1、 目录绪论 11 沉砂池 11.1 沉砂池的基本定义 11.2 污水中的砂粒 11.3 沉砂池的作用 11.4 沉淀池的分类 12 曝气沉砂池 12.1 曝气沉砂池的定义 12.2 曝气沉砂池的特点 22.3 曝气沉砂池的构造及工作原理 22.4 曝气沉砂池中的水流及颗粒轨迹特点 22.5 曝气沉砂池的沉砂效率 32.6 曝气沉砂池的清砂方式 43 曝气沉砂池的设计 43.1 设计参数 43.2 注意事项 63.3 设计计算 .63.4 实际设计与计算 .74 结束语 85 参考文献 8中北大学 水污染控制工程及技术课程设计1绪论本文介绍了工业污水处理中常用的曝气沉砂池工艺以及与其的相关理论基
2、础知识，旨在全面了解曝气沉砂池的构造，工作流程，及其优点与不足。通过学习并根据已知条件，初步设计简单的曝气沉砂池构型，通过数据采集计算，确定其具体参数，完成设计。从而全面、准确、深刻的了解曝气沉砂池。1 沉砂池1.1 沉砂池的基本定义城市污水或综合污水的处理一般在预处理段设置沉砂池。沉砂池的作用是去除水中密度比较大的无机颗粒，如泥沙、煤渣等，一般设在泵站、倒虹管、沉淀池前，来减轻水泵和管道的摩擦，防止后续处理构筑物管道的堵塞，缩小污泥处理构筑物的容积，提高污泥有机物组分的含量，提高污泥作为肥料的价值 1。1.2 污水中的砂粒污水中的砂粒是指相对密度较大，易沉淀分离的一些大颗粒物质，主要是污水中
3、的无机性砂粒，砾石和少量较重的有机物颗粒，如树皮、骨头、种粒等。在颗粒物质的表面还附着一些粘性有机物，这些粘性有机物是极易腐败的污泥，因此，这些颗粒物质都应在沉砂池中被去除。1.3 沉砂池的作用（1）防止活动的机械设备受到磨损而带来不正常的损耗；（2）减少在管道、渠道和导管中形成重沉积物；（3）减少消化池由于砂过分累积引起的清理频率。实质上除砂是在离心机，换热器和高压隔膜泵之前 2。1.4 沉淀池的分类常选用的沉砂池有平流沉砂池、竖流沉砂池、曝气沉砂池和旋流沉砂池 4种。平流式矩形沉砂池是常用的型式，具有构造简单、处理效果较好的优点。曝气沉砂池是在池的一侧通人空气，使污水沿池旋转前进，从而产生
4、与主流垂直的横向恒速环流。曝气沉砂池的优点是通过调节曝气量，可以控制污水的旋流速度，使除砂效率较稳定，受流量变化的影响较小，同时，还对污水起预曝气作用。涡流式沉砂池是利用水力涡流，使泥砂和有机物分开，以达到除砂目的。该池型具有基建、运行费用低和除砂效果好等优点，在北美国家广泛应用。中北大学 水污染控制工程及技术课程设计22 曝气沉砂池2.1 曝气沉砂池的定义曝气沉砂池从 1950 年代开始试用，目前已经推广使用。2.2 曝气沉砂池的特点普通平流式沉砂池的主要缺点是沉砂中夹杂约有15%的有机物，对被有机物包覆的砂粒，截留效果也不佳，沉砂易于腐化发臭，增加了沉砂后续处理的难度。而曝气沉砂池则可以在
5、一定程度上克服这些缺点。和其它形式的沉砂池相比, 曝气沉砂池的特点是: 一, 可通过曝气来实现对水流的调节 ,而其它沉砂池池内流速是通过结构尺寸确定的, 在实际运行中几乎不能进行调解 ; 二, 通过曝气可以有助于有机物和砂子的分离。如果沉砂的最终处置是填埋或者再利用(制作建筑材料) , 则要求得到较干净的沉砂, 此时采用曝气沉砂池较好 , 而且最好在曝气沉砂池后同时设置沉砂分选设备。通过分选一方面可减少有机物产生的气味,另一方面有助于沉砂的脱水 3。它的特点是： 沉砂中有机物的含量 1低于5%； 具有预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解、加速污水中油类的分离。 22.3 曝气沉砂池的构造及工作原理曝
6、气沉砂池是一个长型渠道，沿渠壁一侧的整个长度上，距池底 6090cm处设置曝气装置，在池底设置沉砂斗，池底有 i=0.1 0.5 的坡度，以保证砂粒滑入砂槽。为了使曝气能起到池内回流作用，有必要时可在设置曝气装置的一侧装挡板。污水在池中存在着两种运动方式，其一为水平流动（流速一般取 0.1 ，不得超过 0.3 ） ，同时，由于在池的一侧有曝气作用，因而在池的横断面上产生旋转运动，整个池内水流产生螺旋状前进的流动形式。旋转速度在过水断面的中心处最小，而在池的周边则为最大。空气的供给量应保证在池中污水的旋流速度达到 0.250.40m/s。由于曝气以及水流的螺旋旋转作用，污水中悬浮颗粒相互碰撞、摩
7、擦、并受到气泡上升时的冲刷作用，使黏附在砂粒上的有机污染物得以去除，沉于池底的砂粒较为纯净。有机物含量只有 5%左右的砂粒，长期搁置也不至于腐化 4。2.4 曝气沉砂池中的水流及颗粒轨迹特点通过在曝气沉砂池内一侧鼓入空气, 会使水流产生垂直于水平轴的竖向流, 其与在沉砂池内的水平流叠加产生螺旋流,如图1 所示。这种螺旋流一方面使有机物和砂子得到分离, 另一方面将沉入池底的砂子冲中北大学 水污染控制工程及技术课程设计3入集砂槽内。砂子等颗粒物质在曝气沉砂池内由于受不同水流的影响, 不同颗粒运动情况也不相同。在具有高旋流速度的区域,如水面处,小颗粒受水流的影响比大颗粒大, 所以小颗粒物质比大颗粒物
8、质更快到达池边(如图2 中a 点轨迹) 。在池边由于水平流速较小,所以颗粒水平运动的距离较短, 较大的颗粒会较快地沉入池底(如图2 中a 点轨迹) 。在池横断面的中部(如图2 中b 点) ,由于具有较高的水平流速,而旋流速度较小, 所以颗粒沿水平方向运动的距离比沿横断面方向运动的距离大。颗粒在重力的作用下沉到池底,沿着沉淀路线,水平流速逐步减小, 旋流速度逐步增大。在这一区域较小的颗粒受旋流的影响较大, 所以在横断面方向运动比较大颗粒运动距离大(如图2 中b 点轨迹和)3 。2.5 曝气沉砂池的沉砂效率对于所有沉砂池而言, 沉砂效率首先取决于水力停留时间。表1是曝气沉砂中北大学 水污染控制工程
9、及技术课程设计4池对不同颗粒粒径砂子的截流情况。从表1中可以看出粒径为0.10.2mm 颗粒的截流效率是达不到100%的, 0.2mm 颗粒的截流效率为85% , 而0.1mm 颗粒的截留效率仅为50%。实际运行时, 沉砂池的沉砂效率可以通过测定初次沉淀池污泥中砂子的含量来确定。如果沉砂效率不高时, 应根据实际情况调整运行参数来提高沉砂效率。表1 曝气沉砂池的截流效率与截流效率(%)颗粒粒径d（mm） 节流效率（%）0.300.200.150.100.079585755010曝气沉砂池与其它沉砂池相比优点之一就是污水中的有机物和无机物可以得到较好的分离。一般供气量越大,这种分离效果越好 ;但是
10、供气量过大,会影响曝气沉砂池的沉砂效果,特别是对细颗粒砂子的截流效果。按我国规范规定气水流量比一般为0.10.2 ; 国外对此规定也不尽相同 , 表3是各国对供气量的规定情况一览表。德国有人通过对30座曝气沉砂池的调查,发现供气量普遍超过实际需要量,尽管这些曝气沉砂池大小尺寸均满足要求 , 但供气量过大并没有得到良好的沉砂效果, 后续处理构筑物中仍然有许多应由沉砂池截留的砂子沉淀。相反通过减少供气量后, 曝气沉砂池的工作状况却得以改善。通过试验按能量密度确定了供气量的计算公式(公式 (2) ) ,并认为用此公式进行设计可以保证和改善曝气沉砂池的工作效果。Qa = 3.4 F0.5 (2)式中F
11、 沉砂池横截面积(m 2 ) ;Qa 单位池长需要的空气流量（ 。3( )）在曝气沉砂池中由于曝气后使池内的水流(水平流和竖向流叠加) 产生螺旋型水流, 其旋流速度是由供气量大小控制的, 而旋流速度的控制要以除砂的质量和数量为依据。曝气沉砂池的关键是池内水的旋流速度, 尽管水平流速受水量变化影响很大, 但一般只要旋流速度保持在0.250.30 的范围内, 就可获得较好的除砂效果, 水平流速一般控制在0.060.12 范围内。中北大学 水污染控制工程及技术课程设计52.6 曝气沉砂池的清砂方式抓斗清砂吸砂泵清砂角阀排砂3 曝气沉砂池的设计3.1设计参数流速度应保持:0.250.3 ; 1平流速为
12、:0.060.12 2最大流量时停留时间为 13min; 3有效水深为 23m，宽深比一般采用 12; 4长宽比可达 5,当池长比池宽大得多时，应考虑设置横向挡板; 5lm3 污水的曝气量为 0.2m3 空气; 6空气扩散装置设在池的一侧，距池底约 0.60.9m ，送气管应设置调节气 7量的闸门;池子的形状应尽可能不产生偏流或死角，在集砂槽附近可安装纵向挡板; 8池子的进口和出目布置应防比发生短路，进水方向应与池中旋流方向一致， 9出水方向应与进水方向垂直，并宜考虑设置挡板;池内应考虑设消泡装置。10曝气沉砂池的允许表面水力负荷（由于在实际情况中存在有水流的紊流，所11以实际采用的允许表面水
13、利符合 q 低于理想情况下的沉速，允许表现水力负荷与沉砂池表面积之间的关系见公式）=式中 A沉砂池表面积（m ） ；2Q进水水量（m /h） ；3q允许表面水力符合（m /（m h） ） 。32允许表面水力负荷与不同粒径砂子的分离效率情况如表 2 所示。表 2 允许表面水力负荷和砂子的分离效率的关系中北大学 水污染控制工程及技术课程设计6100 90 850.1250.1600.2000.2500.3153.605.7610.819.8031.686.129.3617.2829.5244.287.9211.8821.2436.0052.923.2 注意事项(1) 曝气沉砂池的横断面面积一般为
14、115m ，其宽度和设计流量时的2水深比一般为 0.80.9；(2) 曝气沉砂池长度不宜小于池宽的 10 倍，最大一般不宜大于 60m；(3) 如果没有除渣池，除渣池长度必须小于曝气沉砂池的长度，以保证沉砂池的最佳除砂效果，两池之间的挡水墙底至少为除渣池深度的 30%（在最小流量时也应淹没于水中） ，除渣池宽度一般为全池宽度的 1/3；(4) 曝气器距曝气沉砂池集砂槽上沿的距离一般为 30cm，曝气器一侧以下的池底倾角一般为 70，相对侧池底一般为 45，如果设有除渣池时一般为 3040(5) 集砂槽帝宽度一般为 30cm，其距曝气器一侧池壁的距离一般为曝气沉砂池宽度的 1/3；(6) 曝气沉
15、砂池的进口和出口的布置，应防止发生短路，进水方向应和池内水旋流方向一致，出水方向应和进水方向垂直；(7) 曝气器固定安装时宜采用穿孔管（粗气泡曝气器） ，若采用微气泡曝气器时，由于易堵塞，故应用易检修、拆卸的安装方式；(8) 供气量应能够进行调解，沿地长从前至后宜按 2:1 分配，最后23m 池长不曝气(9) 曝气沉砂池内应考虑消泡措施 。53.3 设计计算池总有效容积： =60(3)式中：q 最大设计流量，m /s；axv 3t 最大设计流量时的停留时间，min。分离效率表面负荷粒 径中北大学 水污染控制工程及技术课程设计7水流断面面积：=1(2)式中：v 最大设计流量时的水平流速，m/s；
16、池总宽度：=2()式中：h 设计有效水深，m。池长度=()每小时所需要的空气量： =3600,3式中：D每立方米废水所需要的空气量，m 。3表 3 单位池长所需要的空气量曝气管水下浸没深度/m最低空气用量/(m m h )31- 最大空气量/(m m h )31-1.52.02.53.04.012.515.011.014.510.514.010.514.010.013.53029282825这里空气量的计算，也可按单位池长所需的空气量进行计算。3.4 实际设计与计算根据任务书要求：最大设计流量：1.0m 3/s；日设计流量：70000 m 3/d。池的容积。由于例行维护需要周期性的排空沉砂池，
17、因而采用两个沉砂池。假定最大流量下的平均停留时间为 3min。沉砂池容积，=60=6013 3=1803中北大学 水污染控制工程及技术课程设计8每格沉砂池的容积为：1=2=903确定水流断面面积：设最大设计流量时的水平流速 v =0.1m/s，1=1 =13/0.1/=102因为设计中为两个沉砂池，所以每个池子的水流横断面积为：2=2=1022 =52确定池长：=12=90352=18每格池子的宽度 B：设每格池子的高度为 =3.0=1023=3.34确定平均流量下每个沉砂池中的停留时间。停留 时间 = 903700002436003=111(160)=1.85确定每小时空气供应需要量。查计算
18、手册可知，lm 3污水的曝气量为 0.2m3空气。（每个沉砂池）1=3600=0.21.03600=7203=123总的供气量=122=2434 结束语往往只有到了这种需要全面知识的时候，我们才会看到自身的不足，而且也只有到这个时候我们才会感觉到什么都没有学到。其实我一直都认为在大学里，实验和课程设计是最快增进学生学习效果的两个途径。前者是锻炼了我们的实际操作能力，而后者则锻炼了我们全面组织、自我学习、探索、创新的能力。在说一下我对于老师授课方式的感觉吧！我最欣赏老师上课的方式有以下中北大学 水污染控制工程及技术课程设计9几点（虽然我不怎么好好听课）：1、老师会和我们一起来讨论关于您试验的东西
19、，包括问题，虽然我们可能不会懂，但说句实话，我们会去想；2、工科的课程不完全时工科的内容，有时候授课一方面是在教授课本知识，另一方面是在传授一种精神，这种精神可能不是您自身拥有的，但是您把这种好的精神展现在了我们的面前，这些多少对我们有点影响的（您推荐的曾仕强教授的易经的奥秘，我正在看） 。我想象中的大学老师、教授，他们在上课的时候所讲授的内容，会照顾到不同需求的学生。而现在很多老师只是在顾忌要学习专业知识的学生，对于并没有想学而在教室的同学，就只是在陪太子读书。所以这一点上我很欣赏您的讲课方式。感谢您对于我们的教诲，起码从您的课上我找到了自己想要的东西。5 参考文献1马强，尹君贤等主编.曝气沉砂池的设计改进.工业用水与废水.2006.6:60.2秦裕珩等译.废水工程处理及回用第四版.国外名校名著.北京：化学工业出版社，2004:276.3唐建国，林洁梅.曝气沉砂池的设计计算.给水排水.1997:15.4郭茂新，孙培德等.水水污染控制工程学.中国环境科学出版社，2005:41.5晋日亚,胡双启主编水污染控制技术与工程北京：兵器工业出版社，2005: 42 - 45
