旋流沉砂池的排砂系统设计.docx
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旋流沉砂池的排砂系统设计
旋流沉砂池的排砂系统设计
目前，城市污水处理厂的沉砂池基本上采用两种类型：
一种是应用比较广泛的曝气沉砂池，通过池中一侧的空气管控制曝气，使污水形成具有一定速度的前进旋流（垂直于水流方向），这种池型具有稳定的除砂效果；另一种是利用水力涡流除砂的旋流沉砂池（其旋流与水流方向基本一致），具有池型简单、占地省、运行费用低、除砂效果好等优点，已越来越受到人们的重视。
旋流沉砂池的排砂目前采用两种形式，一种是靠砂泵排砂，其优势在于设备少、操作简便，但砂泵的磨损问题也越来越受到用户的关注；另一种是气提排砂，其优势在于系统可靠、耐用，但设备相对较多。
合肥市王小郢污水处理厂是安徽省第一座大型城市污水处理厂，一期工程规模为15×104m3/d，已于1998年投产运行，运行效果良好；二期工程又增加15×104m3/d，已在2001年的下半年投入使用，一、二期工程均采用气提排砂的旋流沉砂池。
1概况
该工程设旋流沉砂池2座、砂水分离器2台，由奥地利NEVHOLD提供成套设备，其中空压机（2台）采用德国Aerzen的产品。
具体设备参数如下：
①旋流沉砂池直径为5480mm，池深为4750mm，单池处理量为4100m3/h，桨叶直径（可调试）为（1500±150）mm，转速为n=12r/min。
②空压机型号为GM3S，Q=109m3/h，H=8m。
③砂水分离器型号为SAK—250，Q=30m3/h，安装闭度为30°，固体负荷为1m3/h。
④空气提升泵（Q=50m3/h）2台。
其工艺布置见图1。
2工作原理
通过细格栅的进水以切线方向流入沉砂池，出水则沿径向流出，桨叶以12r/min的速度均匀转动以保持池体内水流具有0.3～0.4m/s的平均流速。
由于水力原因将使砂粒沉入沉砂池的料斗底部，经气提排出并进入砂水分离器，进一步固液分离后的污水将进入厂区污水管道。
3运行控制
沉砂池的系统控制可以分成手动和自动，自动控制由现场的控制箱和PLC进行。
沉砂池搅拌系统基本上为24h连续自动操作，若需要保养或手动操作时，系统可以切换。
沉砂池的空气提升泵、空气冲洗装置及砂水分离器的操作由电控柜自动执行，必要时自动控制可以由操作人员解除而完全以人工控制方式运作。
空气提升泵操作前必须确认鼓风机操作正常、气压达到预设值。
气洗过程：
空气管上的电磁阀开启，排砂管上的电动刀阀处于关闭状态，压缩空气自空气喷头喷出打松沉于池底的沉砂以利于下一步提升泵将沉砂抽出，并使上清液返回水处理流程作下一步处理。
电磁阀的开启时间可以调节。
一期工程采用的是水洗，该过程与气洗过程类似，但要增设相应的电磁阀和采用具有一定压力的自来水冲洗沉砂池池底。
可以看出气洗比水洗更方便、简单，同时也可节约一定量的自来水。
排砂过程：
启动砂水分离器，开启排砂管上电动刀阀，空气提升泵把沉砂抽送至砂水分离器，经过一预设时间后系统自动关闭。
预设时间可以根据系统运行后的经验而设定，也可随着污水中的含砂量的变化作适当调节。
经过以上两个过程后，电动刀阀、电磁阀、空压机自行关闭，即完成一个工作周期。
4气提排砂的计算
气提排砂系统主要包括空气提升泵和空压机及其配套设备，由空压机提供气源，空气提升泵将砂水混合液由低处提升到高处，其工作原理是通过自下而上吹入空气，使污水、砂、空气形成气液混合体且降低了密度，从而实现砂水混合液的提升。
①空气量计算
QL=QS·6·H/T
（1）
式中 QL——所需空气量，m3/h
QS——砂水混合液量，m3/h
H——水面以上提升高度，m
T——水面以下空气注入深度，m
②风压计算
P≥T+2
（2）
举例：
已知H=2m、T=4.2m（则P=62kPa）、砂量=1.8m3/d，按含水率3%计，则QS=60m3/d（若空气提升泵按工作48次/d、3min/次计，则QS=25m3/h），QL=71.4m3/h（取安全系数为1.2～1.3，则该值为92.9m3/h）。
空气量也可参考德国PASSVANT公司沉砂池的提升参数，见表1。
表1沉砂池的提升参数
深度比：
H/T
0.2～1.2
0.2～1.2
0.2～1.2
0.2～1.2
空气量（m3/h）
15～150
20～250
30～280
50～440
提砂量（L/s）
6～14
10～24
15～35
23～58
冲洗水量（m3/h）
18
18
22
30
冲洗水压（kPa）
200
200
200
200
5排砂系统的维护
该系统中存在的主要问题是排砂管道易堵塞，可通过在设计中预留冲洗水孔及清通孔加以解决。
对电动刀阀之前的输砂管道堵塞可用空气进行冲洗，也可用压力为200kPa的自来水冲洗，如仍不能解决问题，可以用细直硬杆从预留清通孔清通。
对电动刀阀之后的输砂管道堵塞，可采用自来水冲洗。
2台鼓风机及2台砂水分离器都可互为备用，检修检验时可通过手动阀门调节。
循环冷却水处理设计应重视节水环保水处理技术
1、节水环保水处理是可持续发展的需要
为了控制工业循环冷却水系统结垢和腐蚀，保证设备的换热效率和使用年限。
目前已有多种类型水处理技术。
其中环保节水型水处理技术，更适应可持续发展的需要，也更受企业的欢迎。
为使工业循环冷却水处理达到技术先进，节约用水，符合环保需要，根据多年积累的成熟实践经验，提出在工业循环水冷却水处理设计规范中，应增设环保节水型水处理设计条款，以适用新建、扩建、改建工程和间接换热的工业循环冷却水处理的需要，适应节水环保对给水排水的更高需求。
循环冷却水处理，最重要的是解决换热设备的结垢和腐蚀问题。
结垢要影响换热效率，多耗能源，影响工艺操作。
腐蚀会减少设备使用寿命，并存在安全隐患。
为了防止结垢和腐蚀，近年来大力推广了磷系配方水处理技术，有效控制了水垢和腐蚀。
但是，磷系药剂存在不容忽视的问题：
一、磷是营养物质，促进了水系统中菌藻微生物的繁殖加剧，不仅加氯和投加各类杀菌灭藻剂成为必须手段，而且有大量含磷和含杀菌灭藻剂废水排放，加重了环境水域污染和富营养化程度，成了公害性问题。
二、磷系配方药剂在系统内停留时间有限制，水解成磷酸钙垢，循环水浓缩倍数低，不利于节约用水。
环保节水型水处理技术，经多年来的实践应用，具有良好的节约用水、保护环境的功效。
例如LHE聚合物，对高碱度、高硬度、含氨含碱或水质相对较差的水适用性强，浓缩倍率高，抑制菌藻效果好，不需使用杀菌剂。
因而在新规范中特别增加了节水环保水处理设计所要求的相关技术条件。
我国循环冷却水处理已开发出较适应的节水环保型药剂及技术，并经过了较长期的应用实践，为循环冷却水的节水环保设计提供了参考依据。
由于我国水资源严重短缺，保护环境需求及法规日益严格。
因此，循环冷却水设计应考虑在不影响工艺条件情况下尽量采用节水环保新技术。
采用环保新技术不仅是节水环保的需要，也是工厂企业应该高度重视的大事。
2004年2月间，四川某大型化工集团废水排放，造成环境水域严重污染，农作物受害，鱼虾死亡，几万人无水可用，经济损失达三亿元，工厂被罚款100万元，总经理引咎辞职。
造成这一严重后果的直接原因，是该企业循环水采用的技术无法使用含氨废水作补充水。
而该厂邻近的许多同类型企业，早已改用LHE聚合物节水环保水处理技术。
所有含氨含碱废水均全部用于循环水补充水，实现了以废治废，以污治污，节约用水，保护环境，杜绝污染的目的。
由此也可以看出，工业循环冷却水采用新技术具有重要意义和价值。
换热器的材质。
根据实践经验，不同材质组合虽然有利于提高换热效率，但带来的电偶腐蚀和水质处理上的难度也是不可忽视的。
例如化肥厂的水系统，在碳化塔工段使用铝合金换热水箱，就存在铝管与钢铁连接处的电偶腐蚀问题，循环水也难以回用高碱度废水（铝对CL–、Na+、K+等耐受能力较弱）。
同时，碳化水箱设计为U形管，管径较细，冷却水在其中流速慢，碳化液温度高，易结垢和沉积污垢。
化肥厂的铜芯、阀门、铜管油冷器等，均影响含氨废水回用于循环冷却水。
还有脱硫工段使用的醋酸铜氨液，其泄漏的含铜离子溶液，飘落的含铜粉尘，在循环水中均会加速对设备的腐蚀。
尤其是对铝合金的腐蚀。
同时，磷系配方也不允许循环水中有氨，因而过去化肥厂循环水设计中特别强调不得有氨，致使净氨塔、二次脱硫等大量含氨废水无法利用而排放，造成水资源浪费和环境污染。
节水环保水处理技术的应用促进化肥厂水处理的改革，例如使用LHE聚合物的厂家，将循环水系统所有含铜质的阀门、冷却器等全部换为不含铜质的。
将脱硫工段单独隔开，杜绝含铜物质与循环水接触。
这样一来，含氨废液、尿素解析废液、车间地面冲洗水（含氨）、等均可回收澄清后用于循环冷却水补充水，使吨氨水耗由过去的100多吨降低到15吨以下。
碱厂也是如此。
过去磷系配方无法接纳高PH值含碱废水，使用LHE聚合物则可以回用高PH值含碱废水。
所以采用节水环保水处理技术，不仅是技术上的先进性，而更重要是为企业的节约用水、提高效益、变废为宝、保护环境，提供了可靠途径。
3、采用节水环保水处理技术应提高循环水的流速和流量：
管程循环冷却水流速不宜小于1.2m/s；壳程循环冷却水流速不宜小于0.9m/s。
无法满足上述要求时，应采取加大冷却水流量，在易沉积污垢部位设置集污器、排污阀和反冲洗阀，并加强防腐涂层。
污垢沉积主要是冷却水流速偏低造成的，特别是夏季水温高，磷系水处理系统微生物粘泥大量滋生，流速慢的地方，紧贴管壁的生物粘泥更减缓了本来就缓慢的水流，结果是恶性循环。
提高冷却水流速不利于污垢存留，一般大于0．9m/s的水流，污垢或粘泥难以在循环水系统中管道和设备上附着。
从大量垢下腐蚀的情况分析，有两种情况：
一种是锈垢。
这种垢大多为瘤状，瘤周为黑色，主要是水质PH值偏低，铁细菌和硫酸盐还原菌繁殖的后果；另一类是污垢与金属接触部位细菌繁殖的后果。
主要是水的流速慢，换热面上或系统设备上积存杂质和污垢所造成。
解决的方法是提高循环水的PH值和碱度指标，并提高流速或加大水流量，防止结垢和污物沉积。
3、污垢热阻
所有循环水均存在污垢沉积影响换热的问题。
污垢热阻值的法定计量单位为m2·k/w，1m2·h·C/kсal=0.86m2·kw，原规范指标规定为1.72×10-4~3.44×10-4m2·k/w.
由于现行大多是采用磷系配方（包括聚磷和复合配方），其污垢是否附着换热器而影响换热，除了水的流速、流量、药剂浓度外，菌藻微生物繁衍滋生也是重要的因素。
当加了杀菌灭藻剂后，微生物粘泥少，污垢就少，换热就好。
菌藻微生物随时都在繁殖，污垢热阻值也在不断变动之中。
所以，污垢热阻这一指标难以准确反映实际情况，很多流于形式。
当循环水系统换热不好，用阻垢剂、杀菌剂也无法解决时，就干脆进行清洗去除。
在一些有一定规模的工厂，均有自己的专业清洗队，不论是化学清洗还是高压水射流，虽然可能解决换热问题，但浪费水，污染环境，降低设备使用寿命是难免的。
一些大型化工企业价值昂贵的换热器，因频繁进行化学清洗而提前报废。
坏一台，换一台，再坏一台，再换一台。
由此也说明污垢的危害性和循环冷却水处理中存在的问题。
所以，解决污垢在换热器上附着影响换热的问题，除了硬性指标之外，还要从技术上根本解决。
从十多年的实践经验看，应用节水环保型LHE聚合物，其与水中结垢离子或杂质的络合物不易粘附，易于流动性，恰好解决了污垢附着的问题。
化肥企业和大型中央空调循环水处理使用LHE聚合物的实践表明，换热设备中没有因结垢、污垢、菌藻滋生、粘泥附着影响换热的问题，运行情
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