污水除砂初步設(shè)計

1、污水除砂研究方案初步設(shè)計編制單位：重慶市能源環(huán)境研究中心2012年7月、項目概況水是生命之源，是一個城市、社會可持續(xù)發(fā)展的前提條件。我國 水資源占有總量位居世界第6位，但人均占有量卻排在世界第121位， 只有世界人均占有量的1/4,是全球13個貧水國家之一。根據(jù)水利部 門的預(yù)測，到2030年我國人口增至16億時，人均水資源將降低到1760 m3,總?cè)彼繉⑦_到400500億m3，已經(jīng)達到了世界公認(rèn)的缺水警 戒線。1、城市污水處理的現(xiàn)狀城市化是人類進步的標(biāo)志，自上世紀(jì)90年代后，我國城市化速 度進一步加快。城市數(shù)量與規(guī)模的迅速增加與擴張，帶來了嚴(yán)重的城 市生活污水和垃圾污染問題。近10年來，我國

2、城市生活污水排放量 每年以5%的速度遞增，2011中國環(huán)境狀況公報顯示，2011年， 全國廢水排放總量為652.1億1，化學(xué)需氧量排放總量為2499.9萬 噸，氨氮排放總量為260.4萬噸。無論出于資源的回收再利用，還是 環(huán)境保護的角度，污水處理課題日益重要。而目前，我國城市的污水 處理率為69%，歐美發(fā)達國家的污水處理率一般都在80%以上，美國、 荷蘭等國家的污水處理率甚至超過90%，與發(fā)達國家相比我國污水處 理率存在著明顯的差距。2、砂對污水處理工藝的影響一般城市污水的沉砂量可按100萬m3污水沉砂30 m3計算，其含水 率為60%，密度為1 500 kg/m3，但有些污水處理廠進水口水樣

3、檢測中 經(jīng)常高于上述數(shù)值，甚至是設(shè)計含砂量的23倍。污水中含砂量的增 加給運行中各道工序帶來影響，對污水處理系統(tǒng)的日常運行是十分不 利的。對沉砂池前工序的影響進水泵房前池是泵房的集水區(qū)域，且成了污水中粗顆粒的沉砂 池。在進水通道中有擴散和死角處積砂更嚴(yán)重，使水泵進水的水量受 阻，運行不平穩(wěn)，噪聲增大，同時也加劇了葉輪及蝸殼的磨損。污水 通過格柵時，易在格柵的前面積砂，若不及時清除會縮小格柵有效過 流面積，使柵條處流速增加，并影響格柵截留物的機械耙除；甚至積 砂崩塌時會堵塞、損壞泵機，嚴(yán)重影響生產(chǎn)；對細(xì)格柵也有影響，如 階梯式細(xì)格柵，底部的積砂可使柵條變形，加速傳動機構(gòu)磨損。對沉砂池后工序的影響

4、國內(nèi)許多污水處理廠的沉砂池停留時間在3min左右，大約是德國 污水處理廠沉砂池停留時的1/61/3。如此短的停留時間造成許多細(xì)砂 隨沉砂池出水進入初沉池，使初沉池的排泥設(shè)備磨損加劇。螺桿泵是 常用的排泥泵，錠子成分為橡膠，在運行時遇到砂粒會使泵的壽命大 大縮短。據(jù)了解，一些受砂影響的螺桿泵錠子壽命只有三個月。在污 泥處理系統(tǒng)中，由于砂粒具有流動性差、易沉積的特點，會引起污泥 管道堵塞、消化池底部積砂，從而影響消化池的正常運行和沼氣產(chǎn)量。 在污泥脫水過程中，污泥中的細(xì)砂對脫水也會帶來影響，堵塞帶式壓 濾機濾布中的微孔，而濾布中嵌著的細(xì)砂不易被脫水機的濾布沖洗系 統(tǒng)沖洗干凈。二、立項的必要性砂在污

5、水處理運行系統(tǒng)中的存在和不能及時處理，已成為污水處 理成本高和設(shè)備損耗未嚴(yán)重的重要原因之一。如何除砂、在什么位置 除砂、采取何種工藝除砂效果更好，以及用于評定除砂效果的污水含 砂量的檢測標(biāo)準(zhǔn)已成為水務(wù)工作者共同思考的科題。1、污水含沙量的檢測的必要性我國污水管道系統(tǒng)多是雨水和生活污水混流的。在排水管網(wǎng)中， 雨污分流系統(tǒng)不完善或雨水管誤接入污水管道內(nèi)，使雨水帶著大量泥 砂進入污水管道。同時一些單位不文明施工，將施工中產(chǎn)生的泥漿未 經(jīng)沉淀就直接排入排水管網(wǎng)，因而我國污水中砂含量高。目前，污水中砂含量的標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，重慶污水公司采用了河道 測泥沙含量的方法對污水中砂含量進行了測試分析。發(fā)現(xiàn)測試結(jié)果隨

6、 測試時間和測試前后位置變化的波動大，準(zhǔn)確性不好。污水中有機泥 和有機懸浮質(zhì)含量高，對測砂干擾較大。綜上所述，為評價和提高污水除砂效果，研究適合于污水中砂含量的檢測標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)用于污水中砂含量的實時監(jiān)測以迫在眉睫。2、重慶污水全系統(tǒng)砂處理的必要性重慶主城排水工程主要包括：四個污水處理廠（雞冠石污水處理 廠、渝中污水處理廠、唐家橋污水處理廠、唐家沱污水處理廠）、城 A、B、C、D四條主截流干管和195條二級管組成的排水管網(wǎng)，涉及 主城5區(qū)（渝中、沙坪壩、江北、九龍坡、南岸）的21個排水流域， 服務(wù)人口超過500萬人。2007年共處理污水2.7億m3，COD消減量達7 萬噸，污水收集率已達75%，處

7、理率100%。運行情況較好。由于重慶市為山城地貌，自然形成的雨污合流沖溝就成為二級管 網(wǎng)截流的主要對象。這部分天然沖溝，夾雜大量泥沙進入下游的污水 處理廠。在很大程度上影響了主城排水系統(tǒng)的正常及安全運行。表1 為部分沉砂裝置的運行現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)其除砂效率較低，遠(yuǎn)不能達到設(shè)計 和實際工藝要求。表1部分沉砂設(shè)施的除砂現(xiàn)狀設(shè)備運行現(xiàn)狀設(shè)計指標(biāo)渝中區(qū)污水處理廠平流沉砂池綜合除砂率為34%左 右，0.2mm粒徑泥沙 去除率54%無雞冠石污水處理廠旋流沉砂池0.2mm以上的沙礫的 綜合去除率僅為22.65%除砂率：=0.1mm65%，=0.2mm85%，=0.3mm95%根據(jù)主城排水工程將近7年的運行報告，泥

8、沙對于污水處理廠設(shè) 備的影響日趨嚴(yán)重。其中，由于小粒徑泥沙的啟動流速非常小，遠(yuǎn)遠(yuǎn) 小于管網(wǎng)實測流速，故脫除率低，對設(shè)備磨損嚴(yán)重。因此，在重慶污水公司現(xiàn)有狀況下，采取相關(guān)工程措施，使水流 夾沙能力降低，進一步提高除砂率，尤其是=0.2mm粒徑泥沙的脫除 率，從而降低設(shè)備損耗及后續(xù)處理成本是必要的。3、聚合硫酸鐵加入設(shè)備改進的必要性目前在城市用水和工業(yè)廢水處理工藝中，國內(nèi)外普遍使用既經(jīng)濟 又簡便的絮凝沉淀法來凈化水質(zhì)，在工業(yè)廢水、生活污水的處理，以 及水質(zhì)深度凈化、回收利用、污泥處理中，它都往往成為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 絮凝效果的好壞會影響到水處理工藝后續(xù)流程的處理費用，甚至影響 最終出水的質(zhì)量。與其他水處

9、理法比較，絮凝沉降法的優(yōu)點是設(shè)備簡 單，維護操作簡便，處理效果好，間歇或連續(xù)運行均可。重慶污水處理現(xiàn)使用的聚合硫酸鐵加入工藝，是將聚合硫酸鐵濃 溶液在稀釋池中稀釋后經(jīng)過長的管道運輸后分流加入到曝氣池末端。 管道末端出水口結(jié)品堵塞嚴(yán)重，影響聚合硫酸鐵在整個水流端面的均 勻分布，對P的去除不利。同時，每千噸污水聚合硫酸鐵的加入量是 5Kg，處于一個富余過量水平。而污水在不同時段來水量和水中磷含 量是變化的，客觀上對聚合硫酸鐵的需求量是也變化的。針對上述現(xiàn)實，改進現(xiàn)有設(shè)備，并開發(fā)聚合硫酸鐵的自動化加入 裝置，實現(xiàn)水量、磷含量和聚合硫酸鐵加入量的聯(lián)動，并解決其管道 結(jié)品的問題已迫在眉睫。針對重慶市排水

10、系統(tǒng)聚合硫酸鐵加入裝置進入管結(jié)品堵塞嚴(yán)重的現(xiàn)狀，研制自動加入設(shè)備，并開發(fā)新的工藝方法。三、技術(shù)方案1、編制原則和依據(jù)此文為項目研究方案初步設(shè)計，是依據(jù)重慶污水處理系統(tǒng)泥沙處 理裝置和脫磷裝置運行現(xiàn)狀，結(jié)合我們掌握的項目研究可行性分析、 具備的研究條件、技術(shù)力量和管理方法進行編制。編制原則不改動現(xiàn)有管網(wǎng)，基建投資省、運行費用低。工藝流程簡單、構(gòu)筑物少，運行管理方便。因地制宜，考慮重慶的污水特質(zhì)和山城特色，充分利用現(xiàn)有污水 高度落差。具有一定承受水量、水質(zhì)沖擊負(fù)荷的能力。編制依據(jù)國家、行業(yè)及地方現(xiàn)行有關(guān)政策、法律、法令、法規(guī)。充分響應(yīng)并滿足本項目改進方案的初步設(shè)想。本單位的相關(guān)制度與規(guī)定。本單位具

11、備的研究條件和技術(shù)規(guī)范。2、功能要求以重慶市日常污水為研究對象，通過對現(xiàn)有執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的改進， 設(shè)計新的、切實可行的污水含砂量檢測標(biāo)準(zhǔn)。針對重慶市排水系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備的現(xiàn)狀，典型輸水段的流場特性等研究，設(shè)計合適的，考慮全流域的除砂設(shè)施。3、除砂基本原理污水中砂的運輸泥沙在管道輸送工程中，由于重力作用，在橫截面上會形成上稀 下密的濃度分布，上下流速也不同。這是管道水力輸送固體顆粒最為 常見的現(xiàn)象。Wilson針對這一特點，提出了 “兩層”的概念，即管 道橫截面上泥沙稀疏的區(qū)域為上層，剩下的區(qū)域為下層。上層低濃度 區(qū)，顆粒以懸移質(zhì)形式運動;下層高濃度區(qū)的顆粒大部分以推移質(zhì)形 式運動。各層均假定為均勻連續(xù)介

12、質(zhì)，分別考慮各層運動狀況及顆粒 的存在對流動的影響。兩層模型的建立是基于一系列的平衡方程，包 括管路中上下層混合物的質(zhì)量和動量平衡方程。取單位管長為控制 體，控制體內(nèi)混合物的流動是恒定的，各項物理參數(shù)均用控制體內(nèi)各 相的平均值來表示。懸移質(zhì)和推移質(zhì)中固體顆粒與載流體之間的速度 滑移忽略不計。將質(zhì)量守衡定律應(yīng)用到兩層模型中，可得：總流量方程：VmA=V1A1+V2A2(1)固相流量方程：CvdVmA=C1A1V1+C2A2V2(2)式中：VmY表混合物的平均流速;Cvd表示泥沙的輸送濃度;A為管道橫截面積;V1、V2表示上、下層平均流速;A1、A2表示 上、下層的橫截面積；C1、C2表示上、下層

13、的平均濃度。污水中砂的脫除擬采用平流沉沙與旋流沉砂并舉的方式，考慮污水中砂含量及有 機質(zhì)、離子含量，因地制宜，選取重慶現(xiàn)有污水管網(wǎng)的合適節(jié)點，在 不大改重慶現(xiàn)有污水管網(wǎng)設(shè)施設(shè)備的情況下，通過擋流板，導(dǎo)流槽設(shè) 施的修建，改變節(jié)點處污水流場，延長水力停留時間并形成局部旋流， 實現(xiàn)砂水分離，從而達到提高除砂率的目的?？刂企w數(shù)據(jù)獲取，重慶市能源環(huán)境研究中心將根據(jù)重慶污水特 點，使用流體力學(xué)計算軟件FLUENT6，以Wilson模型進行模擬計算。 并將在實驗室搭建水力學(xué)模型，以物理模擬、數(shù)學(xué)模擬相結(jié)合的方式， 選取合理的控制體幾何數(shù)據(jù)及其他關(guān)鍵數(shù)據(jù)。4、排砂設(shè)備分離出來的泥沙，采用重力排砂為主、機械排砂

14、并用方式排出。 并注重積累運行資料，為進一步改進工藝，提高系統(tǒng)效率，降低運行 能耗和設(shè)備損耗積累數(shù)據(jù)。5、聚合硫酸鐵自動加入設(shè)備聚合硫酸鐵(PFS)是另一種新型無機絮凝劑，70年代首先由日本 研制成功，80年代初開始投入工業(yè)化生產(chǎn)與應(yīng)用，PFS是硫酸鐵在水 中水解一絮凝過程的一個中間體。絮凝機理與PAC類似。除具有鋁鹽 類無機高分子絮凝劑特點外，還具有價格低、pH值適用范圍寬及腐 蝕性小等優(yōu)點。重慶市能源環(huán)境研究中心設(shè)計的聚合硫酸鐵自動加入設(shè)備，主要 由料桶、加料管路、熱水清洗管路、污水流量和P含量檢測、中心控 制計算機等部分組成。料桶主要有投料口和混合器組成；加料管路主要由過濾器、計量泵、質(zhì)

15、量流量計、電控球閥、噴嘴 等組成；清洗管路主要由加熱器、過濾器、電控球閥等組成；污水流量和P含量檢測部分主要有流量計、P含量測定裝置組成；中心控制計算機部分由工業(yè)控制計算機和重慶能源環(huán)境研究中 心自主開發(fā)的控制軟件組成。加料過程的工作原理如下：聚合硫酸鐵加入料桶，稀釋攪拌后進入加料管路，通過電控球閥 控制，經(jīng)過計量泵以一定壓力輸送到噴嘴，霧化后噴出。加料管路與 清洗管路串聯(lián)，每次噴出聚合硫酸鐵溶液后，自動噴出熱水清洗管路 及噴嘴，避免阻塞。加料量由中心控制計算機基于來流污水流量和？ 含量檢測數(shù)值進行計算，并以流出污水?含量檢測數(shù)值作為反饋，通 過計算實現(xiàn)對聚合硫酸鐵自動加入過程的閉環(huán)控制，實現(xiàn)加料過程的 持續(xù)、穩(wěn)定、精確。T設(shè)定加斗止控器$4 計里.” 4加由 $廿計 卜1對于加料系統(tǒng)的控制，可以在自動和手動方式下按照多種模式進 行切換。系統(tǒng)提供了兩種手動方式方便用戶的操作和控制：用戶可以將加料控制脫離自動控制狀態(tài)，直接設(shè)定