摘要：為了解決天津某城區(qū)污水處理廠除砂系統(tǒng)存在的問題，對(duì)現(xiàn)有除砂及清砂系統(tǒng)提出可行性改造方案，通過改變沉沙池工藝流程，除砂系統(tǒng)效果得到很大改善，同時(shí)解決了人工清砂環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度大的困境問題。

關(guān)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(gè)預(yù)處理單元，是在水處理廠常見的預(yù)處理構(gòu)筑物，其作用主要是用于從污水中分流出相對(duì)密度大于1.5且粒徑在0.2mm以上的顆粒物質(zhì)，主要包括無機(jī)性的砂粒、礫石和少量密度較大的有機(jī)性顆粒等，以防止后續(xù)水處理構(gòu)筑物堵塞和使處理構(gòu)筑物容積減小。按污水在沉砂池中的流態(tài)，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(yùn)行管理不便，因而豎流式沉砂池在工程中很少應(yīng)用。以前所建水處理廠應(yīng)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(yīng)用越來越廣泛。平流式沉砂池具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，除砂效率好，不需要特殊設(shè)備，投資費(fèi)用低的特點(diǎn)，因而在水處理廠具有較為廣泛的應(yīng)用，但其也有機(jī)械化程度低、清砂困難而人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)條件差的缺點(diǎn)，因而其正被機(jī)械化程度高、運(yùn)營(yíng)管理方便和占地面積小的旋流沉砂池和功能更具優(yōu)勢(shì)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(dòng)環(huán)境惡劣、勞動(dòng)強(qiáng)度大，為此，很多水處理廠在積極探詢?nèi)绾谓鉀Q改善勞動(dòng)條件和降低勞動(dòng)強(qiáng)度的改造方法。

天津某區(qū)一污水處理廠，原始設(shè)計(jì)采用平流沉砂池、貯砂池、人工清砂的除砂工藝，實(shí)際運(yùn)營(yíng)時(shí)，由于該廠污水水質(zhì)較差，致使人工清砂強(qiáng)度很大，同時(shí)環(huán)境惡劣，給工人的身心健康造成很大影響，同時(shí)也不利于企業(yè)貫徹ISO14000標(biāo)準(zhǔn)。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(tǒng)

1.1  系統(tǒng)組成

該污水處理廠設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的平流沉砂池、貯砂池、人工清砂的除砂預(yù)處理工藝，原有平流沉砂池一體建設(shè)，分兩個(gè)系列，每系列設(shè)有兩個(gè)儲(chǔ)砂斗，每個(gè)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(yùn)轉(zhuǎn)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(jīng)由貯砂池砂水分離后再定期經(jīng)人工清砂，可很好達(dá)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(chǎn)人員4人，人工清砂相對(duì)勞動(dòng)強(qiáng)度較大。

（2）水廠處理對(duì)象為城市生活污水和部分工業(yè)污水，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)為COD＝450mg/l，BOD5＝200mg/l，SS＝200mg/l，但實(shí)際運(yùn)營(yíng)過程中，由于來水中工業(yè)污水所占比例較高，而且大部分為未達(dá)標(biāo)處理或未經(jīng)處理的工業(yè)廢水，致使來水中SS和COD的濃度遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)值，從而造成在排砂時(shí)，大量的沉積有機(jī)污染物隨砂粒一起排入貯砂池，增加了排放量。

（3）定期進(jìn)行人工清砂，貯砂池中有機(jī)物極易腐化，造成該處環(huán)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(hù)工具；冬季氣溫低，排出的泥水混合物容易結(jié)冰，清除起來也極為不便。

綜合以上問題，人工清砂勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作環(huán)境惡劣，從長(zhǎng)遠(yuǎn)運(yùn)營(yíng)和改善水廠工人工作環(huán)境的角度出發(fā)，決定對(duì)該除砂系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，擬改造成機(jī)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(jīng)濟(jì)上節(jié)省、技術(shù)上可行并能有效解決實(shí)際問題。

2.1  改造方案比較

機(jī)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�？紤]改造技術(shù)方案時(shí)也是基于這兩種方式，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)和方便使用、管理的要求。

原有平流沉砂池分兩個(gè)系列，每系列設(shè)有兩個(gè)砂斗，每斗有一個(gè)排砂管通往貯砂池。

基于以上原則并結(jié)合該處構(gòu)筑物特點(diǎn)，最初改造方案有如下幾種：

（1）氣提提砂方案

在每個(gè)砂斗內(nèi)布置一根DN100提砂管，再接入DN50空氣管，氣提提砂后經(jīng)砂水分離器洗砂，砂渣外運(yùn)，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(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)備用。該方案中所需要的設(shè)備為鼓風(fēng)機(jī)、砂水分離器各一臺(tái)，另還需有空氣管路和提砂管路及相關(guān)附件。

（2）砂泵提砂方案1

利用砂泵提砂，兩個(gè)系列共有四個(gè)儲(chǔ)砂斗，沒有預(yù)留洞口，把砂泵在沉砂池頂走道板上對(duì)應(yīng)安裝，該方案中需要至少2臺(tái)砂泵和相應(yīng)提砂管路及砂水分離器兩臺(tái)。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(jìn)行。

（3）砂泵提砂方案2

把進(jìn)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(jìn)入砂水分離器洗砂。該方案中需要將貯砂池廢除，配置設(shè)備兩臺(tái)砂泵和兩臺(tái)砂水分離器。

分析以上幾種方案，方案1中鼓風(fēng)機(jī)、砂水分離器都有冬季防凍的要求，并且鼓風(fēng)機(jī)需要做防風(fēng)雨處理，而該處距離其它建筑物均較遠(yuǎn)，實(shí)施較為復(fù)雜且費(fèi)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(dá)不到除砂效果，系統(tǒng)需要至少2臺(tái)砂泵和2臺(tái)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(tái)砂水分離器（一臺(tái)做備用），且廢掉貯砂池，不太經(jīng)濟(jì)。

綜合分析以上方案，無論從經(jīng)濟(jì)還是從使用角度都不是太理想。

后來經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)查看和對(duì)照施工圖比較時(shí)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(shè)兩臺(tái)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(yùn)，貯砂池備用，便產(chǎn)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(jīng)由砂泵（設(shè)兩臺(tái)泵，一用一備）提升至砂水分離器（一臺(tái)），洗砂出水回流至提升泵站，砂渣外運(yùn)，并保留原有貯砂池做應(yīng)急用，鋼管作保溫（管線較長(zhǎng)），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(jié)時(shí)，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(shí)施方案如下：

從技術(shù)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(dá)到機(jī)械除砂為主、人工除砂為輔的目的；從結(jié)構(gòu)上來講，該方案中布局緊湊，可有效利用周圍有限空地，對(duì)原構(gòu)筑物基本沒有損壞；從經(jīng)濟(jì)上分析，該方案同以上幾種方案比較是最節(jié)省的；從實(shí)施的角度出發(fā)，該方案實(shí)施最為簡(jiǎn)潔；從使用的角度來看，該方案具有管理方便，運(yùn)行靈活的優(yōu)勢(shì)，因而經(jīng)綜合比較分析，該方案是要優(yōu)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(gòu)筑物，實(shí)線部分為改造部分。

該方案中主要設(shè)備及管材：一臺(tái)SF320型砂水分離器（處理量12～20L/s），兩臺(tái)XL40砂泵（流量：11L/s；揚(yáng)程5m），DN80刀閘閥9個(gè)，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(shí)施

方案比選與技術(shù)分析用時(shí)3天，經(jīng)濟(jì)比較、設(shè)備訂貨至設(shè)備和附件全部到位用時(shí)一個(gè)月，現(xiàn)場(chǎng)布置與改造完成用時(shí)3天，整個(gè)改造從方案比選至改造完成用時(shí)36天。

3  系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)

改造完成后，即啟動(dòng)系統(tǒng)，沉砂池每個(gè)系列每周排砂一次，運(yùn)轉(zhuǎn)已近一年時(shí)間。從整體運(yùn)轉(zhuǎn)情況來看，改造后系統(tǒng)運(yùn)行效果比較理想。在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)期間沒有大的機(jī)械和設(shè)備故障，冬季砂泵和砂水分離器也沒有凍過，而且采用機(jī)械除砂取代人工除砂，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度有了很大程度的減輕，工作環(huán)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(nèi)充填過濾石料，從而減少了直接運(yùn)營(yíng)成本。

4  結(jié)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(yùn)行過程中都可能存在以上的問題。對(duì)于傳統(tǒng)的平流沉砂池除砂系統(tǒng)，如果勞動(dòng)強(qiáng)度大或除砂困難、除砂環(huán)境惡劣，有必要對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)改造，對(duì)于改善工人工作環(huán)境和降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高水廠的效率都是有益的。

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