這樣會(huì)很容易造成排砂廊道的堵塞，從而使整個(gè)排砂裝置不能正常工作，可以通過下面的方法來改進(jìn)。a. 設(shè)置沖砂孔。在沉砂池底部平板的一側(cè)間隔設(shè)一些沖砂孔，這樣沉降的泥砂就會(huì)由排砂裝置一側(cè)的沖砂孔進(jìn)入，沖砂孔的最大間距可根據(jù)泥砂的水下休止角和泥砂淤積的形狀通過試驗(yàn)確定。b. 設(shè)豎向擋板。中間設(shè)一豎向擋板，擋板在底部留一開口，當(dāng)不進(jìn)行沖砂時(shí)泥砂就會(huì)沉降在沉砂池的底部，并把沖砂孔覆蓋，一部分泥砂也會(huì)由沖砂孔進(jìn)入排砂廊道，但是由于擋板的開口在下部，擋板一側(cè)上方有一部分

16、氣體的壓強(qiáng)作用，沉降的泥砂就不會(huì)把排砂廊道的整個(gè)截面填滿，于是整個(gè)排砂裝置也就不會(huì)被堵塞。c. 設(shè)置輔助沖砂設(shè)施。當(dāng)不進(jìn)行沖砂時(shí)，淤積在排砂廊道內(nèi)的泥砂可能會(huì)比較密實(shí)，沖洗時(shí) 僅靠由沖砂孔流入的水就不能將廊道內(nèi)的泥砂沖走，于是在排砂廊道側(cè)面設(shè)置了輔助沖砂設(shè)施，其進(jìn)口放置在沉砂池的上游水表面，這樣沖砂時(shí)就可由輔助沖砂設(shè)施流進(jìn)的水對(duì)排砂裝置內(nèi)淤積的泥砂進(jìn)行沖洗，這樣就不會(huì)淤積在廊道內(nèi)；當(dāng)沉砂池連續(xù)沖砂 或不進(jìn)行沖砂時(shí)，可以由設(shè)置的閘門將輔助沖砂設(shè)施關(guān)閉，以節(jié)約沖砂用水?！?】3. 平流式沉砂池設(shè)計(jì)（1）沉砂部分的長度 L L=vt式中：L沉砂池沉砂部分長度，m;v最大設(shè)計(jì)流量時(shí)的速度，m/s;t最

17、大設(shè)計(jì)流量時(shí)的停留時(shí)間，s;(2)水流斷面面積A A=Qmaxv式中：A水流斷面面積，m;Qmax最大設(shè)計(jì)流量，m³s。（3）池總寬度BB=Ah2式中：B池總寬度,m;h2設(shè)計(jì)有效水深，m。（4）貯砂斗所需容積VV=86400Qmax·T·X(1000·Kz)式中：V沉砂斗容積，m³；X城鎮(zhèn)污水的沉砂量，一般采用0.03Lm³；T排砂時(shí)間的間隔，t;Kz污水流量總變化系數(shù)。（5）貯砂斗各部分尺寸計(jì)算設(shè)貯砂斗底部寬b1=0.5m;斗壁與水平面的傾角為60°；則貯砂斗的上口寬b2為：b2=2h3tg60°+b1貯砂斗的

18、容積V1：V1=h3S1+S2+(S1·S2) ½3式中：V1貯砂斗容積，m³ h3貯砂斗高度，m; S1,S2分別為貯砂斗下口和上口的面積，。按這種設(shè)計(jì)方法可能導(dǎo)致計(jì)算得到的貯砂斗上寬大于或小于沉砂池寬的情況，這與工程實(shí)際不符。實(shí)際工程中，貯砂斗上口寬與沉砂池的吃款是相同的，故設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)先確定貯砂斗的上口寬就是沉砂池的池寬，再去設(shè)計(jì)計(jì)算貯砂斗的高度、上口長度，同時(shí)根據(jù)所需容積進(jìn)行校核，而不是事先將貯砂斗的上口定為正方形?！?】（6）貯砂室的高度h3h3=h3+0.06l2=h3+0.06(L-2b2-b) 2(7)池總高度HH=h1+h2+h3式中：H池總高度，m;h1超高，