物理处理技术——沉砂池

来源：东隆  日期：2014-05-19

   一、沉砂池的作用

   污水中含有一定的无机物，当其进入到处理构筑物后，可能会在流速缓慢的地方沉下来，也会随污泥进入到污泥处理系统，并破坏管道和机构，为此设沉砂池。其功能是从废水中分离相对密度较大的无机颗粒，将粒径大于0.2mm的砂粒去除。它一般设在泵站、沉淀池之前，用于保护机件和管道免受磨损，还能使沉淀池中污泥具有良好流动性，能防止排放与输送管道被堵塞；且能使无机颗粒和有机颗粒分别分离，便于分离处理和处置。
   沉砂池的工作是以重力分离作为基础（一般属自由沉淀类型），把沉砂池内的水流速度控制到一定的程度，从而只能使相对密度大的无机颗粒沉淀，而有机颗粒可随水流出。

   二、沉砂池的分类

   按池内水流方向的不同，可分为平流式沉砂池和涡流式沉砂池，近年来曝气沉砂池在国内也有应用。

   1、平流式沉砂池   其结构简单，截留效果好，是沉砂池中常用的一种。这种池子的水流部分，实际上是一个加宽加深的明渠，两端设有闸板，以控制水流，池底设1～2个贮砂斗，利用重力排砂，也可用射流泵或螺旋泵排砂。为保证沉砂池有很好的沉砂性能，又使密度较小的有机悬浮物颗粒不被截留，应合理控制水流流速，一般在0.15.～03m/s之间。这样仍会使废水中的一部分有机悬浮物在池中沉积，或使有机颗粒附着在砂粒表面随其沉积下来了。普通沉砂池截留的沉砂中夹杂一些有机物，影响截留效果，原因是其进、出水部分的形式对运行有很大的影响。为了保证进水均匀，在进口设置了多个可调节的导流布水板，出水采用固定堰，沉砂通过机械刮砂机刮向池子一边的出砂口中。又由于污水进入池中后流速较小，许多污泥和有机物也会在池中沉淀。为了分离沉砂中的污泥和有机物，这种沉砂池通常带有往复耙提升坡道式筛分机。在沉砂向上的运动过程中，污泥和有机物从沉砂中分离出来。分离出的砂子通过回流装置回流至沉砂池中。用这种方法分离的砂子比较干净，含水量也较低。因为有机物的包裹作用，往往会影响沉砂效果，因此可采用曝气沉砂池。

   2、曝气沉砂池    采用曝气沉砂池可在一定程度上克服平流式沉砂池的缺点。曝气沉砂池是一长形渠道，沿池壁一侧距池底60～90cm处设曝气装置，在其下部设集砂斗，池底坡度为0.1～0.5，以保证砂子滑入。在曝气的作用下，水流在池内呈螺旋状前进，水中的有机颗粒处于悬浮状态，砂粒间摩擦并受曝气剪切力的作用，这就能清除砂粒上附着的有机污染物，从而取得较为纯净的砂粒。砂粒在重力和旋流力的作用下，沉到池底与水分离。所排出的砂粒，有机物一般占5%，搁置一段时间后不会腐败。

   在曝气作用下，水在池内呈螺旋状前进，水流旋转速度在池过水断面中心处最小，而四周最大。空气量应保证池中水的旋流速度为0.3m/s左右，所需的空气量为2～3立方米/池表面积，池的有效水深为1～3m，宽深比为1∶15。
曝气沉砂池与普通沉砂池相比具有以下优点：

  （1） 沉砂中有机物含量低，不易腐败。

  （2） 有曝气作用，可脱水，改善水质，有利于后续处理。

  （3） 有的曝气沉砂池两侧设有除浮油的功能，使水中的浮油在沉砂池内一起去除。

曝气沉砂池的设计参数如下：

 （1） 旋流速度应保持0.25～0.3m/s，水平流速为0.06～0.12m/s。

 （2） 最大流量时停留时间为1～3min。

 （3） 有效水深2～3m，宽深比一般用1～2；长宽比可达5∶1，再大时可设横向挡板。

 （4） 空气扩散管应设在池的一侧，距池底0.6～0.9m，送气管应设置调节气量的阀门。

 （5） 池的进、出口应防止短路，进水方向应与旋流方向一致，出水方向与进水方向垂直，并设挡板；池的形状应尽可能不产生偏流和死角，集砂槽附近设纵向挡板；池中应考虑消泡措施。

  3、涡流式沉砂池    20世纪80年代在欧洲出现了涡流沉砂池，呈圆形，占地很小，与平流沉砂池相比可省一半占地面积，表面可封闭，散发到空气中的臭味较小。最关键的部分是没有大型的排砂设备，通过砂泵吸排或用真空从上面吸排，操作点只有一个，刮砂机沿池的两头来回行走。

   它是利用水力涡流，使泥砂和有机物分开去除砂。水沿切线方向进入圆形沉砂池，进水渠道末端设一铁水槛，使可能沉积的砂粒向下滑入沉砂池；同时还设一个挡板，使水流及砂粒进入沉砂池时向池底流去，并加强附壁效应。在沉砂池中间设调速板，使池内的水流保持环流。浆板、挡板、进水水流组合在一起在池内产生螺旋状环流，在重力作用下将砂子沉下并向池中心移动，考虑到水流流速的特点，最后将沉砂落入砂斗。池内的环流在池壁处向下，到池中间向上，加上浆板的作用，有机物在池中心部位向上升起，随出水流入后续构筑物（包括平底式和斜底式）。其排砂方式有三种。一种是通过砂泵、空气提升器（在浆板传动轴中插入一空气提升器）及在传动轴中插入砂泵，泵与电机设在池顶部，靠它们在上面形成旋流将沉砂池的砂粒从水中分离出来汇集于中心池底的砂斗槽的。另一种是进水通过长度在4.5m以上的直渠池的切线方向进入池子，再沿池壁做圆周运动并形成向下旋流，将较重的砂粒抛向池壁后而向下滑动至砂斗再一种是在池子进口处设有一导向挡板，促进形成向下的旋流，池中心设有可调速的旋转桨板推动水流旋转，促使沿切线方向的进水、进门导向挡板和桨板搅拌器三者合成水流螺旋状态，在水流向下旋转中将重的砂粒抛向池壁后下滑至砂斗的同时，中心向上旋流将较轻的有机物从池中提升至池顶后随水流出，沉积的砂粒由压缩空气提升或砂泵从池底砂斗中抽出。
  涡流式沉砂池的设计参数如下：

 （1）水力表面负荷约200立方米/（平方米·h），水力停留时间约为20～30s。

 （2） 进水渠道直段长度为渠宽的7倍，并不小于4.5m，以保证平稳的进水条件。

 （3） 进水渠道流速在最大流量的40%～80%情况下为0.6～0.9m/s，最小流量时大于0.15m/s，最大流量时不大于1.2m/s；出水渠道与进水渠道的夹角为270°，以最大限度地延伸停留时间，两种渠道均设在池上部以避免扰动砂子。

 （4） 出水渠道宽为进水渠道宽的2倍，出水渠道的直线段长度相当于出水渠的宽度。

 （5） 沉砂池前设格栅，下游处设堰板或计量堰，以保持池内水位。