平流式沉砂池設計參數(shù)

1、 平流式沉砂池設計參數(shù)為了減少城市污水處理系統(tǒng)中水泵與其它機械設備的磨損，保證沉淀池、曝氣池等處理構筑物功能的正常發(fā)揮，沉砂池是城市污水處理廠必不可少的預處理構筑物。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，運行管理不便，因而在國內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，在發(fā)達國家得到較廣泛的應用，然而，與這種池型配套的除砂設備均為國外專利，因此，渦流式沉砂池在國內的普及為時尚早。平流式沉砂池因構造簡單，除砂效果好，加之除砂設備國產化率高，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，尤其是有機物與砂分離效果好等優(yōu)點大有取代平流式沉砂池之勢，但在南方城市污水廠水質濃度較低的條件下，曝氣沉砂池并不能充分發(fā)揮其優(yōu)勢。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中，仍將有一席之地。因此，應充分重視平流式沉砂池的設計?！?】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)。前者由于暴雨對屋面、街道的沖刷，使得進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。如果設計的平流式沉砂池內水平流速過快、停留時間不足，則許多雜質來不及沉淀，過快的水流

3、將雜質帶入后續(xù)處理構筑物，從而影響后續(xù)處理構筑物的運行，甚至危及整個污水廠的正常運行。與此相反，分流制排水系統(tǒng)接納的城市污水，水量穩(wěn)定，所含雜質質量少，所以，采取較大的水平流速和較短的停留時間，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處理構筑物，通常設在沉砂池之后。其作用是降低城市污水中的懸浮固體濃度。按照城市污水二級處理工藝要求，有需要設置和不需要設置初沉池兩種情況。通常，采取普通活性污泥法二級生物處理的城市污水廠必須設置初沉池。因為較長時間停留（1.02.0）h）的初沉池彌補了現(xiàn)行規(guī)范設計的平流式沉砂池內水平流速過快、停留時間過短的不足，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、二沉池等處理構筑物的正常運行。這也是為什么設置在平流式沉砂池之后的沉淀池拍你中有機物所占比例較大的原因。在不需要設置初沉池的城市污水廠，如果按現(xiàn)行規(guī)范設計平流式沉砂池，運行中出現(xiàn)排沙管堵塞的問題。平流式沉砂池（在設計水平流速0.3ms，停留時間30s的情況下）盡管對0.2mm以上的雜質去除率達到了90%，但對0.1mm粒徑的雜質，去除率僅為35%左右。【2】 除砂設備 除砂設備用于沉砂池，取出池底截留下來的密度大于水的砂、石等無機顆粒。隨著處理工藝的發(fā)展，除砂設備的型式構造多種多樣。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，再清洗提升，砂水分離后輸送至池外盛砂容器內，待外運處置。吸砂型則用砂泵將池底層的砂水混合液抽至池外，經砂水分離后的砂粒輸送至盛砂容器內待外運處置。排砂設備按排砂方式又分為重力排砂和機械排砂兩類。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行排砂，配套使用貯砂池進行砂水分離?！?】機械除砂設備一般有鏈條式刮砂機和行車式砂泵除沙機。這兩種除砂設備除砂效果如表2所示。表2 鏈條式刮砂機與行車式砂泵除砂機除砂效率平流式沉砂池（鏈條式刮砂機）設計參數(shù)：池內水平流速0.3ms,停留時間30s.曝氣沉砂池（行車式砂泵除砂機）設計參數(shù)：池內水平流速0.1ms,停留時間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，設置的沉砂池型及其設計參數(shù)不一樣，采用的除砂設備也不一樣，根本無法比較兩種不同除砂設備的優(yōu)劣。有一點是肯定的，即停止曝氣狀態(tài)下的曝氣沉砂池由于停留時間比平流式沉砂池長，池內水平流速比平流式沉砂池慢，雖然對0.20mm以上的砂粒去除率相差不大，但對細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和鏈條式刮砂機的結構和除砂原理兩方面進行分析。行車式砂泵除砂機采用砂泵吸砂，輔助砂水分離器的有效分離，使得

7、該設備對細小砂粒的去除率具有獨特的優(yōu)勢。而鏈條式刮砂機的刮板刮砂動作與池內水流相反，由于刮板刮砂時的攪動與水流的裹攜作用，沉淀在沉砂池末端的細小砂粒在被刮至砂斗前極易泛起，并被水流帶入后續(xù)處理構筑物。換言之，同一池型的沉砂池，采用鏈條式刮砂機除砂效率遠不如采用行車式砂泵除砂機除砂效率高。盡管上述因素會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該首推水力停留時間和池內水平流速。2. 沉砂池的改進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荷和改善污泥處理構筑物的處理條件。平流式沉砂池在設計時要考慮的關鍵性問題就是如何通過合

8、理的水力設計，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計，只有當污水在沉砂池中的運行時間等于或大一涉及的砂粒沉降時間時，才能夠實現(xiàn)砂粒的截留，因此池長按照水平流速和污水的停留時間來確定。按污水的水平流速和停留時間設計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間，s;V沉砂池內水流的平均水平流速，ms.由式（1）可知，沉砂池內水流的平均流速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，相應沉砂池的長度也就越小。而平流式沉砂池污水的停留時間比較短（一般為30 60s）,在這么短的停留時間內大部分細顆粒泥砂都會越過溢流堰進入下級處理系統(tǒng)，所以細顆粒泥砂的沉淀效率一般都很低，若想要加大細顆粒泥砂的沉淀效率就勢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顆粒泥砂的沉淀效率是不經濟的。實際運行中，由于進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，因此當進水波動較大時，即使沉砂池各種尺寸都滿足設計要求，平流式沉砂池的去除效果也還是很難保證。為此，對傳統(tǒng)的平流式沉砂池進行了改進，設計提出了一種新型的平流式沉砂池。該沉砂池可以減少

10、沉砂池內水流的波動，使得沉砂池內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顆粒泥砂的沉淀效率。 增設調流墻 沉砂池的進水裝置要求水流均勻地分布在整個池子的橫斷面上，以免造成股流，減少紊流對沉淀產生的影響，減少死水區(qū)，提高沉砂池的容積利用系數(shù)。沉砂池的進水裝置較多采用的是在沉砂池進口處設一穿孔墻，靠增大阻力的辦法使進水均勻。但實際觀測顯示，穿孔墻雖然對水流的調節(jié)具有一定的作用，但效果并不是很明顯，對較小粒徑的泥沙顆粒還是不能使其沉降在沉砂池內，根據國外所做的現(xiàn)場測定，當砂粒D<0.6mm時，砂粒很容易被水流帶走。為此，對穿孔墻進行了改進，即在沉砂池進水處，原來穿孔墻位置設置了

11、調流墻。調流墻的目的是在來水流后，在很短的時間內調整沉砂池內的水流結構，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。同時由于流速分布變得比較均勻，紊動影響較弱，這樣污水的停留時間就會相應加長，從而細顆粒泥砂的沉淀效率就會加大。從水力學角度看，調流墻的主要作用就是消能，把由入流渠流入的具有較大動能和紊動強度的污水調節(jié)成具有較小動能和紊動強度，同時使水流流速減小，并且要均勻分布。因此調流墻的設計原則就是使沉砂池內的水流流速分布均勻，水流流速小。在沉砂池進水處設置調流墻后，主要將直接頂沖在調流墻上，然后對稱地向兩側擴散。通過試驗和水利分析，決定

12、在調流墻上布設不同孔徑的孔洞作為出水口，來調節(jié)水量沿橫向和垂向的分配，是水流經過調流墻后在整個沉砂池內形成均勻的流態(tài)。調流墻孔徑沿垂向可布設成幾排，并且每排的孔徑大小應不同，一般流速大的位置孔徑應當小，流速小的位置應當大；沿橫向同一排孔的孔徑也應當不同，中間流速大相應孔徑應當小一些，兩側流速小相應孔徑應當大一些，并且兩側要對成分布，最下一排孔應高于積泥區(qū)0.5m，以免沖起積泥。此外設計調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，不能使調流墻上下游的水位差過大，也就是要考慮強度問題這就要求調流墻孔洞的種類數(shù)量不宜過多。 增設溢流槽 含砂水經過沉砂池沉淀處理后，一般由溢流堰流出進入

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幾道溢流槽來解決這一問題，通過增設溢流槽可以有效地增加溢流長度，進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量，特別是對細顆粒泥砂的沉淀具有很好的效果。由于沉砂池的進水處水流紊動較大，若在進水處也布設溢流堰，就會在溢流槽內形成回流，使進水處含沙量較大的水進入溢流槽，這對取得表層含沙量小的水反而不利；同時再考慮到施工和強度等方面的原因，可只在沉砂池末端一定距離內布設溢流槽，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度等

14、方面的要求。溢流槽的截面形狀可根據需要和施工方便設計成矩形或半圓形。 排砂裝置改進以及設置輔助沖砂設施 平流式沉砂池常用重力排砂與機械排砂兩類。重力排砂的有點事排砂的含水率低，排沙量容易計算，但沉砂池需要高架或挖小車通道，造價比較高；機械排砂的有點事機械化程度高，工作條件好，但同時也需要許多其他配套設施，造價較高。為此，設計了一種簡便經濟的排砂方法，既可以進行重力排砂又可以進行機械排砂。在沉砂池底部設置了排砂裝置，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，廊道內流速很高，能夠沖走進入廊道內的泥砂。當沉砂池不進行排沙時，泥砂就會

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，排砂廊道就會被泥砂填滿，當泥砂淤積到一定高度時就可以用機械裝置進行排砂。但這樣會很容易造成排砂廊道的堵塞，從而使整個排砂裝置不能正常工作，可以通過下面的方法來改進。a. 設置沖砂孔。在沉砂池底部平板的一側間隔設一些沖砂孔，這樣沉降的泥砂就會由排砂裝置一側的沖砂孔進入，沖砂孔的最大間距可根據泥砂的水下休止角和泥砂淤積的形狀通過試驗確定。b. 設豎向擋板。中間設一豎向擋板，擋板在底部留一開口，當不進行沖砂時泥砂就會沉降在沉砂池的底部，并把沖砂孔覆蓋，一部分泥砂也會由沖砂孔進入排砂廊道，但是由于擋板的開口在下部，擋板一側上方有一部分

16、氣體的壓強作用，沉降的泥砂就不會把排砂廊道的整個截面填滿，于是整個排砂裝置也就不會被堵塞。c. 設置輔助沖砂設施。當不進行沖砂時，淤積在排砂廊道內的泥砂可能會比較密實，沖洗時 僅靠由沖砂孔流入的水就不能將廊道內的泥砂沖走，于是在排砂廊道側面設置了輔助沖砂設施，其進口放置在沉砂池的上游水表面，這樣沖砂時就可由輔助沖砂設施流進的水對排砂裝置內淤積的泥砂進行沖洗，這樣就不會淤積在廊道內；當沉砂池連續(xù)沖砂 或不進行沖砂時，可以由設置的閘門將輔助沖砂設施關閉，以節(jié)約沖砂用水?！?】3. 平流式沉砂池設計（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最大設計流量時的速度，m/s;t最

17、大設計流量時的停留時間，s;(2)水流斷面面積A A=Qmaxv式中：A水流斷面面積，m;Qmax最大設計流量，m³s。（3）池總寬度BB=Ah2式中：B池總寬度,m;h2設計有效水深，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算設貯砂斗底部寬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，。按這種設計方法可能導致計算得到的貯砂斗上寬大于或小于沉砂池寬的情況，這與工程實際不符。實際工程中，貯砂斗上口寬與沉砂池的吃款是相同的，故設計計算時應先確定貯砂斗的上口寬就是沉砂池的池寬，再去設計計算貯砂斗的高度、上口長度，同時根據所需容積進行校核，而不是事先將貯砂斗的上口定為正方形。【4】（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，