污水除砂初步设计

1、污水除砂研究方案初步设计编制单位：重庆市能源环境研究中心2012年7月、项目概况水是生命之源，是一个城市、社会可持续发展的前提条件。我国 水资源占有总量位居世界第6位，但人均占有量却排在世界第121位， 只有世界人均占有量的1/4,是全球13个贫水国家之一。根据水利部 门的预测，到2030年我国人口增至16亿时，人均水资源将降低到1760 m3,总缺水量将达到400500亿m3，已经达到了世界公认的缺水警 戒线。1、城市污水处理的现状城市化是人类进步的标志，自上世纪90年代后，我国城市化速 度进一步加快。城市数量与规模的迅速增加与扩张，带来了严重的城 市生活污水和垃圾污染问题。近10年来，我国

2、城市生活污水排放量 每年以5%的速度递增，2011中国环境状况公报显示，2011年， 全国废水排放总量为652.1亿1，化学需氧量排放总量为2499.9万 吨，氨氮排放总量为260.4万吨。无论出于资源的回收再利用，还是 环境保护的角度，污水处理课题日益重要。而目前，我国城市的污水 处理率为69%，欧美发达国家的污水处理率一般都在80%以上，美国、 荷兰等国家的污水处理率甚至超过90%，与发达国家相比我国污水处 理率存在着明显的差距。2、砂对污水处理工艺的影响一般城市污水的沉砂量可按100万m3污水沉砂30 m3计算，其含水 率为60%，密度为1 500 kg/m3，但有些污水处理厂进水口水样

3、检测中 经常高于上述数值，甚至是设计含砂量的23倍。污水中含砂量的增 加给运行中各道工序带来影响，对污水处理系统的日常运行是十分不 利的。对沉砂池前工序的影响进水泵房前池是泵房的集水区域，且成了污水中粗颗粒的沉砂 池。在进水通道中有扩散和死角处积砂更严重，使水泵进水的水量受 阻，运行不平稳，噪声增大，同时也加剧了叶轮及蜗壳的磨损。污水 通过格栅时，易在格栅的前面积砂，若不及时清除会缩小格栅有效过 流面积，使栅条处流速增加，并影响格栅截留物的机械耙除；甚至积 砂崩塌时会堵塞、损坏泵机，严重影响生产；对细格栅也有影响，如 阶梯式细格栅，底部的积砂可使栅条变形，加速传动机构磨损。对沉砂池后工序的影响

4、国内许多污水处理厂的沉砂池停留时间在3min左右，大约是德国 污水处理厂沉砂池停留时的1/61/3。如此短的停留时间造成许多细砂 随沉砂池出水进入初沉池，使初沉池的排泥设备磨损加剧。螺杆泵是 常用的排泥泵，锭子成分为橡胶，在运行时遇到砂粒会使泵的寿命大 大缩短。据了解，一些受砂影响的螺杆泵锭子寿命只有三个月。在污 泥处理系统中，由于砂粒具有流动性差、易沉积的特点，会引起污泥 管道堵塞、消化池底部积砂，从而影响消化池的正常运行和沼气产量。 在污泥脱水过程中，污泥中的细砂对脱水也会带来影响，堵塞带式压 滤机滤布中的微孔，而滤布中嵌着的细砂不易被脱水机的滤布冲洗系 统冲洗干净。二、立项的必要性砂在污

5、水处理运行系统中的存在和不能及时处理，已成为污水处 理成本高和设备损耗未严重的重要原因之一。如何除砂、在什么位置 除砂、采取何种工艺除砂效果更好，以及用于评定除砂效果的污水含 砂量的检测标准已成为水务工作者共同思考的科题。1、污水含沙量的检测的必要性我国污水管道系统多是雨水和生活污水混流的。在排水管网中， 雨污分流系统不完善或雨水管误接入污水管道内，使雨水带着大量泥 砂进入污水管道。同时一些单位不文明施工，将施工中产生的泥浆未 经沉淀就直接排入排水管网，因而我国污水中砂含量高。目前，污水中砂含量的标准尚未建立，重庆污水公司采用了河道 测泥沙含量的方法对污水中砂含量进行了测试分析。发现测试结果随

6、 测试时间和测试前后位置变化的波动大，准确性不好。污水中有机泥 和有机悬浮质含量高，对测砂干扰较大。综上所述，为评价和提高污水除砂效果，研究适合于污水中砂含量的检测标准，并应用于污水中砂含量的实时监测以迫在眉睫。2、重庆污水全系统砂处理的必要性重庆主城排水工程主要包括：四个污水处理厂（鸡冠石污水处理 厂、渝中污水处理厂、唐家桥污水处理厂、唐家沱污水处理厂）、城 A、B、C、D四条主截流干管和195条二级管组成的排水管网，涉及 主城5区（渝中、沙坪坝、江北、九龙坡、南岸）的21个排水流域， 服务人口超过500万人。2007年共处理污水2.7亿m3，COD消减量达7 万吨，污水收集率已达75%，处

7、理率100%。运行情况较好。由于重庆市为山城地貌，自然形成的雨污合流冲沟就成为二级管 网截流的主要对象。这部分天然冲沟，夹杂大量泥沙进入下游的污水 处理厂。在很大程度上影响了主城排水系统的正常及安全运行。表1 为部分沉砂装置的运行现状，发现其除砂效率较低，远不能达到设计 和实际工艺要求。表1部分沉砂设施的除砂现状设备运行现状设计指标渝中区污水处理厂平流沉砂池综合除砂率为34%左 右，0.2mm粒径泥沙 去除率54%无鸡冠石污水处理厂旋流沉砂池0.2mm以上的沙砾的 综合去除率仅为22.65%除砂率：=0.1mm65%，=0.2mm85%，=0.3mm95%根据主城排水工程将近7年的运行报告，泥

8、沙对于污水处理厂设 备的影响日趋严重。其中，由于小粒径泥沙的启动流速非常小，远远 小于管网实测流速，故脱除率低，对设备磨损严重。因此，在重庆污水公司现有状况下，采取相关工程措施，使水流 夹沙能力降低，进一步提高除砂率，尤其是=0.2mm粒径泥沙的脱除 率，从而降低设备损耗及后续处理成本是必要的。3、聚合硫酸铁加入设备改进的必要性目前在城市用水和工业废水处理工艺中，国内外普遍使用既经济 又简便的絮凝沉淀法来净化水质，在工业废水、生活污水的处理，以 及水质深度净化、回收利用、污泥处理中，它都往往成为关键环节。 絮凝效果的好坏会影响到水处理工艺后续流程的处理费用，甚至影响 最终出水的质量。与其他水处

9、理法比较，絮凝沉降法的优点是设备简 单，维护操作简便，处理效果好，间歇或连续运行均可。重庆污水处理现使用的聚合硫酸铁加入工艺，是将聚合硫酸铁浓 溶液在稀释池中稀释后经过长的管道运输后分流加入到曝气池末端。 管道末端出水口结品堵塞严重，影响聚合硫酸铁在整个水流端面的均 匀分布，对P的去除不利。同时，每千吨污水聚合硫酸铁的加入量是 5Kg，处于一个富余过量水平。而污水在不同时段来水量和水中磷含 量是变化的，客观上对聚合硫酸铁的需求量是也变化的。针对上述现实，改进现有设备，并开发聚合硫酸铁的自动化加入 装置，实现水量、磷含量和聚合硫酸铁加入量的联动，并解决其管道 结品的问题已迫在眉睫。针对重庆市排水

10、系统聚合硫酸铁加入装置进入管结品堵塞严重的现状，研制自动加入设备，并开发新的工艺方法。三、技术方案1、编制原则和依据此文为项目研究方案初步设计，是依据重庆污水处理系统泥沙处 理装置和脱磷装置运行现状，结合我们掌握的项目研究可行性分析、 具备的研究条件、技术力量和管理方法进行编制。编制原则不改动现有管网，基建投资省、运行费用低。工艺流程简单、构筑物少，运行管理方便。因地制宜，考虑重庆的污水特质和山城特色，充分利用现有污水 高度落差。具有一定承受水量、水质冲击负荷的能力。编制依据国家、行业及地方现行有关政策、法律、法令、法规。充分响应并满足本项目改进方案的初步设想。本单位的相关制度与规定。本单位具

11、备的研究条件和技术规范。2、功能要求以重庆市日常污水为研究对象，通过对现有执行标准的改进， 设计新的、切实可行的污水含砂量检测标准。针对重庆市排水系统设施设备的现状，典型输水段的流场特性等研究，设计合适的，考虑全流域的除砂设施。3、除砂基本原理污水中砂的运输泥沙在管道输送工程中，由于重力作用，在横截面上会形成上稀 下密的浓度分布，上下流速也不同。这是管道水力输送固体颗粒最为 常见的现象。Wilson针对这一特点，提出了 “两层”的概念，即管 道横截面上泥沙稀疏的区域为上层，剩下的区域为下层。上层低浓度 区，颗粒以悬移质形式运动;下层高浓度区的颗粒大部分以推移质形 式运动。各层均假定为均匀连续介

12、质，分别考虑各层运动状况及颗粒 的存在对流动的影响。两层模型的建立是基于一系列的平衡方程，包 括管路中上下层混合物的质量和动量平衡方程。取单位管长为控制 体，控制体内混合物的流动是恒定的，各项物理参数均用控制体内各 相的平均值来表示。悬移质和推移质中固体颗粒与载流体之间的速度 滑移忽略不计。将质量守衡定律应用到两层模型中，可得：总流量方程：VmA=V1A1+V2A2(1)固相流量方程：CvdVmA=C1A1V1+C2A2V2(2)式中：VmY表混合物的平均流速;Cvd表示泥沙的输送浓度;A为管道横截面积;V1、V2表示上、下层平均流速;A1、A2表示 上、下层的横截面积；C1、C2表示上、下层

13、的平均浓度。污水中砂的脱除拟采用平流沉沙与旋流沉砂并举的方式，考虑污水中砂含量及有 机质、离子含量，因地制宜，选取重庆现有污水管网的合适节点，在 不大改重庆现有污水管网设施设备的情况下，通过挡流板，导流槽设 施的修建，改变节点处污水流场，延长水力停留时间并形成局部旋流， 实现砂水分离，从而达到提高除砂率的目的。控制体数据获取，重庆市能源环境研究中心将根据重庆污水特 点，使用流体力学计算软件FLUENT6，以Wilson模型进行模拟计算。 并将在实验室搭建水力学模型，以物理模拟、数学模拟相结合的方式， 选取合理的控制体几何数据及其他关键数据。4、排砂设备分离出来的泥沙，采用重力排砂为主、机械排砂

14、并用方式排出。 并注重积累运行资料，为进一步改进工艺，提高系统效率，降低运行 能耗和设备损耗积累数据。5、聚合硫酸铁自动加入设备聚合硫酸铁(PFS)是另一种新型无机絮凝剂，70年代首先由日本 研制成功，80年代初开始投入工业化生产与应用，PFS是硫酸铁在水 中水解一絮凝过程的一个中间体。絮凝机理与PAC类似。除具有铝盐 类无机高分子絮凝剂特点外，还具有价格低、pH值适用范围宽及腐 蚀性小等优点。重庆市能源环境研究中心设计的聚合硫酸铁自动加入设备，主要 由料桶、加料管路、热水清洗管路、污水流量和P含量检测、中心控 制计算机等部分组成。料桶主要有投料口和混合器组成；加料管路主要由过滤器、计量泵、质

15、量流量计、电控球阀、喷嘴 等组成；清洗管路主要由加热器、过滤器、电控球阀等组成；污水流量和P含量检测部分主要有流量计、P含量测定装置组成；中心控制计算机部分由工业控制计算机和重庆能源环境研究中 心自主开发的控制软件组成。加料过程的工作原理如下：聚合硫酸铁加入料桶，稀释搅拌后进入加料管路，通过电控球阀 控制，经过计量泵以一定压力输送到喷嘴，雾化后喷出。加料管路与 清洗管路串联，每次喷出聚合硫酸铁溶液后，自动喷出热水清洗管路 及喷嘴，避免阻塞。加料量由中心控制计算机基于来流污水流量和？ 含量检测数值进行计算，并以流出污水?含量检测数值作为反馈，通 过计算实现对聚合硫酸铁自动加入过程的闭环控制，实现加料过程的 持续、稳定、精确。T设定加斗止控器$4 计里.” 4加由 $廿计 卜1对于加料系统的控制，可以在自动和手动方式下按照多种模式进 行切换。系统提供了两种手动方式方便用户的操作和控制：用户可以将加料控制脱离自动控制状态，直接设定