曝氣沉砂池的運行效果與技術改造

張金海

（廣東亨利達環保科技有限公司 廣東惠州 516000）

摘 要：曝氣沉砂池是污水處理廠中最為常見的除砂工藝，其運行效果直接關系到污水處理的整體效果及污水處理設備的正常運行。本文對某污水處理廠曝氣沉砂池的運行效果進行了分析，并詳細介紹了該曝氣沉砂池的技術改造措施，為有關需要提供參考。

關鍵詞：曝氣沉砂池；運行效果；技術改造

0 引言

隨著社會文明的不斷進步，人們的環保意識日益增強，對城市污水處理也越來越重視。在城市污水處理廠廢水處理中，由于污水含有大量的砂，若不能有效去除砂礫，將會造成污水處理管道的堵塞及設備的磨損，進而影響到設備的使用壽命及污水處理的出水水質。而曝氣沉砂池作為重要的除砂工藝，對其運行效果及技術改造進行研究具有十分重要的意義。

1 污水處理廠積砂情況分析

1.1 污水處理廠積砂情況及對工藝和設備的影響

某污水處理廠已連續運行超過17年，前端設計采用曝氣沉砂池+集砂井+旋流除砂器+砂水分離器除渣砂，由于整體沉砂除砂系統池除砂效果一直不穩定，來砂進入到后續工藝單元中，形成了積砂。本文梳理了該廠在多年運行過程中出現的積砂問題，并對各單元的積砂進行了粒徑的分析。

1.1.1 曝氣沉砂池

曝氣沉砂池是除砂的主要工藝單元，但如果來水砂量過大或吸砂設備故障，會導致池內出現積砂，嚴重時可將儲砂槽及吸砂泵完全掩埋，此時必須停水進行清池處理。

1.1.2 初沉池

對于設有初沉池工藝的水廠，在曝氣沉砂池中未被去除的砂子，首先會沉積在初沉池配水渠道或初沉池集砂槽內，情況嚴重時會造成初沉池排泥泵堵塞，必須進行停水清池。

1.1.3 污泥儲泥池

污水中的砂子一但沉積進入污泥中，則會對后續的污泥處理工藝及設備產生嚴重影響。

例如進入初沉池的砂子，會對后續污泥輸送設備產生一系列的影響。用于產生輸送動能的螺桿泵，其本身原理就是依靠定子和轉子的相互作用產生輸送動力，而過多的砂礫，將大大縮短螺桿泵的使用壽命，造成設備維護成本的升高。而這種維護成本的升高，也會在其他方面產生影響。此外，當污泥進入儲泥池后，污泥中的砂子不僅會在池底沉積堵塞排泥管道，還會對攪拌器、輸送泵等產生嚴重磨損。

1.1.4 污泥消化池積砂

對于后段設有厭氧消化工藝的污水處理廠，污泥中的砂子同樣會隨著時間的推移，逐步在消化池底部產生沉積。第一，會對消化池的可用容積產生影響。第二，會對消化系統內部的攪拌槳等設備產生磨損。第三，會對熱交換器產生磨損，使得消化工藝的溫度控制系統無法正常運行，最終影響整體處理效果。

1.2 污水處理廠積砂粒徑分析

為了進一步掌握污水處理廠積砂的分布情況，筆者分別對上述幾個工藝單元的積砂進行了取樣，并對砂粒徑進行了分析，結果見圖1。

從圖1可以看出，不同工藝單元的積砂有明顯的差異。其中，曝氣沉砂池和初沉池底的積砂分布較為相似，有85%以上的積砂粒徑為2mm或更大，初沉池的積砂粒徑區間為0.075～2mm，分布比例隨粒徑增長而增高，且曲線較為平滑；而曝氣沉砂池的積砂粒徑區間為0.5～2mm，且主要由>2mm的砂粒組成。消化池底的積砂粒徑則明顯要小于前端預處理工藝，主要集中在0.001～0.075mm。

由此可以看出，傳統的曝氣除砂只能去除大于0.5mm的粗砂，而污水處理廠還存在大量小于該粒徑的細砂。數據表明，這些細砂主要存積于初沉池、消化池底，目前這部分細砂還無法被去除，這也是當前污水處理廠面臨的普遍難題。

2 污水處理廠曝氣沉砂池運行效果分析及技術改造

2.1 現有除砂系統運行效果測試

本研究所在污水處理廠設有兩座旋流曝氣沉砂池，設計停留時間3min。在試驗期間，將儲存箱放置于砂水分離器下，以30min為周期定期測量2個砂水分離器的出砂量和砂粒徑情況，并同時記錄當前的進水量、氣水比等工藝運行參數。

試驗共進行了3個月，通過近20組數據分析發現，系統的出砂量極其不穩定（見圖2）。在試驗期間，系統出砂量最大時可達60kg/h，最低時僅有2.4kg/h，兩者相差近20多倍。

事實上，由于我國的曝氣沉砂池運行效果與國外資料存在差異，除砂效果往往很難達到預計值。

通過分析，筆者認為造成系統出砂量極其不穩定的原因主要有以下幾方面：

（1）污水處理廠來水量波動較大，而曝氣沉砂池為恒定供氣，氣水比變化很大，因此造成沉砂池內旋砂效果差異。

（2）砂水旋流器運行不穩定，通過吸砂泵吸出的含砂廢水在旋流器中無法形成旋流，不能將砂與水有效分離。

（3）進水中的砂含量不穩定。

由此可以看出，污水處理廠除砂是一個系統工程，涉及到進水配水分布、曝氣沉砂池工藝參數運行控制、旋流除砂器性能等一系列影響因素。

針對上述情況，研究組對該廠的曝氣除砂系統進行了一系列改造，改造內容包括曝氣沉砂池更換砂水分離器、曝氣沉砂池氣水比自動控制，預計達到以下效果：曝氣沉砂池氣量隨來水量隨時調節，控制氣水比，提高沉砂效率。

2.2 曝氣除砂系統優化改造

曝氣沉砂池氣量調節為普通閘閥，手動控制，無氣體流量計等儀表。為了能使曝氣沉砂池氣量隨來水量隨時調節，控制氣水比，提高沉砂效率，將手動閥門更改為電動菱形閥，安裝流量計進行氣體流量控制根據進水流量的每天24h變化規律，通過小型PLC控制站進行氣量的調節，實現曝氣沉砂系統恒定的氣水比，有效地實現污水中泥砂的沉降分離。改造方案見圖3。

現有砂水旋流器的砂水分離效果差，對于曝氣沉砂池中吸上來的含砂廢物，不能有效分離。因此，為了提高砂水分離效果，對旋流除砂器進行了更換，選用某選礦用水力旋流器，該旋流器廣泛用于金屬、煤炭及石油領域。

2.3 優化改造前后效果分析

項目調試及試驗分兩階段。第一階段在原有工況條件不變的情況下，通過化驗分析對比新舊兩種旋流除砂器的除砂效果；第二階段為對比不同氣水比條件下的除砂效果。最終通過試驗對比考察新舊除砂器的除砂性能，同時確定最佳的運行氣水比。

從第一階段試驗可以看出（見表1），新除砂器出砂含砂量為74.9%，而舊除砂器僅為43.5%，新除砂器較舊除砂器的含砂量提高了72%。從砂粒徑構成可以進一步看出，舊除砂器主要能去除粒徑在1mm以上的顆粒（占總出砂的86.8%），而新除砂器對于0.2mm以上的顆粒都有很好的去除效果，特別是對于粒徑在0.2～1mm區間的細砂，其去除量占總出砂量的55.5%，這是舊除砂器所不具備的。

從第二階段試驗可以看出，系統的出砂量除了與砂水旋流器的效率有關，還與曝氣沉砂池的氣水比有很大關系（見圖4）。從圖4可以看出，當氣水比過低或過高時，系統出砂量均較低，而當氣水比在0.09～0.11時，系統出砂量有很大提升。

3 結語

綜上所述，曝氣沉砂池運行效果的好壞與否直接關系到污水處理廠管道及設備的使用壽命，并且對出水水質具有一定的影響。通過對某污水處理廠的研究發現，曝氣除砂只能去除大于0.5mm的粗砂，而粒徑更小的砂礫無法有效去除，對此，本文提出了曝氣沉砂池技術改造方案，該方案具有良好的成效，可供類似曝氣沉砂池優化改造參考。

參考文獻：

[1]污水處理廠曝氣沉砂池除油刮渣系統改造措施及建議[J].劉偉.給水排水.2014（01）

[2]榆林某污水廠曝氣沉砂池的技術改造[J].李軍，楊振鋒，周勇，姜葆霖.價值工程.2015（02）