废水处理设计--沉砂池

 沉砂池的作用是除砂，砂的组成包括砂粒、砾石、炉渣等较重固体物质，其沉降速度或相对密度明显大于污水中有机固体物质。沉砂池的形式，按池内水流方向的不同，可分为平流式、竖流式和旋流式三种；按池型可分为平流式沉砂池、竖流式沉砂池、曝气沉砂池和旋流沉砂池。沉砂池一般设置在细格栅后、初次沉淀池或二级生化处理系统之前。

平流式沉砂池内污水呈沿水平方向流动状态，具有构造简单、截留砂砾效果好的优点。竖流式沉砂池是污水自下而上由中心管进人池内，砂砾靠重力沉于池底，处理效果一般较差。曝气沉砂池是在池的一侧通人空气，使污水沿池旋转前进，从而产生与主流垂直的横向恒速环流。曝气沉砂池的优点是，通过调节曝气量，可以控制污水在池内的旋流速度，使除砂效率稳定，受流量变化的影响小；对污水中的油脂具有较好的去除效果，当油类含量较高时，宜采用曝气沉砂池。旋流沉砂池是利用机械力或水力，控制污水在池内的流态与流速，加速砂砾的沉淀，有机物则被留在污水中，具有占地省的优点。

一般规定（给水排水设计手册）

(1)沉砂池按去除相对密度1.3~2.7、粒径0.10~0.30mm的砂砾设计。

(2)设计流量应按分期建设考虑:

1）当污水为自流进入时，应按每期的最大设计流量计算;当污水为提升进入时，应按每期工作水泵的最大组合流量计算。

2）在合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算。

(3)沉砂池的个数或分格数不应少于2个，并宜按并联系列设计。当污水量较小时，可考虑一格工作、一格备用。

(4)污水中的含砂量因地域和排水体制等的不同会有很大的变化。分流制城市污水的沉砂量可按每10⁶m³污水沉砂4~30m³计算，其含水率为60%，密度为1500~1600kgm³;合流制城市污水的沉砂量在雨季和旱季时变化较大，一般应根据实际情况确定，在无实测资料时，可按每10⁶m3污水沉砂4~180m³计算。

(5)沉砂池的砂斗容积应按不大于2d的沉砂量计算，斗壁与水平面的倾角不应小于55°。       

(6)沉砂池除砂可采用泵吸式或气提式机械排砂，排出的砂水混合物体积为洗砂后沉砂量的250~500倍;排砂管直径不应小于200mm;砂水混合物宜采用砂水分离器进行机械清洗分离。清洗后的砂砾(含水率60%)宜暂存至贮砂装置，其有效容积一般按1~3m3配置。

(7)当采用重力排砂时，沉砂池与贮砂池或砂水分离装置应尽量靠近，以缩短排砂管长度，并在排砂管的首端设排砂闸门，使排砂管畅通和易于养护管理。

(8)沉砂池的超高不宜小于0.30m。

二、相关规范规定

室外排水设计标准中对于沉砂池的规定：

三、沉砂池设计思路

考虑到目前市政污水厂和工业污水厂基本以旋流沉砂池和曝气沉砂池为主，以下就介绍这两种常用的沉砂池设计思路。

1）旋流沉砂池设计思路

旋流沉砂池宜至少设2组，可按流量范围参考设计手册，计算进水渠宽、进水渠水深、进水渠长度、出水渠宽和出水渠水深，设计水量应与上游细格栅各期、各阶段设计水量一致，并考虑峰值流量。

进水渠道总长应不小于4倍进水渠道宽。进水渠道直段长度宜为渠道宽的7倍并且不小于4.5m。以创造平稳的进水条件。出水渠道的直线段要相当于出水渠道的宽度。沉砂池有效水深宜为1.0~2.0m，校核径深比宜为2.0~2.5；单池80%水量时的停留时间为20~30s，最高流量时的停留时间不小于30s;水力表面负荷宜为150~200m³/(m²·h)，最大表面负荷<200m³/(m²·h);最高流量时进水渠流速不大于1.2m/s，最小流量时进水渠流速大于0.15m/s，最大水量的40%~80%时，进水渠流速为0.6~0.9m/s。

校核后选取各参数符合要求的沉砂池直径作为最终设计值，旋流沉砂池竖向各部分工艺尺寸应满足手册计算的值，并对设备供货商给的旋流除砂器安装图上的工艺尺寸进行校核。

沉砂量计算时，干砂重量应按照容重法和相对密度法计算，最后取相对稍大的值作为沉砂量。干砂量体积按照30m³/10⁶m³污水计算。根据沉砂池泥斗容积计算每次排砂时间，选择砂水分离器，并计算气提鼓风机风量。

常见砂水分离器的最小型号的处理量为5~12L/s.设计中应根据沉砂量计算值校核设备供应商提供的设备参数，不能照搬供货商提供的设备参数和图纸。

如果砂水分离器放在房间里，应设置集水沟收集溢流水，上盖篦子，接管道排入厂内污水管网。

平而布置图应考虑每座沉砂池的均匀布水和占地限制情况，两座沉砂池的常用布置方式如图下图所示，应根据用地空间大小和上下游单体的平面布局与总图专业协商选择。

旋流沉砂池也有直接选择预制设备的形式设计，具体参考厂家选型册选择，具体设计时需确认设备安装与土建设计的接口，需与厂家确认无误。

2）曝气沉砂池设计思路

曝气沉砂池的沉砂效果好于旋流沉砂池，但是占地较大。设计前要确认的接口条件和信息以及需要与设计负责人沟通和确认的主要设计参数参见旋流沉砂池相关部分，不同点在于，需要确认浮渣管和溢流管的接口条件，设计参数需要确认沉砂池分格数量、水力停留时间、有效容积、有效水深、宽深比、曝气量和水平流速。

曝气沉砂池的主要设计参数包括:最大设计流量时沉砂池水平流速取不大于0.1m/s，宽深比 1~1.5，有效水深 2~3m，雨季高峰流量时(雨污合流制截留倍数大于1时)停留时间建议大于2min。考虑一组检修时，其他组的停留时间建议大于2min。

当宽深比无法满足时可以适当放大宽度，使以上数据符合要求，市政污水的曝气沉砂池的停留时间建议峰值流量时放大到5min以上，平均流量停留时间6~7min，最大停留时间8~9min，其他计算参见手册。

曝气沉砂池的设计水量应与相对应的上游单体(比如细格栅等)近期、远期或分阶段设计水量一致。

曝气沉砂池建议至少建2座，保证一座检修时其他沉砂池能正常处理全部的水量。曝气沉砂池的曝气量取值为0.1~0.2m³/m³污水，根据所需曝气量选择曝气风机型式和参数。曝气干管宜引自单独鼓风机。

不建议将生化鼓风机的风量分过来作为曝气沉砂池的气源，以避免在干管安装流量计控制风量，且由于沉砂池风阻和曝气池风阻不同，不易于控制。空气干管布置到靠近进水端一侧，再沿池长边分支到各组沉砂池。市政污水沉砂量取值按照30m³/10⁶m³污水计算(按砂水分离器处理后含水率60%。容重1.5t/m³计算)，泥沙含量大的污水需要根据实际水质取值。砂水分离器前含水率为80%、按此计算砂泵的流量、并留适当余量。根据沉砂池砂斗容积计算每次排砂时间。计算气提风机风量，对砂水分离器进行选型。

从平面布置来看、曝气沉砂池可分为五个区域:进水区、出水区、曝气沉砂区、浮渣区和排砂渠，附加浮渣井和排空井，需要时设置排砂井(配砂泵)。具体说明如下：

（1）进水区

如果沉砂池分若干组，则采用渠道进水，渠内水分配到各组沉砂池，各组沉砂池进水口要布置在靠近曝气管的一侧，每组进水口宜设手动(电动)不锈钢方闸门，正向承压，方便分组检修。进水口下游设挡流墙起稳流作用。进水方向应与池中旋流方向一致。

（2）曝气沉砂区

位于进水区下游，沿池长边方向、池侧壁布置曝气管，相对的另外一侧沿池长边方向布置浮渣挡板和浮渣区。在沉砂池内沿长边方向在池两侧分别平行布置，中问分隔部分设浮渣挡板，挡板顶标高高于液位标高50mm，也可采用供货商生产的玻璃钢整流栅条。沉砂池底部坡度根据设备要求设计，应利于沉降砂粒的收集。

（3）沉砂区

沉砂斗容积不应大于2d的沉砂量，沉砂斗高度取0.5m。采用重力排砂时砂斗池壁与水平面的倾角不应小于55°，最大可以取 60°~65°，沉砂斗尾端接放空管方便维修。

（4）浮渣区

两组沉砂池的浮渣区浮渣可经桥式吸砂机上的刮板将浮渣收集至靠近出水端的排渣渠，两组沉砂池可共用一个排渣渠，该排渣渠设在沉砂池末端出水口上游，与沉砂池长度方向呈90°布置，渠底坡度取1%。排渣渠内的浮渣通过管道以2%坡度坡向浮渣井。浮渣井的容积要根据浮渣量和存储时间计算，同时也要考虑冬季防冻问题。

沉砂池的曝气管可以选择竖管、穿孔管或粗孔曝气器。

竖管管径多为15mm或25mm，空气干管空气流速10~15m/s，空气竖管和小支管空气流速4~5m/s，干管在分出去一部分气量后剩余气量减少，根据流速计算的管道管径变小。变径处设异径管，尾端的支管流速可以取低些，经过阻力损失计算来验证是否设计合理。

穿孔管材质为SS304或PVC-U，可不考虑在曝气管廊安装阀门调节气量，在各组沉砂池曝气管首端装调节阀门即可。穿孔管穿孔直径取3~5mm，3mm孔径较易堵，一般取5mm，在与垂直角度45°方向开孔。根据孔的数量确定是双边开孔还是单边开孔。

穿孔的数量和间距根据空气量和空气流速10~15m/s计算，最后校核孔的问距在50~100mm之间，一般取50~70mm。如果一排孔无法满足要求，则应采用双侧开孔方式。在图纸中应注明孔径、间距和个数。

四、结束语

沉砂池在市政污水厂和工业污水厂预处理段承担着重要的角色，第一、保护设备:通过预先沉降分离去除污水中的砂粒，避免后续处理设备的磨损和堵塞。第二、提高处理效率:减少砂粒对生化处理工艺的干扰，保障污水处理过程的顺利进行。第三、维护管道畅通:防止砂粒沉积在排泥管道中，避免管道堵塞和叶轮磨损。第四、延长设备寿命:减少砂粒对污泥刮板、污泥泵及脱水设备的磨损，延长设备使用寿命（此条是重点）。所以，在设计和日常运行中，都要关注重点，让其充分发挥作用。