禹海斌 甘雨虹

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)

易被忽视的城市污水处理设施曝气沉砂池

禹海斌 甘雨虹

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)

介绍了曝气沉砂池的类型、作用、设计参数，结合曝气沉砂池的工作原理，对沉砂池的构造、曝气设备的选择、沉砂池的设计参数等进行了研究，并总结了采用曝气沉砂池的注意事项，以促使城市污水处理工艺的出水效果达到最佳。

沉砂池，曝气，参数，设计，计算

沉砂池是城市污水处理厂工艺设计中不可缺少的一个一级污水处理单元，沉砂池的处理效果好坏，带来的影响通常是较为隐性的，需要长期积累才会显现出来的，所以工程师们在城市污水处理厂工艺选择及设计中往往对沉砂池的设计缺乏足够的重视，甚至有时为了省事，干脆就简单的套用其他地区的设计图纸，未考虑到我国各地区市政管网普及情况和城市污水处理厂进水水质及水量差异，存在的问题和带来的结果自然是显而易见的，对后续的城市污水处理厂处理水质及设备等均将带来不可估量的后果，污水中的砂子对处理工艺中所用设备的运转带来磨损，设备的不正常运行导致污水处理效果达不到设计的结果，可见沉砂池其实是城市污水处理厂工艺设计中的一个重要的预处理设施，不可小瞧、忽视，反而要仔细认真的计算和设计，以保证后续污水处理单元的良好运行效果。

1 沉砂池介绍

1.1 沉砂池的分类

按照池型可分为平流式、竖流式、旋流式及曝气沉砂池四种；按池内水流方向可分为平流式、竖流式、旋流式三种。

1.2 沉砂池的位置

根据国内城市外污水处理厂运行处理效果和管理经验，结合城市污水处理工艺理论知识，沉砂池应该设置在格栅后，初沉池或调节池前。

1.3 沉砂池的作用

1)去除污水中砂子、煤渣、残渣粒(包括蛋壳、骨屑、食物残渣等)、石子等密度较大的无机颗粒，以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行；

2)防止活动的机械设备受到磨损而带来不正常的损耗，影响城市处理厂的正常运行；

3)减少在管道、渠道和导管中形成重沉积物，长期淤积堵塞管道，影响城市处理厂的正常运行；

4)减少后续池由于砂过分累积引起的清理频率，影响城市处理厂的正常运行。

1.4 沉砂池的设计参数

沉砂池设计去除粒径大于0.2 mm以上的颗粒；沉砂池设计个数或分格数不应少于2个，并宜按并联设置；污水的沉砂量可按每10 000 m3污水沉砂0.3 m3计算，其含水率为60%；砂斗容积应按不大于2 d的沉沙量计算，斗壁和水平面的倾角不应小于55°；排砂管直径不应小于200 mm；沉砂池超高不宜小于0.3 m。

2 沉砂池的应用

根据沉砂池的一般规定知道了沉砂池设计中应该满足的基本情况，下面是水流及污水处理工艺对沉砂池的要求和应用。

1)流速波动大时，不宜采用平流式沉砂池，对除砂效果的影响很大，甚至起不到除砂的效果；2)用地紧张或征地费用高，排水体制为分流制，后续设置厌氧池需脱氮、除磷的污水处理工艺，宜采用旋流沉砂池，机械脱砂；3)对水量波动较大，工艺上有去除油脂及油要求的污水处理系统，宜采用曝气沉砂池，它可以通过调节曝气量，控制污水旋流速度，使除砂效果较稳定，受流量变化影响小，同时还对污水起预曝气作用。

结合现实生活中居民生活排污情况，污水中含有大量的油和油脂及杂质，在城市污水处理厂预处理中不仅要去除杂质，而且去除油和油脂也是工艺设计中要求的一部分，故在当今的城市污水处理工艺中设置沉砂池是必要的，且应以采用曝气沉砂池为主流，这为后续的污水处理工艺设计将起到积极的预处理作用。

3 曝气沉砂池设计及应用经验

3.1 曝气沉砂池的工作原理

通过在曝气沉砂池内一侧鼓入空气，会使水流产生垂直于水平轴的竖向流，其与在沉砂池内的水平流叠加产生螺旋流，这使污水中的有机颗粒经常处于悬浮状态，砂砾互相摩擦并受曝气的剪切力，能够去除沙粒上附着的有机污染物，有利于取得较为纯净的砂砾。由于旋流产生的离心力，把比重较大的无机物颗粒甩向外层而下沉，比重较轻的有机物旋至水流的中心部位随水带走，油类和浮渣等比重较轻的杂质在气体的作用下上浮于水面被刮渣机刮除至撇渣斗后外运。沙粒在重力和旋流力的综合作用下沉到池底与水分离，后进入砂水分离间进行砂水分离。

从曝气沉砂池中排出的砂中有机物只占5%左右，一般搁置一段时间也不会腐败。

在曝气作用下，污水在池内呈螺旋状前进的流动形式，水流旋转速度在池过水断面中心处最小，而四周最大，这就是能够选择性脱砂的主要原因。

曝气沉砂池水力流态及工作原理示意图见图1，图2。

3.2 曝气沉砂池的构造

曝气沉砂池是一个长条形的渠道式构筑物，在设计中应以尽可能不产生偏流和死角为原则，在砂槽上方宜安装纵向挡板，进出水口布置应防止产生短流。

在渠道一侧的整个长度上，距池底60 cm～90 cm处设置曝气装置。

在池底设置沉砂斗，池底有i=0.01～0.05的坡度，以保证砂粒滑入砂槽内。

为了使曝气能起到内回流的作用，在必要时可在设置曝气装置一侧的墙壁上装设挡板。

3.3 曝气沉砂池中曝气的作用

曝气有利于使污水中的污染物相互摩擦，使颗粒表面有机物容易去除，有利于颗粒混合絮凝沉淀。

此处曝气在整个城市污水处理工艺中起到了预曝气、预充氧的作用，也起到防止污水腐化的作用。

3.4 曝气沉砂池曝气设备选择

根据实际运行经验及反复计算复核，得出结论为曝气沉砂池的曝气设备宜采用穿孔曝气装置，并设有空气气量调节阀门，孔径为2.5 mm～6.0 mm，曝气管距池底高度约0.6 m～0.9 m。

3.5 曝气沉砂池的设计参数

在满足沉砂池一般规定外，曝气沉砂池还应满足的具体规定主要有：旋流速度应保持在0.25 m/s～0.3 m/s；水平流速为0.06 m/s～0.12 m/s；最大流量时停留时间为1 min～3 min；有效水深2 m～3 m；宽深比一般采用1～2；长宽比不大于5；污水的曝气量为0.2 m3/m3空气。

3.6 曝气沉砂池的计算过程

池子总有效容积(m3)：V=Qmax×t×60；

水流断面面积(m2)(设v1=0.1 m/s)：A=Qmax/v1；

池总宽度(m)：B=A/h2；

每格池子宽度(m)(设n≥2 格)：b=B/n；

池长(m)：L=V/A；

每小时所需空气量(m3/h)：q=d×Qmax×3 600；

沉砂斗所需容积(m3)：V砂=(Qmax×d×T×86 400)/(k2×1 000 000)；

沉砂斗高度(m)：h3=h3′+0.06×(L-2b2-b′)；

沉砂斗上下口宽度关系：b2=2h3′/tg60°+b1；

沉砂斗的容积:V1=1/3×h3′×(S1+S2+(S1×S2)0.5)；

池总高度(m)：h=h1(超高)+h2(有效水深)+h3(沉砂斗高度)；

核算最小流速(m/s)：Vmin=Qmin/(n1×Amin)。

其中，Qmax为最大设计流量；t为最大设计流量时的流行时间，一般设为t=2 min～4 min；v1为最大设计流量时的水平流速，一般为0.06 m/s～0.12 m/s；h2为设计有效水深，一般设为h2=2 m～3 m；d为每立方米污水所需空气量；k2为生活污水流量的总变化系数；T为排砂时间间隔；n为设计分格数；n1为最小流量时工作的沉砂池的数目；Qmin为最小设计流量；Amin为最小流量时水流断面面积；h2为有效水深；h3′为沉砂斗高度；h1为设计超高；S1，S2分别为沉砂斗上下口的面积；b1为沉砂斗底宽；b2为沉砂斗上口宽；斗壁与水平面的倾角60°。

4 采用曝气沉砂池的注意事项

1)根据污水处理厂实际运行效果及通过计算、反复验算得出经验，一般日处理量8万t以上的城市污水处理厂宜采用曝气沉砂池设施；2)对于要求生物除磷的城市污水处理厂工艺一般不采用曝气沉砂池，而采用旋流沉砂池，利用机械设备，控制水流，加速沉砂；3)由于目前城市市政管道不完善，雨、污水分流不彻底，城市污水处理厂进水水量不稳定，且远小于设计值，工艺设计中配置的鼓风机供气量过大，且无法调节，导致进水中含氧量过高，使后续反硝化段、厌氧段、缺氧段的DO(溶解氧量)值高，破坏了各段的处理效果，影响出水总磷和总氮指标，达不到设计的指标，并导致运行成本增加，因此根据城市污水处理厂实际工艺运行、生产情况必须按比例降低曝气沉砂池的供气量，即降低进入污水中的含氧量，保证后续各段处理单元的处理效果；4)在曝气沉砂池中要去除直径大于0.2 mm的颗粒，通常需要污水中颗粒维持0.3 m/s的旋转速度，在池中至少旋转3圈。在实际运行中可以通过调整曝气强度来改变旋流速度和旋转圈数，保证达到稳定的除砂效率。当进入曝气沉砂池的污水量增大时，水平流速也会加大，此时可通过提高曝气强度来提高旋流速度，以达到维持旋转圈数不变的效果；5)曝气沉砂池的曝气作用通常会使池面上积聚一些有机浮渣及无机漂浮物，要及时清除，以免重新进入水中随水流进入后续污水处理系统，增加后续城市处理设施的运行负荷。

[1] 张中和.给水排水设计手册(第5册)[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[2] 互联网关于沉砂池设计的资料[Z].

[3] 各类关于沉砂池设计及应用的图书[Z].

[4] 设备厂家关于沉砂池设计运行的建议[Z].

Easily overlooked aeration grit chamber of urban sewage treatment construction

YU Hai-bin GAN Yu-hong

(TaiyuanMunicipalEngineeringDesignResearchInstitute,Taiyuan030002,China)

This paper introduced the types, role, design parameters of aeration grit chamber, combining with the work principle of aeration grit chamber, researched the grit chamber structure, aeration equipment selection, grit chamber design parameters and so on, and summarized the matters needing attention in using aeration grit chamber, made the effluent effect of urban sewage treatment process to achieve the best.

grit chamber, aeration, parameter, design, calculation

1009-6825(2014)35-0148-02

2014-10-09

禹海斌(1976- )，男，工程师; 甘雨虹(1978- )，女，工程师

X703

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