平流式沉砂池设计参数

平流式沉砂池设计参数

为了减少城市污水处理系统中水泵与其它机械设备的磨损，保证沉淀池、曝气池等处理构筑物功能的正常发挥，沉砂池是城市污水处理厂必不可少的预处理构筑物。按污水在沉砂池中的流态，沉砂池分为4种：竖流式沉砂池，涡流式沉砂池，平流式沉砂池和曝气式沉砂池。

竖流式沉砂池除砂效率差，运行管理不便，因而在国内外城市污水处理厂很少采用。

涡流式沉砂池尽管有占地小，除砂效率高等优点，在发达国家得到较广泛的应用，然而，与这种池型配套的除砂设备均为国外专利，因此，涡流式沉砂池在国内的普及为时尚早。

平流式沉砂池因构造简单，除砂效果好，加之除砂设备国产化率高，已成为我国城市污水处理厂沉砂池的主要池型。

曝气沉砂池具有除砂效率高，尤其是有机物与砂分离效果好等优点大有取代平流式沉砂池之势，但在南方城市污水厂水质浓度较低的条件下，曝气沉砂池并不能充分发挥其优势。况且，曝气沉砂池的基本池型仍是平流式沉砂池。毫无疑义，平流式沉砂池在今后城市污水厂的建设中，仍将有一席之地。因此，应充分重视平流式沉砂池的设计。【1】

1.影响平流式沉砂池效率的因素

①排水体制

合流制排水系统接纳的城市污水不同于分流制排水系统。前者由于暴雨对屋面、街道的冲刷，使得进入城市污水厂平流式沉砂池的合流制污水夹带大量来自建筑工地、燃烧小煤炉的泥沙煤屑等杂质。如果设计的平流式沉砂池内水平流速过快、停留时间不足，则许多杂质来不及沉淀，过快的水流将杂质带入后续处理构筑物，从而影响后续处理构筑物的运行，甚至危及整个污水厂的正常运行。与此相反，分流制排水系统接纳的城市污水，水量稳定，所含杂质质量少，所以，采取较大的水平流速和较短的停留时间，往往能获得理想的除砂效果。

②初沉池

初沉池是城市污水厂一种预处理构筑物，通常设在沉砂池之后。其作用是降低城市污水中的悬浮固体浓度。按照城市污水二级处理工艺要求，有需要设置和不需要设置初沉池两种情况。

通常，采取普通活性污泥法二级生物处理的城市污水厂必须设置初沉池。因为较长时间停留（（1.0~2.0）h）的初沉池弥补了现行规范设计的平流式沉砂池内水平流速过快、停留时间过短的不足，大量来不及在平流式沉砂池沉淀的小粒径杂质在初沉池得到有效地沉淀，从而保证曝气池、二沉池等处理构筑物的正常运行。这也是为什么设置在平流式沉砂池之后的沉淀池拍你中有机物所占比例较大的原因。

在不需要设置初沉池的城市污水厂，如果按现行规范设计平流式沉砂池，运行中出现排沙管堵塞的问题。平流式沉砂池（在设计水平流速0.3m∕s，停留时间30s的情况下）尽管对0.2mm 以上的杂质去除率达到了90%，但对0.1mm粒径的杂质，去除率仅为35%左右。【2】

③除砂设备

除砂设备用于沉砂池，取出池底截留下来的密度大于水的砂、石等无机颗粒。随着处理工艺的发展，除砂设备的型式构造多种多样。其集砂方式有两种：即刮砂型和吸砂型。刮砂型是将沉积在池底的砂粒刮集至池心（边）坑（沟）内，再清洗提升，砂水分离后输送至池外盛砂容器内，待外运处置。吸砂型则用砂泵将池底层的砂水混合液抽至池外，经砂水分离后的砂粒输送至盛砂容器内待外运处置。排砂设备按排砂方式又分为重力排砂和机械排砂两类。重力排砂方式通过在砂斗上加排砂管和双向密封无凹槽刀闸阀进行排砂，配套使用贮砂池进行砂水分离。【5】机械除砂设备一般有链条式刮砂机和行车式砂泵除沙机。这两种除砂设备除砂效果如表2所示。

在表2中，设置的沉砂池型及其设计参数不一样，采用的除砂设备也不一样，根本无法比较两种不同除砂设备的优劣。有一点是肯定的，即停止曝气状态下的曝气沉砂池由于停留时间比平流式沉砂池长，池内水平流速比平流式沉砂池慢，虽然对0.20mm以上的砂粒去除率相差不大，但对细小砂粒去除率比平流式沉砂池高得多。

在缺乏可比资料情况下，仍然可以从行车式砂泵除砂机和链条式刮砂机的结构和除砂原理两方面进行分析。

行车式砂泵除砂机采用砂泵吸砂，辅助砂水分离器的有效分离，使得该设备对细小砂粒的去除率具有独特的优势。而链条式刮砂机的刮板刮砂动作与池内水流相反，由于刮板刮砂时的搅动与水流的裹携作用，沉淀在沉砂池末端的细小砂粒在被刮至砂斗前极易泛起，并被水流带入后续处理构筑物。换言之，同一池型的沉砂池，采用链条式刮砂机除砂效率远不如采用行车式砂泵除砂机除砂效率高。

尽管上述因素会影响平流式沉砂池的除砂效率，但决定平流式沉砂池的尘沙效率的应该首推水力停留时间和池内水平流速。

2.沉砂池的改进

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．以提高后续沉淀池中污泥的利用和输送．减轻沉淀池负荷和改善污泥处理构筑物的处理条件。平流式沉砂池在设计时要考虑的关键性问题就是如何通过合理的水力设计，使尽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尽可能的少。

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一涉及的砂粒沉降时间时，才能够实现砂粒的截留，因此池长按照水平流速和污水的停留时间来确定。

按污水的水平流速和停留时间设计平流式沉砂池池长见（1）式

L=VT (1)

式中：L—沉砂池长度，m;

T—污水在沉砂池中的停留时间，s;

V—沉砂池内水流的平均水平流速，m∕s.

由式（1）可知，沉砂池内水流的平均流速V越大，则沉砂池的长度L就越长；污水在沉砂池中的停留时间T越长，即所要沉降的泥砂颗粒粒径越小，沉砂池的长度就越长。水平流速越小，流速分布越均匀，就越有利于泥砂的沉降，相应沉砂池的长度也就越小。

而平流式沉砂池污水的停留时间比较短（一般为30 ~60s）,在这么短的停留时间内大部分细颗粒泥砂都会越过溢流堰进入下级处理系统，所以细颗粒泥砂的沉淀效率一般都很低，若想要加大细颗粒泥砂的沉淀效率就势必要增大沉砂池的长度，而仅靠加大沉砂池的长度来增大细颗粒泥砂的沉淀效率是不经济的。实际运行中，由于进水的水量及含砂量的情况是不断变化的，甚至变化幅度很大，因此当进水波动较大时，即使沉砂池各种尺寸都满足设计要求，平流式沉