某污水處理廠曝氣沉砂系統(tǒng)的提質(zhì)增效與改造

蘇東霞,劉學(xué)鋒

(北京北排水務(wù)設(shè)計(jì)研究院有限公司,北京 100068)

污水處理廠預(yù)處理除砂系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行,對(duì)于污水處理后續(xù)工藝至關(guān)重要。污水處理廠中采用氧化溝、SBR等工藝時(shí)通常不設(shè)初沉池,而設(shè)置了初沉池的AAO等工藝也常為保證除磷脫氮具有足夠的碳源,采用了超越初沉池的運(yùn)行模式[1],這使得無(wú)機(jī)顆粒的去除只能依靠除砂系統(tǒng)完成。除砂效果較差,大量的泥砂沒(méi)有得到有效去除,進(jìn)入后續(xù)處理單元導(dǎo)致生物池污泥混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度(MLVSS)/混合液懸浮固體濃度(MLSS)降低,影響生化功能。有初沉池的污水處理廠,大量泥砂會(huì)隨著初沉池排泥而進(jìn)入污泥處理單元,在排泥過(guò)程中磨損污泥泵,采用污泥厭氧消化工藝將會(huì)減少厭氧消化容積,導(dǎo)致攪拌不均,增加消化罐的攪拌能耗。因此,如何保證沉砂池能穩(wěn)定去除粒徑大于200 μm的無(wú)機(jī)顆粒,同時(shí)還能強(qiáng)化細(xì)微無(wú)機(jī)顆粒的去除尤為重要。

曝氣沉砂池具有良好的抗沖擊能力和較高的砂礫與有機(jī)物分離效率,更廣泛地應(yīng)用于各大污水處理廠中。但由于我國(guó)污水處理廠運(yùn)行管理的粗放特征以及進(jìn)水流量及水質(zhì)的波動(dòng)性,目前大多數(shù)現(xiàn)況污水處理廠,尤其是老舊污水處理廠的曝氣除砂系統(tǒng)除砂效率低下且不穩(wěn)定。池型、停留時(shí)間、進(jìn)出口擋板位置、曝氣量、曝氣位置和提砂泵等多個(gè)因素均對(duì)曝氣沉砂池的運(yùn)行效果有影響[2-3]。國(guó)內(nèi)外大多數(shù)關(guān)于曝氣沉砂池的研究均是基于試驗(yàn)針對(duì)上述幾個(gè)影響因素及一些模型模擬研究[4-8],解決污水處理廠實(shí)際除砂問(wèn)題的研究也多集中在旋流沉砂系統(tǒng)[9-10],基于實(shí)際污水處理廠現(xiàn)有曝氣沉砂系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)性、全面性地分析解決除砂低效問(wèn)題的研究較少。本文以某污水處理廠預(yù)處理曝氣沉砂系統(tǒng)為例,介紹了除砂系統(tǒng)運(yùn)行效率評(píng)價(jià)方法、低效原因診斷,以及從污水處理廠實(shí)際改造案例出發(fā)總結(jié)了除砂提質(zhì)增效系統(tǒng)化解決方案及其效果,對(duì)現(xiàn)有污水處理廠除砂系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化及改造設(shè)計(jì)有很好的工程借鑒意義。

1 研究概況

1.1 工程概況

1.1.1 現(xiàn)況除砂系統(tǒng)流程

本文以北方某城鎮(zhèn)污水處理廠曝氣除砂系統(tǒng)為工程案例進(jìn)行研究。該除砂系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 某污水處理廠曝氣沉砂系統(tǒng)除砂流程Fig.1 Sand Removal Process of Aerated Sand Settling System in a WWTP

該污水處理廠曝氣沉砂池采用氣提式吸砂橋車,沉降于沉砂池池底集砂槽中的砂粒經(jīng)氣提提升后隨水排至出砂槽,自流進(jìn)入集砂井,集砂井內(nèi)吸砂泵將砂水混合液提升進(jìn)入砂水分離器進(jìn)行砂水分離,出砂經(jīng)無(wú)軸螺旋排入砂斗。

該污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為40萬(wàn)m3/d,一期投產(chǎn)運(yùn)行20萬(wàn)m3/d,二期投產(chǎn)后處理水量為40萬(wàn)m3/d。其中曝氣沉砂池分為2個(gè)系列,每系列2格,設(shè)計(jì)最大流量時(shí)停留時(shí)間為3.9 min。每2格曝氣沉砂池共用一臺(tái)橋式除砂機(jī),橋車除砂采用氣提方式。沉砂池中沉降于池底集砂槽中的砂粒經(jīng)氣提泵提升后隨水排至出砂槽,自流進(jìn)入2個(gè)獨(dú)立集砂井,每個(gè)集砂井內(nèi)安裝2臺(tái)提砂泵,1用1備,將含水砂提升進(jìn)入砂水分離器進(jìn)行砂水分離,出砂經(jīng)無(wú)軸螺旋排入砂斗。提砂泵流量為111 m3/h,揚(yáng)程為10.0 m。砂水分離器2臺(tái),每臺(tái)處理能力為97～126 m3/h。

1.1.2 現(xiàn)況除砂系統(tǒng)運(yùn)行情況

該廠現(xiàn)況預(yù)處理除砂系統(tǒng)運(yùn)行效果較差且不穩(wěn)定,噸水出砂量與原設(shè)計(jì)存在很大差距?！妒彝馀潘O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50014—2021)中規(guī)定,污水沉砂量可按0.03 L/m3計(jì)算。分別選取一期20萬(wàn)m3/d投產(chǎn)運(yùn)行和一期、二期全部投產(chǎn)40萬(wàn)m3/d運(yùn)行的代表性年份,污水處理廠水量及每月的萬(wàn)噸水日均出砂量對(duì)比數(shù)據(jù)如圖2所示。當(dāng)污水處理廠僅一期投產(chǎn)時(shí),萬(wàn)噸水出砂量在0.3 m3/d左右,與設(shè)計(jì)值相近,且較穩(wěn)定;當(dāng)一期、二期均投入運(yùn)行后,污水處理廠進(jìn)水量翻倍,出砂量下降,與設(shè)計(jì)值相差較大,且波動(dòng)很大。除砂系統(tǒng)效果差造成后續(xù)生物池進(jìn)水渠內(nèi)積砂嚴(yán)重,生物池污泥MLVSS/MLSS降低,影響生化功能,每年需耗費(fèi)大量人力物力進(jìn)行清掏。曝氣除砂系統(tǒng)氣提及吸砂管路經(jīng)常性堵塞,吸砂泵堵塞及磨損較為嚴(yán)重停用。因此,該污水處理廠曝氣除砂系統(tǒng)亟須進(jìn)行改造優(yōu)化以提升除砂效率及其穩(wěn)定性。

圖2 污水處理廠運(yùn)行水量及出砂量對(duì)比Fig.2 Comparison of Water Quantity and Sand Output of the WWTP

1.2 研究思路

為解決該廠曝氣除砂系統(tǒng)效率低下且不穩(wěn)定的問(wèn)題,首先需對(duì)污水處理廠的現(xiàn)況除砂系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行效率評(píng)價(jià),評(píng)估各部分的除砂效率及運(yùn)行情況,隨后對(duì)除砂系統(tǒng)效率低下的原因進(jìn)行診斷與分析,找出薄弱與瓶頸環(huán)節(jié)。綜合考慮污水處理廠可用占地、運(yùn)行情況、工程實(shí)施難易及對(duì)污水處理廠影響、工程投資等因素,結(jié)合診斷結(jié)果針對(duì)性地制定除砂提質(zhì)增效解決方案,最終實(shí)現(xiàn)污水處理廠除砂系統(tǒng)高效、低碳、穩(wěn)定運(yùn)行。

2 除砂系統(tǒng)運(yùn)行效率評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)思路

由圖1可知,曝氣沉砂池沉砂、提砂系統(tǒng)提砂及砂水分離系統(tǒng)均會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)最終的除砂效果。首先需對(duì)上述3個(gè)環(huán)節(jié)的效率進(jìn)行測(cè)定評(píng)估,可通過(guò)測(cè)定各環(huán)節(jié)進(jìn)出水的含砂量與粒徑級(jí)配,進(jìn)而計(jì)算出各部分不同粒徑的除砂效率,判斷各環(huán)節(jié)的運(yùn)行效果。

2.2 樣品采集及處理

2.2.1 取樣點(diǎn)設(shè)置

取樣點(diǎn)共計(jì)4個(gè),分別為:曝氣沉砂池進(jìn)水、曝氣沉砂池出水、砂水分離器進(jìn)水(砂泵出砂水混合液)、砂水分離器溢流液。

測(cè)定上述4個(gè)取樣點(diǎn)的含砂量及粒徑分布,根據(jù)相似原理通過(guò)進(jìn)出水中粒徑級(jí)配的變化計(jì)算沉砂及砂水分離環(huán)節(jié)的去除效率。沉砂效率及砂水分離效率可按式(1)計(jì)算。提砂效率可通過(guò)對(duì)比沉砂量與砂水分離器進(jìn)水含砂量確定,如式(2)。曝氣除砂系統(tǒng)總運(yùn)行效率如式(3)。

(1)

其中:e——沉砂效率及砂水分離效率;

n——粒徑分級(jí)總數(shù);

ui——各環(huán)節(jié)初始時(shí)各粒徑砂粒占比;

pi——各環(huán)節(jié)各粒徑砂礫去除率。

(2)

其中:e2——提砂系統(tǒng)運(yùn)行效率;

S1——進(jìn)水含砂量,g/m3;

S2——出水含砂量,g/m3;

S3——砂水分離器進(jìn)水含砂量,g/m3。

e總=e1×e2×e3

(3)

其中:e總——除砂系統(tǒng)運(yùn)行效率;

e1——沉砂系統(tǒng)運(yùn)行效率;

e3——砂水分離系統(tǒng)運(yùn)行效率。

2.2.2 樣品采集及處理方法

為保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性,本研究采集取樣點(diǎn)的連續(xù)水樣。自制采樣設(shè)備,容積為200 L,實(shí)際采樣過(guò)程中持續(xù)監(jiān)測(cè)流量,使其保持在≤0.5 L/s,以保證當(dāng)量粒徑50 μm以上的顆粒物均可以被截留。連續(xù)進(jìn)出水1.5～2.0 h,每10 min測(cè)出水流速,保持穩(wěn)定。采樣結(jié)束后,靜置2.0 h以上,此時(shí)桶內(nèi)會(huì)出現(xiàn)明顯分層,放空上清液,收集底部沉積泥砂。

經(jīng)采樣設(shè)備收集的底部沉砂,經(jīng)反復(fù)洗砂后放入烘箱,105 ℃烘干2.0 h冷卻至室溫稱重,烘干樣品置于馬弗爐內(nèi)再經(jīng)560 ℃灼燒2.0～3.0 h,冷卻至室溫后稱重,灼燒稱重后的樣品再逐級(jí)過(guò)篩區(qū)分粒徑并稱重。

2.3 各環(huán)節(jié)除砂效率測(cè)定結(jié)果

經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定,曝氣沉砂池進(jìn)、出水含砂量分別為30.2、17.2 g/m3,砂水分離器進(jìn)水含砂量為9.9 g/m3,溢流液含砂量為5.1 g/m3。曝氣沉砂池進(jìn)出水各粒徑砂粒含量及占比如表1所示,砂水分離器進(jìn)水及溢流液各粒徑砂粒含量及占比如表2所示。根據(jù)測(cè)定結(jié)果計(jì)算沉砂池及砂水分離環(huán)節(jié)不同粒徑砂粒去除率,結(jié)果如圖3所示。

表1 曝氣沉砂池進(jìn)出水各粒徑砂粒含量及占比Tab.1 Content and Proportion of Each Particle Size in Influent and Effluent of Aerated Sand Settling Tank

表2 砂水分離器進(jìn)水及溢流液各粒徑砂粒含量及占比Tab.2 Content and Proportion of Sand Particles in Influent and Overflow Liquid of Sand-Water Separator

圖3 沉砂池及砂水分離器不同粒徑砂粒去除率Fig.3 Removal Rates of Sand Particles with Different Particle Sizes in Grit Chamber and Sand-Water Separator

按設(shè)計(jì)要求,曝氣沉砂池能有效去除200 μm以上砂粒,但實(shí)際去除效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求,200 μm以下砂粒去除率更低。經(jīng)計(jì)算,本污水處理廠現(xiàn)況曝氣沉砂池沉砂效率為43.0%,提砂系統(tǒng)效率為76.2%,砂水分離效率為50.9%,總除砂效率為16.7%。

3 除砂系統(tǒng)低效問(wèn)題診斷

3.1 污水處理廠進(jìn)水含砂情況

3.1.1 進(jìn)水含砂量大

城市污水的沉砂量設(shè)計(jì)時(shí)按1×106m3污水沉砂30 m3計(jì)算,其含水率為60%,容重為1 500 kg/m3,計(jì)算含砂量為18 g/m3,初步測(cè)量計(jì)算的實(shí)際含砂量為30.2 g/m3,為設(shè)計(jì)含砂量的近兩倍,可見(jiàn)此污水處理廠的進(jìn)水含砂量較大。分析原因:(1)污水管道受損,污水管道因下沉、破損、錯(cuò)位和窨井開(kāi)裂下沉等,地下水帶著流砂滲入管道內(nèi);(2)雨污分流系統(tǒng)不完善,在排水管網(wǎng)中,雨污分流系統(tǒng)不完善或雨水管誤接入污水管道內(nèi),使雨水帶著大量泥砂進(jìn)入污水管道;(3)人為因素造成砂量增加,不文明施工將施工中產(chǎn)生的泥漿未經(jīng)沉淀就直接排入排水管網(wǎng),不規(guī)范施工使得工地附近的排水設(shè)施遭到破壞,建筑泥砂進(jìn)入排水管網(wǎng)。

3.1.2 進(jìn)水小粒徑砂粒占比較大

由表1中曝氣沉砂池進(jìn)水砂粒粒徑分布可知,進(jìn)水砂粒粒徑中200～300 μm占比最高,150 μm以上累計(jì)占比為82%,200 μm以下占比為38%,進(jìn)水砂礫粒徑小于200 μm占比較重。究其原因:(1)可能是大粒徑砂粒容易沉積在污水管網(wǎng)內(nèi),只有暴雨時(shí)才會(huì)被沖刷進(jìn)入污水處理廠;(2)粗格柵后進(jìn)水泵房處沉積了一部分大粒徑砂粒,進(jìn)水提升泵很難將池底淤積的砂泵入沉砂池進(jìn)水;(3)可能與地區(qū)土壤特性有關(guān)。

傳統(tǒng)沉砂池通常以粒徑大于200 μm砂粒的去除率衡量沉砂池除砂效果,這也是沉淀效率差的原因之一。

3.2 曝氣沉砂池沉砂問(wèn)題

曝氣沉砂池的水力停留時(shí)間(HRT)及運(yùn)行氣水比均對(duì)其沉砂效率有著明顯影響[3]。規(guī)范中規(guī)定,峰值流量時(shí)HRT不宜小于5 min。本案例污水處理廠建設(shè)年代較久遠(yuǎn),峰值流量HRT較短,小于4 min。污水處理廠一期時(shí)2個(gè)系列曝氣沉砂池均投入運(yùn)行,一期進(jìn)水水量較小,HRT較大,近8 min。二期投產(chǎn)后仍為2個(gè)系列,相比一期曝氣沉砂池池容未變,水量增大近一倍,HRT降低為一期運(yùn)行時(shí)的一半,單位水量的出砂量隨之有明顯降低,說(shuō)明HRT對(duì)沉砂池沉砂效果有影響。

污水處理廠中為了方便鼓風(fēng)機(jī)備品備件,曝氣沉砂池與生物池共用鼓風(fēng)機(jī),曝氣沉砂池供氣氣源來(lái)自為生物池供氣的空氣干管的分支支管。曝氣沉砂池池深較生物池淺,勢(shì)必會(huì)造成曝氣沉砂池管路供氣量較設(shè)計(jì)值偏大,影響較小砂粒沉降,且供氣穩(wěn)定性也會(huì)受影響。曝氣管路無(wú)氣量監(jiān)測(cè)及調(diào)節(jié)設(shè)施,無(wú)法根據(jù)進(jìn)水水量調(diào)節(jié)供氣量。因此,HRT偏小及氣水比的不可調(diào)控均會(huì)影響曝氣沉砂池內(nèi)沉砂效果。

3.3 提砂系統(tǒng)問(wèn)題

吸砂橋車氣提管路堵塞、集砂井吸砂泵磨損與管路堵塞是提砂系統(tǒng)的常見(jiàn)問(wèn)題。一方面,由于氣提裝置、吸砂泵與砂水分離器聯(lián)動(dòng),均為間歇運(yùn)行,當(dāng)停止運(yùn)行時(shí),氣提砂管與供氣管連接處及集砂井內(nèi)容易積砂,造成氣提管路、吸砂泵及其管路堵塞,對(duì)提砂效率造成較大影響。另一方面,吸砂泵較易磨損,磨損后流量和揚(yáng)程都會(huì)減小,從而使得粒徑較大的砂粒不能隨污水帶至砂水分離器而積存在管道中,造成管道堵塞。共用一條出口管線的兩臺(tái)吸砂泵可能因泵的葉輪磨損等各種因素造成各自的流量和揚(yáng)程出現(xiàn)差異,導(dǎo)致流量和揚(yáng)程偏小的泵出口壓力減小,而被另一臺(tái)泵的出口壓力較高的含砂污水封堵。砂泵葉輪的嚴(yán)重磨損及其吸砂管路堵塞會(huì)導(dǎo)致砂泵停用,集砂井內(nèi)積砂逐漸增多及板結(jié)。氣提上來(lái)的砂水混合液經(jīng)集砂井溢流進(jìn)入砂水分離器中,砂水分離器進(jìn)水無(wú)法保證一定的切向流速,對(duì)砂水分離效果也會(huì)產(chǎn)生影響。

3.4 砂水分離系統(tǒng)問(wèn)題

原設(shè)計(jì)砂水分離器的選型要求砂水分離器去砂直徑≥200 μm,除砂效率不低于95%。但經(jīng)測(cè)定某些污水處理廠進(jìn)水中粒徑小于200 μm的砂粒比例較大(38%),因此,在現(xiàn)況進(jìn)水砂粒粒徑分布特征下,原有的砂水分離器整體砂水分離效率較低。

另外,進(jìn)入砂水分離器的流量經(jīng)常大于其設(shè)計(jì)處理能力,處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài),影響其砂水分離效果。

4 除砂系統(tǒng)提質(zhì)增效解決方案

4.1 技術(shù)路線

曝氣除砂功能的實(shí)現(xiàn)需要系統(tǒng)的整體性作用,沉砂池主體沉砂效果、提砂方式及效果、提砂與砂水分離器的運(yùn)行周期、砂水分離器的砂水分離效果等均是影響除砂能力不可忽視的因素。下面針對(duì)沉砂、提砂及砂水分離3個(gè)不可或缺的環(huán)節(jié)提出優(yōu)化措施,形成整個(gè)曝氣除砂系統(tǒng)提質(zhì)增效解決方案的技術(shù)路線(圖4)。

圖4 系統(tǒng)性解決方案技術(shù)路線Fig.4 Technology Route of System Solution

4.2 本案例工程改造方案

4.2.1 沉砂池技術(shù)改造

若要增大曝氣沉砂池池容,需新增占地,且工程量大、建設(shè)投資大、施工工期長(zhǎng),施工期間停水對(duì)廠內(nèi)生產(chǎn)有較大影響。而本案例污水處理廠無(wú)可用占地,且污水處理廠規(guī)模較大,承擔(dān)著處理流域內(nèi)大部分污水的重要任務(wù),長(zhǎng)時(shí)間停水對(duì)污水處理廠運(yùn)行影響較大。因此,本工程無(wú)法通過(guò)提高HRT來(lái)提升沉砂效率。

原有手動(dòng)蝶閥空氣調(diào)節(jié)線性差,且無(wú)法根據(jù)水量變化進(jìn)行自控調(diào)節(jié)氣量?？紤]將曝氣沉砂池供氣管上的DN300手動(dòng)蝶閥更換為DN300電動(dòng)菱形刀閘閥進(jìn)行氣體流量調(diào)節(jié),并安裝DN200熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行氣體流量監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)不同運(yùn)行氣水比對(duì)出砂量的影響,尋求不同進(jìn)水水量條件下的最佳運(yùn)行氣水比。根據(jù)進(jìn)水流量的24 h變化規(guī)律,通過(guò)Control Logix PLC控制站進(jìn)行氣量的精確線性調(diào)節(jié)與控制,實(shí)現(xiàn)曝氣沉砂系統(tǒng)恒定的氣水比,利于曝氣沉砂池砂粒沉降。

對(duì)比氣水比為0.10、0.12、0.15這3種工況下曝氣沉砂池的沉砂效率,尋求最優(yōu)氣水比運(yùn)行工況,測(cè)定結(jié)果如圖5所示。經(jīng)測(cè)定,三者沉砂池去除效率分別為53%、63%、46%,可得最優(yōu)氣水比為0.12。由圖5可知,氣水比對(duì)200 μm以上砂粒去除影響較小,對(duì)200 μm以下砂粒去除影響較大。說(shuō)明大粒徑砂粒的沉降能力幾乎不受曝氣強(qiáng)度影響,隨著粒徑的變小,其沉降能力受曝氣強(qiáng)度影響較大。

圖5 不同氣水比下沉砂池各粒徑砂粒去除效率Fig.5 Removal Efficiency of Sand Particles with Different Gas-Water Ratios in the Grit Chamber

綜上,若要進(jìn)一步提高曝氣沉砂池的除砂效果,只能通過(guò)分段曝氣及控制較優(yōu)氣水比來(lái)增加粒徑<200 μm的小粒徑砂粒去除率來(lái)提高總?cè)コ省?/p>

4.2.2 提砂系統(tǒng)技術(shù)改造

改造吸砂橋車上的氣提管路以改善吸砂管與空氣管連接處的積砂情況,如圖6所示。高壓空氣通過(guò)空氣管通往提砂管底部,提升管內(nèi)砂水與氣的混合液密度,使其小于管外污水,在提砂管外污水一定壓力下管內(nèi)砂水被提升到一定高度。改造前提砂管與空氣管連接角度為鈍角,當(dāng)停止氣提時(shí),提砂管內(nèi)砂水回落至底部,極易進(jìn)入空氣管內(nèi)造成連接處堵塞,需經(jīng)常將氣提管吊出池子疏通檢修,耗費(fèi)大量人力及時(shí)間成本,影響沉砂池運(yùn)行。改造后提砂管與空氣管連接角度為銳角,當(dāng)提砂管內(nèi)砂水回落時(shí)連接處不易積砂堵塞。

圖6 氣提管路改造示意圖Fig.6 Schematic Diagram of Gas Stripping Pipeline Reconstruction

更換集砂井中的提砂泵,提砂泵選擇葉輪為高鉻耐磨合金材質(zhì)的變頻泵,優(yōu)化砂泵控制方式,砂泵開(kāi)啟與橋車聯(lián)動(dòng),有效將從曝氣沉砂池提升上來(lái)的砂水混合液泵入砂水分離器單元。變頻調(diào)節(jié)降低吸砂泵流量,延長(zhǎng)砂泵吸砂時(shí)間及橋車移動(dòng)時(shí)間,由停15 min開(kāi)5 min變?yōu)橥?2 min開(kāi)8 min。

4.2.3 分砂系統(tǒng)技術(shù)改造

砂水分離間內(nèi)空間緊湊,無(wú)法新增砂水分離器臺(tái)數(shù)或更換更大處理能力的砂水分離器,因此,考慮在提升上來(lái)的砂水混合液進(jìn)入砂水分離器前,利用砂水分離器的垂直上部空間加裝旋流分離器。經(jīng)集砂井內(nèi)提砂泵提升上來(lái)的砂水混合液具有一定的水流速度進(jìn)入旋流分離器進(jìn)行一次砂水分離,旋流分離器底流進(jìn)入砂水分離器二次分離,上部溢流排入污水系統(tǒng)回到廠前格柵。此種旋流分離器可有效去除較小砂粒(75～200 μm),也可減輕后續(xù)砂水分離器的負(fù)荷,提高砂水分離器運(yùn)行效率。

共增設(shè)2臺(tái)旋流分離器,每系列1臺(tái)。選型計(jì)算邊界條件為:實(shí)測(cè)進(jìn)水含砂量為30.2 g/m3,砂粒容重為1 500 kg/m3,旋流分離器進(jìn)料含固率為0.5%,且其去除效率為80%,氣提和吸砂泵運(yùn)行周期為停12 min開(kāi)8 min。根據(jù)上述條件計(jì)算得到旋流分離器進(jìn)料流量為157 m3/h,考慮汛期進(jìn)水含砂量大,預(yù)留處理空間,旋流分離器選型為FX500-GX-B,處理能力為140～220 m3/h,入料壓力為0.04～0.20 MPa。相應(yīng)提砂泵選型流量為250 m3/h,揚(yáng)程為15 m。

4.3 改造效果

改造完成后監(jiān)測(cè)每日出砂量,并跟蹤測(cè)定污水廠除砂系統(tǒng)各環(huán)節(jié)除砂效率,結(jié)果如圖7和圖8所示。改造后系統(tǒng)出砂量提高了將近2倍,萬(wàn)噸水日均出砂量由0.11 m3/d提高至0.35 m3/d,且出砂量較為穩(wěn)定,6月、7月汛期雨水沖刷管道導(dǎo)致進(jìn)入污水處理廠內(nèi)砂量增加,出砂量也相應(yīng)增加。

圖7 改造前后除砂量對(duì)比Fig.7 Comparison of Sand Removal before and after Reconstruction

圖8 改造前后除砂效率對(duì)比Fig.8 Comparison of Sand Removal Efficiency before and after Reconstruction

改造后沉砂環(huán)節(jié)75～500 μm粒徑的砂粒沉降效果均得到有效提升,其中75～200 μm粒徑的細(xì)砂沉降效果較為明顯,去除率均提升了近30.0%,說(shuō)明曝氣沉砂池強(qiáng)化了細(xì)微無(wú)機(jī)砂粒(粒徑<200 μm)的去除。砂水分離效果提升也較為明顯,尤其是75～300 μm粒徑的砂粒分離效率提高較大。改造后曝氣沉砂池沉砂效率為62.6%,提砂系統(tǒng)效率為90.2%,砂水分離效率為83.0%,相比于改造前各環(huán)節(jié)效率均有較大幅度提高,系統(tǒng)總除砂效率由16.7%提升至46.9%,提升了30.2%。

5 結(jié)論

(1)污水處理廠沉砂、提砂及砂水分離效率均會(huì)對(duì)最終除砂效率產(chǎn)生影響。對(duì)除砂系統(tǒng)優(yōu)化改造前,需首先對(duì)其進(jìn)行各環(huán)節(jié)效率評(píng)估,找出薄弱環(huán)節(jié),分析鎖定問(wèn)題所在,并需結(jié)合各污水處理廠實(shí)際情況因地制宜地提出系統(tǒng)化改造方案。

(2)本工程通過(guò)增加空氣菱形調(diào)節(jié)閥并控制最佳氣水比為0.12,優(yōu)化提砂泵控制及增設(shè)旋流分離器對(duì)曝氣除砂系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)性改造,改造后除砂系統(tǒng)效率提高了30.2%。

(3)本文旨在為現(xiàn)況污水處理廠除砂系統(tǒng)提質(zhì)增效提供一種系統(tǒng)性解決方法及思路。污水廠除砂系統(tǒng)提質(zhì)增效解決方案既要針對(duì)性采取工程措施,從高效沉砂、智能提砂及精準(zhǔn)分砂3個(gè)環(huán)節(jié)出發(fā)提升整體除砂效率,又要采取非工程措施做好氣水比實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制、設(shè)備及管路的日常運(yùn)行調(diào)控與維護(hù)。

(4)近年來(lái)污水處理廠為應(yīng)對(duì)汛期雨污水溢流污染,新建強(qiáng)化預(yù)處理設(shè)施,其對(duì)渣砂的去除效果較好。在工程設(shè)計(jì)時(shí),可考慮非汛期使用條件,實(shí)現(xiàn)“雙模式”運(yùn)行,以降低污水處理廠現(xiàn)況除砂系統(tǒng)運(yùn)行壓力,提高渣砂去除效率。