污水處理廠平流式沉砂池除砂改造
摘要：為了解決天津某城區污水處理廠除砂系統存在的問題，對現有除砂及清砂系統提出可行性改造方案，通過改變沉沙池工藝流程，除砂系統效果得到很大改善，同時解決了人工清砂環境惡劣，勞動強度大的困境問題。
關鍵詞：平流式沉砂池； 除砂改造； 砂水分離器
沉砂池是是采用物理法將砂粒從污水中分離出來的一個預處理單元，是在水處理廠常見的預處理構筑物，其作用主要是用于從污水中分流出相對密度大于1.5且粒徑在0.2mm以上的顆粒物質，主要包括無機性的砂粒、礫石和少量密度較大的有機性顆粒等，以防止后續水處理構筑物堵塞和使處理構筑物容積減小。按污水在沉砂池中的流態，沉砂池分為四種：豎流式沉砂池、旋流沉砂池、平流式沉砂池和曝氣沉砂池。
豎流式沉砂池除砂效率差，運行管理不便，因而豎流式沉砂池在工程中很少應用。以前所建水處理廠應用較多的是平流沉砂池，而新建水處理廠中旋流和曝氣沉砂池應用越來越廣泛。平流式沉砂池具有構造簡單，除砂效率好，不需要特殊設備，投資費用低的特點，因而在水處理廠具有較為廣泛的應用，但其也有機械化程度低、清砂困難而人工勞動強度大、勞動條件差的缺點，因而其正被機械化程度高、運營管理方便和占地面積小的旋流沉砂池和功能更具優勢的曝氣沉砂池所取代。但是很多已建水處理廠特別是污水處理廠采用平流沉砂池排砂、貯砂池分離，該種方式除砂勞動環境惡劣、勞動強度大，為此，很多水處理廠在積極探詢如何解決改善勞動條件和降低勞動強度的改造方法。
天津某區一污水處理廠，原始設計采用平流沉砂池、貯砂池、人工清砂的除砂工藝，實際運營時，由于該廠污水水質較差，致使人工清砂強度很大，同時環境惡劣，給工人的身心健康造成很大影響，同時也不利于企業貫徹ISO14000標準。為此，本文介紹通過改變污水處理廠平流沉砂池的工藝過程，解決了上述問題，基本過程如下。
1 原有除砂系統
1.1 系統組成
該污水處理廠設計采用傳統的平流沉砂池、貯砂池、人工清砂的除砂預處理工藝，原有平流沉砂池一體建設，分兩個系列，每系列設有兩個儲砂斗，每個斗底部有一根DN150排砂管通往貯砂池,貯砂池一座。
從沉砂池沉砂效果來看，運轉良好，能有效的使大的砂粒沉積下來，通過排砂管排入貯砂池，經由貯砂池砂水分離后再定期經人工清砂，可很好達到除砂目的。
1.2 存在問題
（1）水廠是以BOT模式建立的，水廠人員編制較少，每班組生產人員4人，人工清砂相對勞動強度較大。
（2）水廠處理對象為城市生活污水和部分工業污水，設計進水水質為COD＝450mg/l，BOD5＝200mg/l，SS＝200mg/l，但實際運營過程中，由于來水中工業污水所占比例較高，而且大部分為未達標處理或未經處理的工業廢水，致使來水中SS和COD的濃度遠超過設計值，從而造成在排砂時，大量的沉積有機污染物隨砂粒一起排入貯砂池，增加了排放量。
（3）定期進行人工清砂，貯砂池中有機物極易腐化，造成該處環境較為惡劣，特別是在炎熱的夏季，該處氣味更甚，人工清砂需要佩戴防護工具；冬季氣溫低，排出的泥水混合物容易結冰，清除起來也極為不便。
綜合以上問題，人工清砂勞動強度大，工作環境惡劣，從長遠運營和改善水廠工人工作環境的角度出發，決定對該除砂系統進行技術改造，擬改造成機械除砂為主、人工除砂為輔的方式。
2 改造過程
改造過程中所遵循的基本原則為：經濟上節省、技術上可行并能有效解決實際問題。
2.1 改造方案比較
機械除砂的方式有砂泵提砂和氣提排砂方式兩種，洗砂采用砂水分離器。考慮改造技術方案時也是基于這兩種方式，并結合經濟和方便使用、管理的要求。
原有平流沉砂池分兩個系列，每系列設有兩個砂斗，每斗有一個排砂管通往貯砂池。
基于以上原則并結合該處構筑物特點，最初改造方案有如下幾種：
（1）氣提提砂方案
在每個砂斗內布置一根DN100提砂管，再接入DN50空氣管，氣提提砂后經砂水分離器洗砂，砂渣外運，洗砂水回流至格柵間，保留原有貯砂池在砂水分離器及氣提系統出現故障時備用。該方案中所需要的設備為鼓風機、砂水分離器各一臺，另還需有空氣管路和提砂管路及相關附件。
（2）砂泵提砂方案1
利用砂泵提砂，兩個系列共有四個儲砂斗，沒有預留洞口，把砂泵在沉砂池頂走道板上對應安裝，該方案中需要至少2臺砂泵和相應提砂管路及砂水分離器兩臺。沉砂池上面地方狹小，安裝和固定困難，并影響外觀和過人，且排砂管只能分向兩邊，洗砂分開進行。
（3）砂泵提砂方案2
把進貯砂池的排砂管在出口處連接，并同砂泵相連，通過砂泵提升后進入砂水分離器洗砂。該方案中需要將貯砂池廢除，配置設備兩臺砂泵和兩臺砂水分離器。
分析以上幾種方案，方案1中鼓風機、砂水分離器都有冬季防凍的要求，并且鼓風機需要做防風雨處理，而該處距離其它建筑物均較遠，實施較為復雜且費用較高；方案2中砂泵放在沉砂池頂，需要泵有一定吸程，另由于砂礫較重，用泵提升需有較大流速，否則可能達不到除砂效果，系統需要至少2臺砂泵和2臺砂水分離器，而且冬季還需要有防凍措施；方案3中需要兩臺砂水分離器（一臺做備用），且廢掉貯砂池，不太經濟。
綜合分析以上方案，無論從經濟還是從使用角度都不是太理想。
后來經在現場查看和對照施工圖比較時注意到排砂管從砂斗底部出來尚有約400mm排砂鋼管處于地面以上，考慮用比氏旋流沉砂池除砂方式除砂，從其出地面的立管上接出排砂管，為了保證砂粒能夠從沉砂池砂斗中提升到砂水分離器，在管道上設兩臺砂泵，砂水分離器出水流回格柵間，砂粒同脫水污泥一起外運，貯砂池備用，便產生了下面的最終方案。
2.2 最終方案
在原排砂管（DN150鋼管）的豎向上開口，焊接(DN80)的鋼管，每根管上加裝控制閥門，再經由砂泵（設兩臺泵，一用一備）提升至砂水分離器（一臺），洗砂出水回流至提升泵站，砂渣外運，并保留原有貯砂池做應急用，鋼管作保溫（管線較長），由于砂水分離器中液位低于沉砂池中的正常液位，因而在寒冷季節時，可以稍開閥門使水自流防凍，而砂泵和砂水分離器都不需要再做特殊保溫處理。
具體實施方案如下：
從技術理論上論證，該方案中的排砂及洗砂方式同比氏沉砂池的除砂方式相同，可以達到機械除砂為主、人工除砂為輔的目的；從結構上來講，該方案中布局緊湊，可有效利用周圍有限空地，對原構筑物基本沒有損壞；從經濟上分析，該方案同以上幾種方案比較是最節省的；從實施的角度出發，該方案實施最為簡潔；從使用的角度來看，該方案具有管理方便，運行靈活的優勢，因而經綜合比較分析，該方案是要優于前幾種方案的。
工藝改造方案示意圖如圖1和圖2，圖中虛線部分為原有管線和構筑物，實線部分為改造部分。
該方案中主要設備及管材：一臺SF320型砂水分離器（處理量12～20L/s），兩臺XL40砂泵（流量：11L/s；揚程5m），DN80刀閘閥9個，DN80鋼管39.5米，DN150鋼管4.5米，管道做防腐與保溫。
2.3 方案實施
方案比選與技術分析用時3天，經濟比較、設備訂貨至設備和附件全部到位用時一個月，現場布置與改造完成用時3天，整個改造從方案比選至改造完成用時36天。
3 系統運營
改造完成后，即啟動系統，沉砂池每個系列每周排砂一次，運轉已近一年時間。從整體運轉情況來看，改造后系統運行效果比較理想。在設備運轉期間沒有大的機械和設備故障，冬季砂泵和砂水分離器也沒有凍過，而且采用機械除砂取代人工除砂，工人的勞動強度有了很大程度的減輕，工作環境也有了很大改善，再者不用在每次清除貯砂池后還要往池內充填過濾石料，從而減少了直接運營成本。
4 結論
目前，很多水處理廠的沉砂池是平流沉砂池，特別是以前建成的水廠，其在運行過程中都可能存在以上的問題。對于傳統的平流沉砂池除砂系統，如果勞動強度大或除砂困難、除砂環境惡劣，有必要對其進行適當改造，對于改善工人工作環境和降低勞動強度、提高水廠的效率都是有益的。
參考文獻
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