1、污水除砂研究方案初步設計編制單位：重慶市能源環境研究中心2012年7月、項目概況水是生命之源，是一個城市、社會可持續發展的前提條件。我國 水資源占有總量位居世界第6位，但人均占有量卻排在世界第121位， 只有世界人均占有量的1/4,是全球13個貧水國家之一。根據水利部 門的預測，到2030年我國人口增至16億時，人均水資源將降低到1760 m3,總缺水量將達到400500億m3，已經達到了世界公認的缺水警 戒線。1、城市污水處理的現狀城市化是人類進步的標志，自上世紀90年代后，我國城市化速 度進一步加快。城市數量與規模的迅速增加與擴張，帶來了嚴重的城 市生活污水和垃圾污染問題。近10年來，我國

2、城市生活污水排放量 每年以5%的速度遞增，2011中國環境狀況公報顯示，2011年， 全國廢水排放總量為652.1億1，化學需氧量排放總量為2499.9萬 噸，氨氮排放總量為260.4萬噸。無論出于資源的回收再利用，還是 環境保護的角度，污水處理課題日益重要。而目前，我國城市的污水 處理率為69%，歐美發達國家的污水處理率一般都在80%以上，美國、 荷蘭等國家的污水處理率甚至超過90%，與發達國家相比我國污水處 理率存在著明顯的差距。2、砂對污水處理工藝的影響一般城市污水的沉砂量可按100萬m3污水沉砂30 m3計算，其含水 率為60%，密度為1 500 kg/m3，但有些污水處理廠進水口水樣

3、檢測中 經常高于上述數值，甚至是設計含砂量的23倍。污水中含砂量的增 加給運行中各道工序帶來影響，對污水處理系統的日常運行是十分不 利的。對沉砂池前工序的影響進水泵房前池是泵房的集水區域，且成了污水中粗顆粒的沉砂 池。在進水通道中有擴散和死角處積砂更嚴重，使水泵進水的水量受 阻，運行不平穩，噪聲增大，同時也加劇了葉輪及蝸殼的磨損。污水 通過格柵時，易在格柵的前面積砂，若不及時清除會縮小格柵有效過 流面積，使柵條處流速增加，并影響格柵截留物的機械耙除；甚至積 砂崩塌時會堵塞、損壞泵機，嚴重影響生產；對細格柵也有影響，如 階梯式細格柵，底部的積砂可使柵條變形，加速傳動機構磨損。對沉砂池后工序的影響

4、國內許多污水處理廠的沉砂池停留時間在3min左右，大約是德國 污水處理廠沉砂池停留時的1/61/3。如此短的停留時間造成許多細砂 隨沉砂池出水進入初沉池，使初沉池的排泥設備磨損加劇。螺桿泵是 常用的排泥泵，錠子成分為橡膠，在運行時遇到砂粒會使泵的壽命大 大縮短。據了解，一些受砂影響的螺桿泵錠子壽命只有三個月。在污 泥處理系統中，由于砂粒具有流動性差、易沉積的特點，會引起污泥 管道堵塞、消化池底部積砂，從而影響消化池的正常運行和沼氣產量。 在污泥脫水過程中，污泥中的細砂對脫水也會帶來影響，堵塞帶式壓 濾機濾布中的微孔，而濾布中嵌著的細砂不易被脫水機的濾布沖洗系 統沖洗干凈。二、立項的必要性砂在污

5、水處理運行系統中的存在和不能及時處理，已成為污水處 理成本高和設備損耗未嚴重的重要原因之一。如何除砂、在什么位置 除砂、采取何種工藝除砂效果更好，以及用于評定除砂效果的污水含 砂量的檢測標準已成為水務工作者共同思考的科題。1、污水含沙量的檢測的必要性我國污水管道系統多是雨水和生活污水混流的。在排水管網中， 雨污分流系統不完善或雨水管誤接入污水管道內，使雨水帶著大量泥 砂進入污水管道。同時一些單位不文明施工，將施工中產生的泥漿未 經沉淀就直接排入排水管網，因而我國污水中砂含量高。目前，污水中砂含量的標準尚未建立，重慶污水公司采用了河道 測泥沙含量的方法對污水中砂含量進行了測試分析。發現測試結果隨

6、 測試時間和測試前后位置變化的波動大，準確性不好。污水中有機泥 和有機懸浮質含量高，對測砂干擾較大。綜上所述，為評價和提高污水除砂效果，研究適合于污水中砂含量的檢測標準，并應用于污水中砂含量的實時監測以迫在眉睫。2、重慶污水全系統砂處理的必要性重慶主城排水工程主要包括：四個污水處理廠（雞冠石污水處理 廠、渝中污水處理廠、唐家橋污水處理廠、唐家沱污水處理廠）、城 A、B、C、D四條主截流干管和195條二級管組成的排水管網，涉及 主城5區（渝中、沙坪壩、江北、九龍坡、南岸）的21個排水流域， 服務人口超過500萬人。2007年共處理污水2.7億m3，COD消減量達7 萬噸，污水收集率已達75%，處

7、理率100%。運行情況較好。由于重慶市為山城地貌，自然形成的雨污合流沖溝就成為二級管 網截流的主要對象。這部分天然沖溝，夾雜大量泥沙進入下游的污水 處理廠。在很大程度上影響了主城排水系統的正常及安全運行。表1 為部分沉砂裝置的運行現狀，發現其除砂效率較低，遠不能達到設計 和實際工藝要求。表1部分沉砂設施的除砂現狀設備運行現狀設計指標渝中區污水處理廠平流沉砂池綜合除砂率為34%左 右，0.2mm粒徑泥沙 去除率54%無雞冠石污水處理廠旋流沉砂池0.2mm以上的沙礫的 綜合去除率僅為22.65%除砂率：=0.1mm65%，=0.2mm85%，=0.3mm95%根據主城排水工程將近7年的運行報告，泥

8、沙對于污水處理廠設 備的影響日趨嚴重。其中，由于小粒徑泥沙的啟動流速非常小，遠遠 小于管網實測流速，故脫除率低，對設備磨損嚴重。因此，在重慶污水公司現有狀況下，采取相關工程措施，使水流 夾沙能力降低，進一步提高除砂率，尤其是=0.2mm粒徑泥沙的脫除 率，從而降低設備損耗及后續處理成本是必要的。3、聚合硫酸鐵加入設備改進的必要性目前在城市用水和工業廢水處理工藝中，國內外普遍使用既經濟 又簡便的絮凝沉淀法來凈化水質，在工業廢水、生活污水的處理，以 及水質深度凈化、回收利用、污泥處理中，它都往往成為關鍵環節。 絮凝效果的好壞會影響到水處理工藝后續流程的處理費用，甚至影響 最終出水的質量。與其他水處

9、理法比較，絮凝沉降法的優點是設備簡 單，維護操作簡便，處理效果好，間歇或連續運行均可。重慶污水處理現使用的聚合硫酸鐵加入工藝，是將聚合硫酸鐵濃 溶液在稀釋池中稀釋后經過長的管道運輸后分流加入到曝氣池末端。 管道末端出水口結品堵塞嚴重，影響聚合硫酸鐵在整個水流端面的均 勻分布，對P的去除不利。同時，每千噸污水聚合硫酸鐵的加入量是 5Kg，處于一個富余過量水平。而污水在不同時段來水量和水中磷含 量是變化的，客觀上對聚合硫酸鐵的需求量是也變化的。針對上述現實，改進現有設備，并開發聚合硫酸鐵的自動化加入 裝置，實現水量、磷含量和聚合硫酸鐵加入量的聯動，并解決其管道 結品的問題已迫在眉睫。針對重慶市排水

10、系統聚合硫酸鐵加入裝置進入管結品堵塞嚴重的現狀，研制自動加入設備，并開發新的工藝方法。三、技術方案1、編制原則和依據此文為項目研究方案初步設計，是依據重慶污水處理系統泥沙處 理裝置和脫磷裝置運行現狀，結合我們掌握的項目研究可行性分析、 具備的研究條件、技術力量和管理方法進行編制。編制原則不改動現有管網，基建投資省、運行費用低。工藝流程簡單、構筑物少，運行管理方便。因地制宜，考慮重慶的污水特質和山城特色，充分利用現有污水 高度落差。具有一定承受水量、水質沖擊負荷的能力。編制依據國家、行業及地方現行有關政策、法律、法令、法規。充分響應并滿足本項目改進方案的初步設想。本單位的相關制度與規定。本單位具

11、備的研究條件和技術規范。2、功能要求以重慶市日常污水為研究對象，通過對現有執行標準的改進， 設計新的、切實可行的污水含砂量檢測標準。針對重慶市排水系統設施設備的現狀，典型輸水段的流場特性等研究，設計合適的，考慮全流域的除砂設施。3、除砂基本原理污水中砂的運輸泥沙在管道輸送工程中，由于重力作用，在橫截面上會形成上稀 下密的濃度分布，上下流速也不同。這是管道水力輸送固體顆粒最為 常見的現象。Wilson針對這一特點，提出了 “兩層”的概念，即管 道橫截面上泥沙稀疏的區域為上層，剩下的區域為下層。上層低濃度 區，顆粒以懸移質形式運動;下層高濃度區的顆粒大部分以推移質形 式運動。各層均假定為均勻連續介

12、質，分別考慮各層運動狀況及顆粒 的存在對流動的影響。兩層模型的建立是基于一系列的平衡方程，包 括管路中上下層混合物的質量和動量平衡方程。取單位管長為控制 體，控制體內混合物的流動是恒定的，各項物理參數均用控制體內各 相的平均值來表示。懸移質和推移質中固體顆粒與載流體之間的速度 滑移忽略不計。將質量守衡定律應用到兩層模型中，可得：總流量方程：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表示泥沙的輸送濃度;A為管道橫截面積;V1、V2表示上、下層平均流速;A1、A2表示 上、下層的橫截面積；C1、C2表示上、下層

13、的平均濃度。污水中砂的脫除擬采用平流沉沙與旋流沉砂并舉的方式，考慮污水中砂含量及有 機質、離子含量，因地制宜，選取重慶現有污水管網的合適節點，在 不大改重慶現有污水管網設施設備的情況下，通過擋流板，導流槽設 施的修建，改變節點處污水流場，延長水力停留時間并形成局部旋流， 實現砂水分離，從而達到提高除砂率的目的。控制體數據獲取，重慶市能源環境研究中心將根據重慶污水特 點，使用流體力學計算軟件FLUENT6，以Wilson模型進行模擬計算。 并將在實驗室搭建水力學模型，以物理模擬、數學模擬相結合的方式， 選取合理的控制體幾何數據及其他關鍵數據。4、排砂設備分離出來的泥沙，采用重力排砂為主、機械排砂

14、并用方式排出。 并注重積累運行資料，為進一步改進工藝，提高系統效率，降低運行 能耗和設備損耗積累數據。5、聚合硫酸鐵自動加入設備聚合硫酸鐵(PFS)是另一種新型無機絮凝劑，70年代首先由日本 研制成功，80年代初開始投入工業化生產與應用，PFS是硫酸鐵在水 中水解一絮凝過程的一個中間體。絮凝機理與PAC類似。除具有鋁鹽 類無機高分子絮凝劑特點外，還具有價格低、pH值適用范圍寬及腐 蝕性小等優點。重慶市能源環境研究中心設計的聚合硫酸鐵自動加入設備，主要 由料桶、加料管路、熱水清洗管路、污水流量和P含量檢測、中心控 制計算機等部分組成。料桶主要有投料口和混合器組成；加料管路主要由過濾器、計量泵、質

15、量流量計、電控球閥、噴嘴 等組成；清洗管路主要由加熱器、過濾器、電控球閥等組成；污水流量和P含量檢測部分主要有流量計、P含量測定裝置組成；中心控制計算機部分由工業控制計算機和重慶能源環境研究中 心自主開發的控制軟件組成。加料過程的工作原理如下：聚合硫酸鐵加入料桶，稀釋攪拌后進入加料管路，通過電控球閥 控制，經過計量泵以一定壓力輸送到噴嘴，霧化后噴出。加料管路與 清洗管路串聯，每次噴出聚合硫酸鐵溶液后，自動噴出熱水清洗管路 及噴嘴，避免阻塞。加料量由中心控制計算機基于來流污水流量和？ 含量檢測數值進行計算，并以流出污水?含量檢測數值作為反饋，通 過計算實現對聚合硫酸鐵自動加入過程的閉環控制，實現加料過程的 持續、穩定、精確。T設定加斗止控器$4 計里.” 4加由 $廿計 卜1對于加料系統的控制，可以在自動和手動方式下按照多種模式進 行切換。系統提供了兩種手動方式方便用戶的操作和控制：用戶可以將加料控制脫離自動控制狀態，直接設定