摘要：为了解决天津某城区污水处理厂除砂系统存在的问题，对现有除砂及清砂系统提出可行性改造方案，通过改变沉沙池工艺流程，除砂系统效果得到很大改善，同时解决了人工清砂环境恶劣，劳动强度大的困境问题。
关键词：平流式沉砂池； 除砂改造； 砂水分离器
沉砂池是是采用物理法将砂粒从污水中分离出来的一个预处理单元，是在水处理厂常见的预处理构筑物，其作用主要是用于从污水中分流出相对密度大于1.5且粒径在0.2mm以上的颗粒物质，主要包括无机性的砂粒、砾石和少量密度较大的有机性颗粒等，以防止后续水处理构筑物堵塞和使处理构筑物容积减小。按污水在沉砂池中的流态，沉砂池分为四种：竖流式沉砂池、旋流沉砂池、平流式沉砂池和曝气沉砂池。
竖流式沉砂池除砂效率差，运行管理不便，因而竖流式沉砂池在工程中很少应用。以前所建水处理厂应用较多的是平流沉砂池，而新建水处理厂中旋流和曝气沉砂池应用越来越广泛。平流式沉砂池具有构造简单，除砂效率好，不需要特殊设备，投资费用低的特点，因而在水处理厂具有较为广泛的应用，但其也有机械化程度低、清砂困难而人工劳动强度大、劳动条件差的缺点，因而其正被机械化程度高、运营管理方便和占地面积小的旋流沉砂池和功能更具优势的曝气沉砂池所取代。但是很多已建水处理厂特别是污水处理厂采用平流沉砂池排砂、贮砂池分离，该种方式除砂劳动环境恶劣、劳动强度大，为此，很多水处理厂在积极探询如何解决改善劳动条件和降低劳动强度的改造方法。
天津某区一污水处理厂，原始设计采用平流沉砂池、贮砂池、人工清砂的除砂工艺，实际运营时，由于该厂污水水质较差，致使人工清砂强度很大，同时环境恶劣，给工人的身心健康造成很大影响，同时也不利于企业贯彻iso14000标准。为此，本文介绍通过改变污水处理厂平流沉砂池的工艺过程，解决了上述问题，基本过程如下。
1 原有除砂系统
1.1 系统组成
该污水处理厂设计采用传统的平流沉砂池、贮砂池、人工清砂的除砂预处理工艺，原有平流沉砂池一体建设，分两个系列，每系列设有两个储砂斗，每个斗底部有一根dn150排砂管通往贮砂池,贮砂池一座。
从沉砂池沉砂效果来看，运转良好，能有效的使大的砂粒沉积下来，通过排砂管排入贮砂池，经由贮砂池砂水分离后再定期经人工清砂，可很好达到除砂目的。
1.2 存在问题
（1）水厂是以bot模式建立的，水厂人员编制较少，每班组生产人员4人，人工清砂相对劳动强度较大。
（2）水厂处理对象为城市生活污水和部分工业污水，设计进水水质为cod＝450mg/l，bod5＝200mg/l，ss＝200mg/l，但实际运营过程中，由于来水中工业污水所占比例较高，而且大部分为未达标处理或未经处理的工业废水，致使来水中ss和cod的浓度远超过设计值，从而造成在排砂时，大量的沉积有机污染物随砂粒一起排入贮砂池，增加了排放量。
（3）定期进行人工清砂，贮砂池中有机物极易腐化，造成该处环境较为恶劣，特别是在炎热的夏季，该处气味更甚，人工清砂需要佩戴防护工具；冬季气温低，排出的泥水混合物容易结冰，清除起来也极为不便。
综合以上问题，人工清砂劳动强度大，工作环境恶劣，从长远运营和改善水厂工人工作环境的角度出发，决定对该除砂系统进行技术改造，拟改造成机械除砂为主、人工除砂为辅的方式。
2 改造过程
改造过程中所遵循的基本原则为：经济上节省、技术上可行并能有效解决实际问题。
2.1 改造方案比较
机械除砂的方式有砂泵提砂和气提排砂方式两种，洗砂采用砂水分离器。考虑改造技术方案时也是基于这两种方式，并结合经济和方便使用、管理的要求。
原有平流沉砂池分两个系列，每系列设有两个砂斗，每斗有一个排砂管通往贮砂池。
基于以上原则并结合该处构筑物特点，最初改造方案有如下几种：
（1）气提提砂方案
在每个砂斗内布置一根dn100提砂管，再接入dn50空气管，气提提砂后经砂水分离器洗砂，砂渣外运，洗砂水回流至格栅间，保留原有贮砂池在砂水分离器及气提系统出现故障时备用。该方案中所需要的设备为鼓风机、砂水分离器各一台，另还需有空气管路和提砂管路及相关附件。
（2）砂泵提砂方案1
利用砂泵提砂，两个系列共有四个储砂斗，没有预留洞口，把砂泵在沉砂池顶走道板上对应安装，该方案中需要至少2台砂泵和相应提砂管路及砂水分离器两台。沉砂池上面地方狭小，安装和固定困难，并影响外观和过人，且排砂管只能分向两边，洗砂分开进行。
（3）砂泵提砂方案2
把进贮砂池的排砂管在出口处连接，并同砂泵相连，通过砂泵提升后进入砂水分离器洗砂。该方案中需要将贮砂池废除，配置设备两台砂泵和两台砂水分离器。
分析以上几种方案，方案1中鼓风机、砂水分离器都有冬季防冻的要求，并且鼓风机需要做防风雨处理，而该处距离其它建筑物均较远，实施较为复杂且费用较高；方案2中砂泵放在沉砂池顶，需要泵有一定吸程，另由于砂砾较重，用泵提升需有较大流速，否则可能达不到除砂效果，系统需要至少2台砂泵和2台砂水分离器，而且冬季还需要有防冻措施；方案3中需要两台砂水分离器（一台做备用），且废掉贮砂池，不太经济。
综合分析以上方案，无论从经济还是从使用角度都不是太理想。
后来经在现场查看和对照施工图比较时注意到排砂管从砂斗底部出来尚有约400mm排砂钢管处于地面以上，考虑用比氏旋流沉砂池除砂方式除砂，从其出地面的立管上接出排砂管，为了保证砂粒能够从沉砂池砂斗中提升到砂水分离器，在管道上设两台砂泵，砂水分离器出水流回格栅间，砂粒同脱水污泥一起外运，贮砂池备用，便产生了下面的最终方案。
2.2 最终方案
在原排砂管（dn150钢管）的竖向上开口，焊接(dn80)的钢管，每根管上加装控制阀门，再经由砂泵（设两台泵，一用一备）提升至砂水分离器（一台），洗砂出水回流至提升泵站，砂渣外运，并保留原有贮砂池做应急用，钢管作保温（管线较长），由于砂水分离器中液位低于沉砂池中的正常液位，因而在寒冷季节时，可以稍开阀门使水自流防冻，而砂泵和砂水分离器都不需要再做特殊保温处理。
具体实施方案如下：
从技术理论上论证，该方案中的排砂及洗砂方式同比氏沉砂池的除砂方式相同，可以达到机械除砂为主、人工除砂为辅的目的；从结构上来讲，该方案中布局紧凑，可有效利用周围有限空地，对原构筑物基本没有损坏；从经济上分析，该方案同以上几种方案比较是最节省的；从实施的角度出发，该方案实施最为简洁；从使用的角度来看，该方案具有管理方便，运行灵活的优势，因而经综合比较分析，该方案是要优于前几种方案的。
工艺改造方案示意图如图1和图2，图中虚线部分为原有管线和构筑物，实线部分为改造部分。
该方案中主要设备及管材：一台sf320型砂水分离器（处理量12～20l/s），两台xl40砂泵（流量：11l/s；扬程5m），dn80刀闸阀9个，dn80钢管39.5米，dn150钢管4.5米，管道做防腐与保温。
2.3 方案实施
方案比选与技术分析用时3天，经济比较、设备订货至设备和附件全部到位用时一个月，现场布置与改造完成用时3天，整个改造从方案比选至改造完成用时36天。
3 系统运营
改造完成后，即启动系统，沉砂池每个系列每周排砂一次，运转已近一年时间。从整体运转情况来看，改造后系统运行效果比较理想。在设备运转期间没有大的机械和设备故障，冬季砂泵和砂水分离器也没有冻过，而且采用机械除砂取代人工除砂，工人的劳动强度有了很大程度的减轻，工作环境也有了很大改善，再者不用在每次清除贮砂池后还要往池内充填过滤石料，从而减少了直接运营成本。
4 结论
目前，很多水处理厂的沉砂池是平流沉砂池，特别是以前建成的水厂，其在运行过程中都可能存在以上的问题。对于传统的平流沉砂池除砂系统，如果劳动强度大或除砂困难、除砂环境恶劣，有必要对其进行适当改造，对于改善工人工作环境和降低劳动强度、提高水厂的效率都是有益的。
参考文献
[1] 邵林广, 刘夙.平流式沉砂池的设计计算[j]. 武汉科技大学学报(自然科学版), 第23卷第1期, 2000年3月: 54-56.
[2] 邵林广，王华.平流式沉砂池设计参数的研究[j]，给水排水, vol. 25 no. 9 1999: 21-23.
[3] 胡维杰.上海市石洞口城市污水处理厂设计[j] 中国给水排水, 2003 vol.19: 68-71.
[4] 邵林广，张赐承,钱望新.城市污水厂一级处理技术的比较研究[j]. 环境与开发, 1998, (4): 1-3.
[5] 唐建国. 曝气沉砂池的设计计算[j].给水排水, 1997, 23(10):15-17.
[6] 贝拉g·利普泰克主编, 《环境工程师手册》翻译组译.环境工程师手册[m ].北京:中国建筑工业出版社, 1985.
[7] 戴爱临, 关于城市污水处理中初沉池作用的探讨[j].给水排水, 1994,(4):31-33.