沉淀池在市域污水处置厂的运用

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本文作者：靳云辉张学兵周建忠程鹏作者单位：中国市政工程西南设计研究总院

工艺流程

由于规划的布吉污水处理厂场地狭长偏窄且不规则，实际用地面积又十分紧张，设计中污水处理工艺的选择尤为重要。选择的污水处理工艺不但需运行效果好，还需占地比较省。通过对多种工艺比较分析，确定采用“曝气沉砂池+YBAS生化池+双层平流式二沉池+D型纤维滤池+紫外线消毒”为主体的三级污水处理工艺，布吉污水处理厂工艺流程图见图1。

双层平流沉淀池工作原理

二次沉淀池设在生物处理构筑物（活性污泥法或生物膜法）的后面，用于沉淀去除活性污泥或腐殖污泥，是生物处理系统的重要组成部分。沉淀池按池内水流方向的不通，可分为平流式沉淀池、辐流式沉淀池和竖流失沉淀池。本工程沉淀池设在HYBAS生化池之后，采用双层平流沉淀池。双层平流沉淀池类似于平流沉淀池，《室外排水设计规范》（GB50014-2006）规定平流沉淀池水深不宜超过4.0m，沉淀区尺长不宜大于60m，长深比不宜小于8，为解决这一问题，就出现了双层平流沉淀池，它是将平流沉淀池分为平行的上下两层（相当于将两座平流沉淀池上下叠加），上下层池体的中间隔板既是上层池体的底板又是下层池体的顶板；每两格沉淀池之间下部联通，设有导流墙。上下层池体平行独立进水、独立出水。进水渠内污水通过设于渠道底部的每格沉淀池的进水孔进入堰前分水区，为保证进入上下层池体流量相同，在分水区通过设等长分水堰使污水分别进入双层沉淀池上下层池体；通过分水堰后的污水，进入配水室，然后经配水穿孔花墙流入沉淀区。在沉淀区，污水完成固液分离，上清液通过出口堰流入出水槽，汇集后进入出水总渠，再进入下一级污水处理单元处理。出水堰上下层池体独立设置，出水槽上下层池体共用。上下层池体的池底坡度相同，以保证排泥效果和池底刮泥机的正常运行。链式刮泥机通过链轮转动，链带装有刮板，沿池底缓慢移动，速度约1m/min，把上下层污泥缓缓推入设于进水区的污泥斗。上下层池体链式刮泥机共用一套刮泥机驱动，安装于上层池体顶板上，不但维护方便，还可以保证上下层池体刮泥机同步运行。当链带刮板转到水面时，又可将浮渣推向出口堰前的浮渣撇渣管，防止上清液将浮渣带入出水槽，影响出水水质。泥斗中污泥通过回流污泥泵回流至生化池，剩余的污泥通过剩余污泥泵排至污泥脱水系统贮泥池。

双层平流式二沉池工艺设计

二次沉淀池有别于其它沉淀池。首先，在作用上有其特点，它除了进行泥水分离外，还进行污泥浓缩，并由于水量水质的变化，还要暂时贮存污泥。其次，进入二次沉淀池的活性污泥混合液在性质上也有其特点。活性污泥混合液具有浓度高（2000～4000mg/L）、有絮凝性、质轻、沉速较慢等特点，沉淀时泥水之间有清晰的界面，属于成层沉淀。絮凝体结成整体共同下沉，初期泥水的沉速固定不变。由于活性污泥的质轻，易被出水带走，并容易产生二次流和异重流现象，使实际的过水断面远远小于设计的过水断面，因此设计平流式二沉池时，最大允许的水平流速应比初次沉淀池的小一半，出口堰常设在离池末端一定距离范围内；此外出口堰的长度要适当增加，使单位堰长的出流量不超过5～8m3/(m.h)。

1基本设计参数

（1）设计规模布吉污水处理厂双层平流式二沉池设计规模为20×104m3/d，峰值系数KZ取1.3。（2）表面水力负荷根据《室外排水设计规范》（GB50014-2006）规定，城市污水在活性污泥法后的二次沉淀池表面水力负荷取值为0.6～1.5m3/（m2•h），同时参照日本类似地下污水处理厂工程表面水力负荷的取值，本工程二次沉淀池平均流量和峰值流量时的表面水力负荷分别如下：平均流量时表面水力负荷：0.90m3/（m2•h）。峰值流量时表面水力负荷：1.20m3/（m2•h）。

2分水区和配水区设计

沉淀池沉淀效果的好坏，进水分配的均匀性是决定因素之一，同时双层沉淀池上下层池体的进入流量是否均衡，也与进水分配有关。本工程上下层池体采用等长分水堰进水，分水堰前设有分水区，分水区长宽尺寸为2.2×6.9m；分水堰总长度为6.4m，分为三段，其中中间段分水堰长度为3.2m，两边分水堰长度各为1.6m；污水进入分水区后，通过中间分水堰进入上层池体配水区，通过两侧分水堰进入下层池体配水区；进入上下层池体的偃上水头均为0.15m。上层池体污水通过分水堰进入上层池体配水区，然后进入导流栅。上层池体配水区为梯形扩散区域，宽度大小由3.2m渐变为6.65m。下层池体污水自分水堰先进入导流区（位于上层配水区下部），为不影响上层池体排泥，导流区污水通过一根DN800钢管穿过污泥斗上部进入下层配水区，然后进入导流栅；为避免上层池体排泥对下层池体配水区的扰动，在下层池体配水区前设置挡泥裙板；下层池体配水区长宽尺寸为1.9×6.65m。导流栅采用配水孔板，孔眼大小Φ100，上下层池体均采用同一尺寸配水孔板；孔板大小为6.65×3.35m，共设置20×9排，180个圆孔。过孔流速为0.08m/s，过孔水头损失为0.01m。

3沉淀区设计

（1）池长根据《室外排水设计规范》（GB50014-2006）沉淀区尺长不宜大于60m，考虑场地条件限制，故沉淀池总长度取73.5m，其中上层沉淀区长度60m，实际有效沉淀长度59.4m；下层沉淀区长度55.4m，实际有效沉淀长度55.0m。（2）池宽参照日本类似地下污水厂的取值，综合考虑到结构设计的经济跨距为6～9m及链式刮泥机的宽度因素，故单格沉淀池跨距取7.5m，共分两组，每组六格，两组之间设6m宽度的中心通道及中心管廊。考虑到沉淀池结构壁厚及沉淀池后端出水槽的影响，故上层单格沉淀区实际有效宽度为6.45m，下层单格沉淀区实际有效宽度为7.10m。（3）沉淀面积根据沉淀池池长池宽的实际有效值，上层单格沉淀池沉淀面积为383.13m2，下层单格沉淀池沉淀面积为390.50m2；故单格沉淀池沉淀面积为773.63m2，该工程总沉淀面积为9283.56m2。（4）表面水力负荷复核根据沉淀池实际总面积，反算沉淀池实际表面水力负荷如下：上层池体平均流量时表面水力负荷：0.91m3/（m2•h）。上层池体峰值流量时表面水力负荷：1.18m3/（m2•h）。下层池体平均流量时表面水力负荷：0.89m3/（m2•h）。下层池体峰值流量时表面水力负荷：1.16m3/（m2•h）。（5）沉淀池深综合考虑沉淀时间、生化池深度、场地地质情况及施工难度等多个因素后，沉淀池尺深取值如下：沉淀池下层池体污泥层厚度0.7m，缓冲层厚度0.3m，水深2.8m；下层和上层池体之间的中间隔板厚度为0.5m；上层池体污泥层厚度0.7m，缓冲层厚度0.3m，水深2.8～3.4m；沉淀池超高0.7m，水面以上梁高1.0m；故沉淀池总高为9.3～10.3m，污泥斗位置最深处为14.5m。（6）沉淀时间复核除去进水区、污泥层厚度，排泥斗、二次浇灌混凝土及池内设备所占空间，每格沉淀池有效总容积约为2320.9m3，十二格沉淀池总容积约为27660；故该工程沉淀池实际沉淀时间约为2.57h。

4出水区设计

采用三角形出口堰出水，上层池体的上清液通过上层池体两侧出口堰直接出水流入出水槽；下层池体的出水较为复杂，上清液通过池体两边的预留孔洞流向出口堰，然后进入出水槽。预留孔洞一边位于上部池体与结构墙体之间，大小为5200×600mm，共5.5个；另一边位于两格沉淀池之间导流墙的上部空隙，大小为5200×1100，共5.5个。单格沉淀池上层池体出口堰堰长64.2m，平均流量时出口堰负荷1.30L/（m•s），峰值流量时出口堰负荷1.95L/（m•s）；单格沉淀池下层池体出口堰堰长57.0m，平均流量时出口堰负荷1.68L/（m•s）；峰值流量时出口堰负荷2.19L/（m•s）。峰值流量时出口堰负荷大于《室外排水设计规范》（GB50014-2006）规定的出口堰负荷1.69L/（m•s），但根据实际运行情况及出水水质资料表明，出水水质完全满足要求。

5排泥与排渣设计

该工程双层平流沉淀池采用非金属链条刮泥刮渣机，集泥采用梯形断面泥斗，排渣采用电动管式撇渣机。链式刮泥刮渣机工作原理如下：装在链条上的刮板和链条一起在水面和池底之间缓慢地循环往复移动，当刮板位于池底时刮泥，将池底沉泥沿水流反方向缓慢推入泥斗中；当刮板位于水面时刮渣，将浮渣沿水流方向缓慢推向撇渣管；刮泥和刮渣均由程序自动控制运行。该工程上下层池体均设置刮泥刮渣机，且上下层池体刮泥刮渣机共用一套驱动装置，其中下层池体刮泥刮渣机仅起刮泥作用。共采用12套刮泥刮渣机，宽为5.05m，驱动功率1.5kW，行进速度0.4~0.8m/min，连续运行。每格沉淀池设一污泥斗，接纳上下层刮泥机带来的沉淀底泥，根据《室外排水设计规范》（GB50014-2006）规定活性污泥法处理后的二次沉淀池污泥区容积，宜按不大于2h的污泥量计算。本工程中加上沉淀池底部的污泥层容积，污泥区容积按1h的污泥量计算；泥斗设计尺寸如下：上部尺寸为6.65×5.50m，下部尺寸为2.0×3.15，深为4.16m；为便于污泥滑入泥斗，泥斗坡度取67度。电动管式撇渣机共设置12套，每套直径为Φ250mm，长度为6.95m，每套撇渣管配套相应的驱动装置。每两小时撇渣一次，同时撇渣格数按最不利两格考虑，程序自动控制运行，浮渣经撇渣管进入浮渣井，通过浮渣泵提升至预处理浮渣分离器。

运行效果分析

布吉污水处理厂工程于2011年2月建成，2011年3月正式投入运行。根据2011年3～10月份进、出水水质报表，该工程运行实测进、出水水质及其处理效果见表2。由表2可知，该污水处理厂工程采用的改良A2/O+双层式平流沉淀池+纤维滤池的三级处理工艺运行情况优良，各项指标均达到设计目标，污水处理合格率达100％，有效地减少了排入河道的污染物，保护周边水环境。采用的双层平流式沉淀池不但运行稳定，有效地保证了出水水质，还有效地节省了工程建设用地。本工程实际用地指标仅为0.29m2/（m3•d-1），远小于《城市污水处理工程项目建设标准（建标[2001]77号）》中同规模污水处理厂占地指标（0.75m2/（m3•d-1））。

结语

相对一般平流沉淀池，双层式平流沉淀池不仅占地面积省，同时还具有表面水力负荷大、沉淀效果好等优点。在城市污水处理厂扩建或升级改造工程中，尤其在地下污水处理厂工程中，双层式平流沉淀池具有明显优势，可与生化池、曝气沉砂池的池体深度有效结合起来，减少基坑开挖和土建工程投资。