城市污水预处理方案改良设计＊

高红英，张博

城市污水预处理方案改良设计＊

高红英1，张博2

（1.陕西工业职业技术学院，陕西 咸阳 712000；2.广大水务（咸阳）有限公司，陕西 咸阳 712000）

首先分析了城市污水处理过程中的工艺，并针对目前城市污水处理的初级处理段工艺进行分析和改良设计。提出预处理段的工艺改良系统总体设计思路，并对其中的抓斗打捞系统和泥砂分离系统进行设计，以提高城市污水进入处理厂的初级处理功能，实现对体积较大的污染物有效控制和初步分离泥沙等污物的作用。该工艺改良不仅保护各种设备的功能和正常运行，更重要的是可保证持续地处理城市污水，提高污水处理的能力和效率。

污水；预处理系统；工艺改良；污水处理效率

城市污水处理是环境保护的重要一环，目前中国的城市污水处理技术整体上已有了很大的进步，但还落后于中国城市发展的水平。近些年来，虽然研究、开发了一些设备和工艺，但总体上主要是借鉴和引进国外的一些先进工艺、经验和设备。自主设计城市污水处理设备，提高污水处理效率和标准，对提高城市生态环境质量具有保障作用。

1 城市污水预处理工艺改良的必要性

中国城市污水一般通过收集进入污水处理厂进行处理，具体可分为一、二、三级处理。一级处理，又称预处理。处理的对象是污水中的漂浮物和悬浮物。二级处理，也是生化处理，是指去除污水中污染物，使其各项指标达到要求，比如活性污泥法、生物膜法等。三级处理，又称深度处理，弥补二级处理的欠缺，可使用化学和物理化学以及生物方法，比如中和法、人工湿地法等。

城市污水一级处理系统主要由格栅、筛网、沉砂池、沉淀池等组成。格栅和沉砂池也常作为城市污水的预处理系统。城市污水常挟带大量悬浮物和漂浮物，通过一级处理系统可以拦截和沉淀体积和密度较大的污染物，以保护后续处理设施，保证处理出水效果达标。因此，是污水处理工艺必不可少的组成部分。目前大多数污水处理的预处理阶段都采用格栅、沉砂池、初次沉淀池，传统预处理工艺流程如图1所示。

图1 传统预处理工艺流程

由于污水厂配套管网为合流制管网并且上游污水收集范围内道路施工较多，造成进砂较多，且均为细砂，污水依次进入粗格栅、细格栅，经提升泵站提升后进入二、三阶段深度处理。粗格栅设计进水渠道为5条，渠宽为1.1 m，前水深为1 m，粗格栅正常运行为4用1备，粗格栅进水渠道的最大水平流速约为0.6 m/s。粗格栅与细格栅采用渠道连通，渠道宽16 m，水平流速为0.17 m/s。由于流速突然变慢，导致细少聚集在细格前，造成泥沙沉积问题。大量的泥沙沉积会导致设备细格栅和设备受到堵塞而影响设备正常运转，因此应定期清理和维修设备，这样会影响污水处理的连续性和排污排放达标要求。

因此，研究和改良原有的预处理工艺可以提高污水处理的效率和污水排放标准，并能保护第二、三级处理设备。预处理阶段的工艺改良和机械分离除渣系统的研究是具有现实意义的。

2 污水预处理工艺改良设计

由于环境的限制，污水处理厂不能按照正规设计院的设计要求，在预处理阶段建设均流池、初沉池。所以针对咸阳市污水中悬浮物或漂浮物较大较多的具体情况改造预处理工艺，设计沉砂井，对大型漂浮物进行初级拦截，设计沙水分离器，实现对泥沙的机械吸附和自动分离。拟改造的预处理工艺如图2所示。

图2 污水预处理段工艺改良方案

2.1 污水预处理系统设计方案

系统设计思路：一般城市污水的预处理方式是污水进入处理厂后先在沉砂池进行重力分离，然后采用筛滤截留法进行筛网、格栅过滤后进行二级处理，但是预处理过程中沉淀在池底的泥砂一般通过排空污水后打捞，格栅板固定在出水口。这样的工艺设计会影响污水处理的效率，改良的方法是在预处理环节分两个工艺，即打捞较大的沉积物、漂浮物和抽取较小的沉积泥沙。

基于此，预处理系统对沉砂池结构进行改良，在沉沙池设计机械打捞机构和对较小泥砂进行抽吸和分离的系统。新的预处理系统设计如图3所示。

图3 新的预处理系统设计示意图

设计参数：沉砂井设计流量max＝2.66 m3/s，沉砂井长14 m，池宽6 m，最大有效水深2.6 m，水平流速max＝ 0.17 m/s，停留时间82 s。

沉砂井结构设计改良思路：在底部设计两个下沉池，通过两个不同位置的沉淀池可以对不同大小的杂物和沉砂进行分离，抓斗打捞系统可以对较大的沉淀物进行先期打捞，而桥式吸沙泵系统可以实现对较小泥沙的抽吸。沉砂池底部结构如图4所示。

图4 沉砂池底部结构

2.2 漂浮物打捞系统设计

打捞系统如图5所示。打捞系统由工字钢吊车轨道、钢绳、电葫芦和抓斗组成。电葫芦在工字梁上可以移动，当电机运动时，可以实现对抓斗的上下、前后移动，另外抓斗打捞时通过钢绳可以控制抓斗的张开，实现打捞沉淀物的功能。这一功能是对进入沉砂池的污水进行第一阶段的处理，将沉淀在池底T形槽的较大沉积物进行打捞。

1—抓斗；4—电葫芦；5—工字钢吊车轨道。

2.3 泥砂分离系统设计

泥沙分离是污水在经过初级沉淀物打捞后，进入第二阶段的预处理工艺流程。在沉沙井出水口附近设计第二个T形槽，当污水流到T形槽后较细的泥沙则沉淀在此槽内。为了将此段沉淀泥沙进行清理和排除，设计抽泥砂装置。泥砂抽吸装置包括潜水泵、吸砂管、可移动吸砂桥架和砂水分离器。由潜水泵将沉淀的泥沙抽到吸砂管，吸砂管和潜水泵通过可移动架控制泵和吸管的位置，吸砂管将泥沙排到泥沙分离器后进行分离，将泥沙与水分离后，水回到沉沙井，泥沙排出。泥沙分离器结构如图6所示。

图6 泥沙分离器

泥砂分离器的组成及作用：吸砂泵吸入的砂水混合液通过吸砂管道排到泥砂分离器的三角池内，池底倾斜设置一U形钢槽，钢槽内放置无轴螺旋，无轴螺旋在电机带动下旋转，可将沉在池底的泥沙被螺旋形面旋转到上方的泥砂出口，而池内的水经回流管回到沉砂井，最后污水通过启闭式格栅闸栏板流出，进人后续二级和三级处理环节。

3 系统方案实施预期效果

经过对进入沉砂池内污水的漂浮物、沉淀物打捞和较小泥砂的抽吸及分离，实现了污水进入处理厂的预处理，这种预处理有效控制了雨水、生活污水以及因极端天气导致的大雨汇入城市污水处理厂后出现的大量漂浮物、泥砂等对格栅灯设备的损坏，同时也提高了污水处理的效果和效率。按咸阳城市污水处理厂的每日最大污水处理量2 000 m3/d计算，改良前每年因修理设备的经费和因停产耽误处理的污水会直接排入河流，造成城市污水排放不符合国家标准要求。预处理工艺和设备的改良提高了预处理段的除渣能力，达到污水预处理阶段的泥砂、漂浮物和悬浮物的有效分离和控制，这样不仅可以保护后续处理设备，也可以节约对沉淀物的处理成本，缩短了后期的生化处理所需的资源和时间，提高了污水处理的效率，将为城市污水处理公司创造经济效益，也为咸阳城市生态环境保护创造社会效益。

高红英（1967—），女，陕西礼泉人，副教授，主要研究方向为机械设计与制造、工程图学与CAD。

咸阳市2018科学技术研究计划项目“咸阳市城市污水与处理工艺改良设计”（编号：2018k02-18）

X703

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.23.009

2095－6835（2019）23－0024－02

〔编辑：严丽琴〕