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摘 要：曝气沉砂池是污水处理厂中最为常见的除砂工艺，其运行效果直接关系到污水处理的整体效果及污水处理设备的正常运行。本文对某污水处理厂曝气沉砂池的运行效果进行了分析，并详细介绍了该曝气沉砂池的技术改造措施，为有关需要提供参考。
关键词：曝气沉砂池；运行效果；技术改造
0 引言
随着社会文明的不断进步，人们的环保意识日益增强，对城市污水处理也越来越重视。在城市污水处理厂废水处理中，由于污水含有大量的砂，若不能有效去除砂砾，将会造成污水处理管道的堵塞及设备的磨损，进而影响到设备的使用寿命及污水处理的出水水质。而曝气沉砂池作为重要的除砂工艺，对其运行效果及技术改造进行研究具有十分重要的意义。
1 污水处理厂积砂情况分析
1.1 污水处理厂积砂情况及对工艺和设备的影响
某污水处理厂已连续运行超过17年，前端设计采用曝气沉砂池+集砂井+旋流除砂器+砂水分离器除渣砂，由于整体沉砂除砂系统池除砂效果一直不稳定，来砂进入到后续工艺单元中，形成了积砂。本文梳理了该厂在多年运行过程中出现的积砂问题，并对各单元的积砂进行了粒径的分析。
1.1.1 曝气沉砂池
曝气沉砂池是除砂的主要工艺单元，但如果来水砂量过大或吸砂设备故障，会导致池内出现积砂，严重时可将储砂槽及吸砂泵完全掩埋，此时必须停水进行清池处理。
1.1.2 初沉池
对于设有初沉池工艺的水厂，在曝气沉砂池中未被去除的砂子，首先会沉积在初沉池配水渠道或初沉池集砂槽内，情况严重时会造成初沉池排泥泵堵塞，必须进行停水清池。
1.1.3 污泥储泥池
污水中的砂子一但沉积进入污泥中，则会对后续的污泥处理工艺及设备产生严重影响。
例如进入初沉池的砂子，会对后续污泥输送设备产生一系列的影响。用于产生输送动能的螺杆泵，其本身原理就是依靠定子和转子的相互作用产生输送动力，而过多的砂砾，将大大缩短螺杆泵的使用寿命，造成设备维护成本的升高。而这种维护成本的升高，也会在其他方面产生影响。此外，当污泥进入储泥池后，污泥中的砂子不仅会在池底沉积堵塞排泥管道，还会对搅拌器、输送泵等产生严重磨损。
1.1.4 污泥消化池积砂
对于后段设有厌氧消化工艺的污水处理厂，污泥中的砂子同样会随着时间的推移，逐步在消化池底部产生沉积。第一，会对消化池的可用容积产生影响。第二，会对消化系统内部的搅拌桨等设备产生磨损。第三，会对热交换器产生磨损，使得消化工艺的温度控制系统无法正常运行，最终影响整体处理效果。
1.2 污水处理厂积砂粒径分析
為了进一步掌握污水处理厂积砂的分布情况，笔者分别对上述几个工艺单元的积砂进行了取样，并对砂粒径进行了分析，结果见图1。
从图1可以看出，不同工艺单元的积砂有明显的差异。其中，曝气沉砂池和初沉池底的积砂分布较为相似，有85%以上的积砂粒径为2mm或更大，初沉池的积砂粒径区间为0.075～2mm，分布比例随粒径增长而增高，且曲线较为平滑；而曝气沉砂池的积砂粒径区间为0.5～2mm，且主要由>2mm的砂粒组成。消化池底的积砂粒径则明显要小于前端预处理工艺，主要集中在0.001～0.075mm。
由此可以看出，传统的曝气除砂只能去除大于0.5mm的粗砂，而污水处理厂还存在大量小于该粒径的细砂。数据表明，这些细砂主要存积于初沉池、消化池底，目前这部分细砂还无法被去除，这也是当前污水处理厂面临的普遍难题。
2 污水处理厂曝气沉砂池运行效果分析及技术改造
2.1 现有除砂系统运行效果测试
本研究所在污水处理厂设有两座旋流曝气沉砂池，设计停留时间3min。在试验期间，将储存箱放置于砂水分离器下，以30min为周期定期测量2个砂水分离器的出砂量和砂粒径情况，并同时记录当前的进水量、气水比等工艺运行参数。
试验共进行了3个月，通过近20组数据分析发现，系统的出砂量极其不稳定（见图2）。在试验期间，系统出砂量最大时可达60kg/h，最低时仅有2.4kg/h，两者相差近20多倍。
事实上，由于我国的曝气沉砂池运行效果与国外资料存在差异，除砂效果往往很难达到预计值。
通过分析，笔者认为造成系统出砂量极其不稳定的原因主要有以下几方面：
（1）污水处理厂来水量波动较大，而曝气沉砂池为恒定供气，气水比变化很大，因此造成沉砂池内旋砂效果差异。
（2）砂水旋流器运行不稳定，通过吸砂泵吸出的含砂废水在旋流器中无法形成旋流，不能将砂与水有效分离。
（3）进水中的砂含量不稳定。
由此可以看出，污水处理厂除砂是一个系统工程，涉及到进水配水分布、曝气沉砂池工艺参数运行控制、旋流除砂器性能等一系列影响因素。
针对上述情况，研究组对该厂的曝气除砂系统进行了一系列改造，改造内容包括曝气沉砂池更换砂水分离器、曝气沉砂池气水比自动控制，预计达到以下效果：曝气沉砂池气量随来水量随时调节，控制气水比，提高沉砂效率。
2.2 曝气除砂系统优化改造
曝气沉砂池气量调节为普通闸阀，手动控制，无气体流量计等仪表。为了能使曝气沉砂池气量随来水量随时调节，控制气水比，提高沉砂效率，将手动阀门更改为电动菱形阀，安装流量计进行气体流量控制根据进水流量的每天24h变化规律，通过小型PLC控制站进行气量的调节，实现曝气沉砂系统恒定的气水比，有效地实现污水中泥砂的沉降分离。改造方案见图3。
现有砂水旋流器的砂水分离效果差，对于曝气沉砂池中吸上来的含砂废物，不能有效分离。因此，为了提高砂水分离效果，对旋流除砂器进行了更换，选用某选矿用水力旋流器，该旋流器广泛用于金属、煤炭及石油领域。
2.3 优化改造前后效果分析
项目调试及试验分两阶段。第一阶段在原有工况条件不变的情况下，通过化验分析对比新旧两种旋流除砂器的除砂效果；第二阶段为对比不同气水比条件下的除砂效果。最终通过试验对比考察新旧除砂器的除砂性能，同时确定最佳的运行气水比。
从第一阶段试验可以看出（见表1），新除砂器出砂含砂量为74.9%，而旧除砂器仅为43.5%，新除砂器较旧除砂器的含砂量提高了72%。从砂粒径构成可以进一步看出，旧除砂器主要能去除粒径在1mm以上的颗粒（占总出砂的86.8%），而新除砂器对于0.2mm以上的颗粒都有很好的去除效果，特别是对于粒径在0.2～1mm区间的细砂，其去除量占总出砂量的55.5%，这是旧除砂器所不具备的。
從第二阶段试验可以看出，系统的出砂量除了与砂水旋流器的效率有关，还与曝气沉砂池的气水比有很大关系（见图4）。从图4可以看出，当气水比过低或过高时，系统出砂量均较低，而当气水比在0.09～0.11时，系统出砂量有很大提升。
3 结语
综上所述，曝气沉砂池运行效果的好坏与否直接关系到污水处理厂管道及设备的使用寿命，并且对出水水质具有一定的影响。通过对某污水处理厂的研究发现，曝气除砂只能去除大于0.5mm的粗砂，而粒径更小的砂砾无法有效去除，对此，本文提出了曝气沉砂池技术改造方案，该方案具有良好的成效，可供类似曝气沉砂池优化改造参考。
参考文献：
[1]污水处理厂曝气沉砂池除油刮渣系统改造措施及建议[J].刘伟.给水排水.2014（01）
[2]榆林某污水厂曝气沉砂池的技术改造[J].李军，杨振锋，周勇，姜葆霖.价值工程.2015（02）
摘 要：曝气沉砂池是污水处理厂中最为常见的除砂工艺，其运行效果直接关系到污水处理的整体效果及污水处理设备的正常运行。本文对某污水处理厂曝气沉砂池的运行效果进行了分析，并详细介绍了该曝气沉砂池的技术改造措施，为有关需要提供参考。
关键词：曝气沉砂池；运行效果；技术改造
0 引言
随着社会文明的不断进步，人们的环保意识日益增强，对城市污水处理也越来越重视。在城市污水处理厂废水处理中，由于污水含有大量的砂，若不能有效去除砂砾，将会造成污水处理管道的堵塞及设备的磨损，进而影响到设备的使用寿命及污水处理的出水水质。而曝气沉砂池作为重要的除砂工艺，对其运行效果及技术改造进行研究具有十分重要的意义。
1 污水处理厂积砂情况分析
1.1 污水处理厂积砂情况及对工艺和设备的影响
某污水处理厂已连续运行超过17年，前端设计采用曝气沉砂池+集砂井+旋流除砂器+砂水分离器除渣砂，由于整体沉砂除砂系统池除砂效果一直不稳定，来砂进入到后续工艺单元中，形成了积砂。本文梳理了该厂在多年运行过程中出现的积砂问题，并对各单元的积砂进行了粒径的分析。
1.1.1 曝气沉砂池
曝气沉砂池是除砂的主要工艺单元，但如果来水砂量过大或吸砂设备故障，会导致池内出现积砂，严重时可将储砂槽及吸砂泵完全掩埋，此时必须停水进行清池处理。
1.1.2 初沉池
对于设有初沉池工艺的水厂，在曝气沉砂池中未被去除的砂子，首先会沉积在初沉池配水渠道或初沉池集砂槽内，情况严重时会造成初沉池排泥泵堵塞，必须进行停水清池。
1.1.3 污泥储泥池
污水中的砂子一但沉积进入污泥中，则会对后续的污泥处理工艺及设备产生严重影响。
例如进入初沉池的砂子，会对后续污泥输送设备产生一系列的影响。用于产生输送动能的螺杆泵，其本身原理就是依靠定子和转子的相互作用产生输送动力，而过多的砂砾，将大大缩短螺杆泵的使用寿命，造成设备维护成本的升高。而这种维护成本的升高，也会在其他方面产生影响。此外，当污泥进入储泥池后，污泥中的砂子不仅会在池底沉积堵塞排泥管道，还会对搅拌器、输送泵等产生严重磨损。
1.1.4 污泥消化池积砂
对于后段设有厌氧消化工艺的污水处理厂，污泥中的砂子同样会随着时间的推移，逐步在消化池底部产生沉积。第一，会对消化池的可用容积产生影响。第二，会对消化系统内部的搅拌桨等设备产生磨损。第三，会对热交换器产生磨损，使得消化工艺的温度控制系统无法正常运行，最终影响整体处理效果。
1.2 污水处理厂积砂粒径分析
為了进一步掌握污水处理厂积砂的分布情况，笔者分别对上述几个工艺单元的积砂进行了取样，并对砂粒径进行了分析，结果见图1。
从图1可以看出，不同工艺单元的积砂有明显的差异。其中，曝气沉砂池和初沉池底的积砂分布较为相似，有85%以上的积砂粒径为2mm或更大，初沉池的积砂粒径区间为0.075～2mm，分布比例随粒径增长而增高，且曲线较为平滑；而曝气沉砂池的积砂粒径区间为0.5～2mm，且主要由>2mm的砂粒组成。消化池底的积砂粒径则明显要小于前端预处理工艺，主要集中在0.001～0.075mm。
由此可以看出，传统的曝气除砂只能去除大于0.5mm的粗砂，而污水处理厂还存在大量小于该粒径的细砂。数据表明，这些细砂主要存积于初沉池、消化池底，目前这部分细砂还无法被去除，这也是当前污水处理厂面临的普遍难题。
2 污水处理厂曝气沉砂池运行效果分析及技术改造
2.1 现有除砂系统运行效果测试
本研究所在污水处理厂设有两座旋流曝气沉砂池，设计停留时间3min。在试验期间，将储存箱放置于砂水分离器下，以30min为周期定期测量2个砂水分离器的出砂量和砂粒径情况，并同时记录当前的进水量、气水比等工艺运行参数。
试验共进行了3个月，通过近20组数据分析发现，系统的出砂量极其不稳定（见图2）。在试验期间，系统出砂量最大时可达60kg/h，最低时仅有2.4kg/h，两者相差近20多倍。
事实上，由于我国的曝气沉砂池运行效果与国外资料存在差异，除砂效果往往很难达到预计值。
通过分析，笔者认为造成系统出砂量极其不稳定的原因主要有以下几方面：
（1）污水处理厂来水量波动较大，而曝气沉砂池为恒定供气，气水比变化很大，因此造成沉砂池内旋砂效果差异。
（2）砂水旋流器运行不稳定，通过吸砂泵吸出的含砂废水在旋流器中无法形成旋流，不能将砂与水有效分离。
（3）进水中的砂含量不稳定。
由此可以看出，污水处理厂除砂是一个系统工程，涉及到进水配水分布、曝气沉砂池工艺参数运行控制、旋流除砂器性能等一系列影响因素。
针对上述情况，研究组对该厂的曝气除砂系统进行了一系列改造，改造内容包括曝气沉砂池更换砂水分离器、曝气沉砂池气水比自动控制，预计达到以下效果：曝气沉砂池气量随来水量随时调节，控制气水比，提高沉砂效率。
2.2 曝气除砂系统优化改造
曝气沉砂池气量调节为普通闸阀，手动控制，无气体流量计等仪表。为了能使曝气沉砂池气量随来水量随时调节，控制气水比，提高沉砂效率，将手动阀门更改为电动菱形阀，安装流量计进行气体流量控制根据进水流量的每天24h变化规律，通过小型PLC控制站进行气量的调节，实现曝气沉砂系统恒定的气水比，有效地实现污水中泥砂的沉降分离。改造方案见图3。
现有砂水旋流器的砂水分离效果差，对于曝气沉砂池中吸上来的含砂废物，不能有效分离。因此，为了提高砂水分离效果，对旋流除砂器进行了更换，选用某选矿用水力旋流器，该旋流器广泛用于金属、煤炭及石油领域。
2.3 优化改造前后效果分析
项目调试及试验分两阶段。第一阶段在原有工况条件不变的情况下，通过化验分析对比新旧两种旋流除砂器的除砂效果；第二阶段为对比不同气水比条件下的除砂效果。最终通过试验对比考察新旧除砂器的除砂性能，同时确定最佳的运行气水比。
从第一阶段试验可以看出（见表1），新除砂器出砂含砂量为74.9%，而旧除砂器仅为43.5%，新除砂器较旧除砂器的含砂量提高了72%。从砂粒径构成可以进一步看出，旧除砂器主要能去除粒径在1mm以上的颗粒（占总出砂的86.8%），而新除砂器对于0.2mm以上的颗粒都有很好的去除效果，特别是对于粒径在0.2～1mm区间的细砂，其去除量占总出砂量的55.5%，这是旧除砂器所不具备的。
從第二阶段试验可以看出，系统的出砂量除了与砂水旋流器的效率有关，还与曝气沉砂池的气水比有很大关系（见图4）。从图4可以看出，当气水比过低或过高时，系统出砂量均较低，而当气水比在0.09～0.11时，系统出砂量有很大提升。
3 结语
综上所述，曝气沉砂池运行效果的好坏与否直接关系到污水处理厂管道及设备的使用寿命，并且对出水水质具有一定的影响。通过对某污水处理厂的研究发现，曝气除砂只能去除大于0.5mm的粗砂，而粒径更小的砂砾无法有效去除，对此，本文提出了曝气沉砂池技术改造方案，该方案具有良好的成效，可供类似曝气沉砂池优化改造参考。
参考文献：
[1]污水处理厂曝气沉砂池除油刮渣系统改造措施及建议[J].刘伟.给水排水.2014（01）
[2]榆林某污水厂曝气沉砂池的技术改造[J].李军，杨振锋，周勇，姜葆霖.价值工程.2015（02）