废水物理处置单元-除砂

废水中的砂砾由沙子、砾石、煤渣或其他重固体物质组成。比重大，沉降速度快。

除砂可以避免后续管道、设施的堵塞和机械设备磨损。

除砂系统的总体目标是在流量正常和峰值期间清除所有可沉积的砂砾，并产生适合填埋处置的最终产品。如图所示。一个完整的除砂系统由三个不同的单元过程组成，砂砾分离、砂砾洗涤，和砂砾脱水，每个过程都有一个特定的目标。

本章第5小节首先分析了废水中砂砾的特性，接着主要讨论这三个不同的单元过程。旧版教材中，合流制废水和雨水的沉砂池单独讨论，新教材中也将其纳入了本小节。

砂砾包括砂、砾石、碎渣和其他重物质。它还包括有机物质，如蛋壳、骨屑、种子和咖啡渣。不同的组分表现出不同的沉降性。当砂砾通过收集系统时，砂砾与有机物和能够粘附到砂砾上的表面活性剂(SAA)接触。这些成分的存在也可以改变砂砾颗粒的大小和沉降特性。

一般来说，从废水流中除去的砂砾主要是惰性和相对干燥的物质。然而它的成分变化很大，水分含量从13%到65%，挥发物含量从1%到56%，比重范围很广。通常，砂砾中含有足够的有机物，如果从废水中去除后处理不当，就会很快腐烂。

不同地区、不同收集系统废水中的砂砾量会有很大的变化，合流制下水道系统中，在暴雨开始后不久，污水处理厂就会出现较重的砂砾负荷。

砂砾的沉降特性因其在收集系统中的进入点和在处理厂中的位置不同而有很大差异。当废水中的表面活性剂通过沉积的颗粒时，一部分粘附在沉积的砂砾颗粒上。积累到一定的量后，涂层砂砾颗粒浮力增加，沉积砂砾上升，到达处理厂的砂砾颗粒通常比设计时预计的要轻，不易在初沉池去除，可能会进入曝气池。在生物反应阶段，表面活性剂分解，剩余的高密度砂砾颗粒迅速沉降。结果，在生物反应器如曝气池、好氧消化器和厌氧消化器中经常存在过量的砂砾沉积，增加了清洁工作量。

污水砂砾颗粒的当量尺寸(SES)是具有相同沉降速度的干净砂砾的等效尺寸。

砂砾去除率应视具体情况而定。这取决于进入处理厂的废水砂砾的特性，以及保护下游处理工艺和设备所需的去除水平。如果目标是达到90%的砂砾去除率，SES设计值可能需要低至0.075 mm。

一旦确定了设计的砂砾尺寸当量，目标砂砾的表面负荷率(也就是沉降速度)就可以使用干净砂砾的沉降特性来确定了。

沉砂池通常设置在格栅之后、初级沉淀池之前，类型一般有三种：平流式沉砂池，曝气沉砂池和涡流式沉砂池。

平流式沉砂池有矩形和方形两种形式，已经使用多年。不过近年来逐渐被曝气沉砂池和涡流沉砂池所取代。

在曝气沉砂池中，空气沿矩形池的一侧引入，以形成与通过池子的水流垂直的螺旋流。较重砂砾沉降到池底，较轻颗粒呈悬浮态流过。通过调整空气量，池内水流的旋转与搅拌速度可控，几乎可以达到100%的砂砾去除率。而且，砂砾可以被清洗干净。

在涡流式沉砂池中，砂砾也可以被去除。教材中介绍了三种类型的装置：机械诱导涡流、水力诱导涡流和多级涡流沉砂池。

机械诱导涡流由叶轮转动产生涡流。

水力诱导涡流中，废水通过一个长而直的入口通道直接进入设备，并切向进入圆柱形设备，使内容物围绕垂直轴缓慢旋转。水流螺旋状地沿着边界向下流动，使砂砾沉淀下来。内部组件引导主流远离周边并返回到中间，排放到污水通道中。重砂沿着螺旋路径向下运动到中心，在中心锥下到达砂泥料斗。

多级涡流沉砂池由多个堆叠的塔盘组成，可将表面积最大化，得到最小的沉降距离，使得安装非常紧凑，水头损失低。

处理合流污水溢流和雨水的设备一般选用涡流形分离器，是紧凑的固体分离装置，没有移动部件。

水流速度使颗粒在涡流作用下沿分离器移动。辅助水流使颗粒朝涡流运行，重力推动颗粒下沉，清扫作用使较重的颗粒穿过倾斜的底板向中央排水管移动。

这类设备的目的是在极高的流动状态下正常运行。

从主废水流中分离出来的砂砾以泥浆的形式被输送到清洗过程中以去除有机物质。未清洗的砂砾可能含有50%或更多的易腐烂有机物质，具有明显的难闻气味，并可能吸引昆虫和啮齿动物。砂砾清洗过程的目的是去除大部分有机物，获得具有低挥发性固体含量的清洁砂砾。

在处理之前，必须对清洁的砂砾进行脱水以除去所有的游离水。干燥过程的目的是获得总固体浓度大于60%的清洁、干燥的砂砾，同时保留至少95%的可沉积砂砾。

砂砾处理最常见的方法是运输到垃圾填埋场。在一些大型工厂中，砂砾也可能与固体一起焚烧。

有些污水处理厂不设置沉砂池，砂砾在初级沉淀池中沉淀。需要将稀释的初沉池污泥泵入旋流除砂器，来去除砂砾。虽然省去了沉砂池，但这样做的缺点是增加了药剂和泵的费用。