ON THE WATER INTA KE O F INFIL TRATION GALL ERY ………………… W a n g Y u n qi et al ( 11) Abstract : This paper p resent s a perfect co ncep t abo ut water intake in t he infilt ratio n
曝气沉砂池的设计计算
唐建国 林洁梅
[ 提要 ]本文主要介绍了曝气沉砂池的特点 、设计参数的意义和取值范围 ,对曝气沉砂池 的设计具有一定的参考作用 。
[ 关键词 ]曝气沉砂池 表面负荷 停留时间 供气量 设计 计算
一 、前言 沉砂池是城市污水处理厂不可缺少的处理 工序 ,沉砂池去除的所谓砂子主要包括杂粒 、石 子 、煤渣或其它一些重的固体构成的渣滓 ,其密 度和沉降速度远大于污水中易于腐烂的有机 物 , 其中杂粒还包括蛋壳 、骨屑 、种子以及废弃 食品之类的有机物 。 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 。 二 、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 颗粒物质更快到达池边 (如图 2 中 a 点轨迹 ①) 。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 ③) 。在池横断面的中部
qA = Q / A
( 1)
式中 A ———沉砂池表面积 ( m2) ;
Q ———进水水量 ( m3 / h) ;
qA ———允许表面水力负荷 (m3/ (m2 ·h) ) 。
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 , 水力停留时间在最大流
·16 ·
图 4 曝气沉砂池可沉砂量与水力停留时间关系图
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 0125～0130m/ s 的范围内 , 就可获得较好 的除砂效果 , 水 平 流 速 一 般 控 制 在 0106～ 0112m/ s 范围内 。
曝气沉砂池的横断面应和进水量相适应 , 横断面近似于圆形的曝气沉砂池最好 。实际中
砂效率 。
四 、曝气沉砂池的设计计算
沉砂池一般按去除粒径为 012mm 以上、密
度为 2165g/ cm3 的砂子和无机物质设计 ,不同粒 径砂子的沉速 (与水温有关) 情况详见图3 。
允许表面水力负荷和砂子的分离效率的关系
分离效
qA
率
( m3 / m2 ·h) ) ( %) 100
90
表2
85
d (mm) 01125
给水排水 Vol 123 No. 10 1997
各国规定的供气量情况一览表
表3
国家
单位池长的供气量
资料来源及说明
美国 0115～0145m3 / ( min ·m)
《废水工程》
日本
5～13L / (s ·m)
《下水道设施设计指南 与解说》
德国
微气泡曝气器 : ( 0163 + 0152l n TE ) - 0162
设计曝气沉砂池需要注意的是 : 11 曝气沉砂池的横截面面积一般为 1～ 15m2 , 其宽度和设计流量时的水深比一般为 018～019 ; 21 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 ; 31 如果设有除渣池 , 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 ; 41 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 30°～40°; 51 集砂槽底宽度一般为 30cm , 其距曝气 器一侧池壁的距离一般为曝气沉砂池宽度的
m3 / ( h ·m3 ) * 粗气泡曝气器 : ( 0107 + 0176l n TE ) - 1133 m3 / ( h ·m3 ) *
TE ———曝气器距水面 距离 (m) 。《污水处理 手册》
015～110m3 / ( h ·m3 ) * 《城市排水和污水处
理手册》
* :单位池容的供气量 。
91 曝气沉砂池内应考虑消泡措施 。
图 5 曝气沉砂除渣池简图 给水排水 Vol . 23 No. 10 1997
★作者通讯处 :314001 嘉兴市吉安路 23 号 中国市政工程西北设计研究院嘉兴分院
电话 : ( 0573) 2087649 收稿日期 :199725221
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Vol. 23 No. 10 October 1997
3160
6112
7192
01160
5176
9136
11188
01200
1018
17128
21124
01250
19180
29152
36100
01315
31168
44128
52192
图 3 砂子 (ρ= 2165g/ cm3 ) 粒径与沉速的关系图
曝气沉砂池的主要设计参数是允许表面水 力负荷 (由于在实际情况中存在有水流的紊动 , 所以实际采用的允许表面水力负荷 qA 低于理 想情况下的沉速 , 允许表现水力负荷与沉砂池 表面积之间的关系详见公式 (1) ) 、水力停留时 间 、供气量 、旋流速度 。
曝气沉砂池经常和去除浮渣 、油脂结合起来 ,即
在曝气沉砂池的一侧设置除渣池 , 两池之间用 设有整流栅条的挡水墙隔开 。污水中的浮渣 、 油脂在空气泡的作用下 ,在除渣池中浮至水面 , 达到从污水中分离的目的 (如图 5 所示) , 起到 一举两得的作用 。
沉砂通常采用带有刮刀或者砂泵或者空气 提升器的除砂设备去除 , 浮渣则通过设在除砂 机上的浮渣刮板刮至池子一端的集渣槽内 。
gallery design . Based o n it , several general p ro blems co ncer ning how to raise t he yield , how to keep t he infilt ratio n gallery operatio n fo r a lo ng time and how to keep t he yields ro ughly stable are expo unded in detail . Then so me desi gn p rinciples are offered as refer2 ence fo r design .
·15 ·
曝气沉砂池的截流效率与截流效率 ( %)
颗粒粒径 d ( mm)
截流效率 ( %)
> 0130
> 95
0120
85
0115
75
0110
50
< 0107
< 10
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
1/ 3 ; 61 曝气砂池进口和出口的布置 , 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 ;
71 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 ,故应采用易检修 、拆卸的安装方式 ;
81 供气量应能够进行调解 , 沿池长从前至 后宜按 2 :1 分配 ,最后 2～3m 池长不曝气 ;
量时一般应大于 1～3min (如果设有除渣池时 水力停留时间应大于 5min) ,德国有资料要求 在最大流量时应大于 10min , 除砂要求较高时 应大于 20min , 要求较低时应大于 5min 。图 4 是水力停留时间和砂子去除率的关系图 。
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 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 011～012 ; 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 = 314 F015
( 2)
式中 F ———沉砂池横截面积 ( m2) ;
Qa ———单位池长需要的空气流量