曝氣沉砂池設(shè)計計算詳解一、概述1.1功能與特點曝氣沉砂池是污水處理廠預(yù)處理單元的關(guān)鍵設(shè)施，主要功能是去除污水中密度較大的砂粒（如石英砂、礫石等），同時通過曝氣作用使砂粒表面的有機物脫落，降低砂粒的有機物含量（通常≤5%）。與普通平流沉砂池相比，其優(yōu)勢在于：砂粒去除效率高：通過曝氣形成的旋流，使砂粒與有機物有效分離，去除率可達90%以上；砂粒純度高：有機物含量低，減少后續(xù)砂處理（如填埋、焚燒）的難度；抗沖擊負(fù)荷能力強：曝氣作用可緩解流量波動對沉砂效果的影響。1.2適用范圍曝氣沉砂池適用于城市污水處理廠、工業(yè)廢水處理站（如食品、造紙、紡織等行業(yè)），尤其適合處理含砂量高、有機物含量高的污水。對于小型污水處理廠（處理量＜5萬m3/d），可采用單池設(shè)計；大型廠（處理量＞10萬m3/d）宜采用多池并聯(lián)，便于運行調(diào)節(jié)。二、設(shè)計基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)計曝氣沉砂池時，需依據(jù)《室外排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB____）及工程經(jīng)驗選取以下關(guān)鍵參數(shù)：2.1設(shè)計流量曝氣沉砂池按最大設(shè)計流量（$Q_{\text{max}}$）設(shè)計，以應(yīng)對污水峰值流量的沖擊。最大設(shè)計流量通常取平均設(shè)計流量的1.2-1.5倍（具體倍數(shù)根據(jù)城市規(guī)模、排水體制確定）。2.2停留時間最大設(shè)計流量下的停留時間（$t$）宜為1-3分鐘。停留時間過短會導(dǎo)致砂粒未充分沉淀；過長則會增加池體體積，且可能使已沉淀的砂粒重新懸浮。2.3水平流速池內(nèi)水平流速（$v$）宜為0.06-0.12m/s。流速過低會導(dǎo)致有機物沉淀，影響砂粒純度；流速過高則會沖起已沉淀的砂粒，降低去除率。2.4曝氣量曝氣量可通過兩種方式計算：單位池容曝氣量（$q_1$）：0.1-0.2m3/(m3·h)（每立方米污水所需空氣量）；單位池長曝氣量（$q_2$）：0.5-1.5m3/(m·h)（每米池長每小時所需空氣量）。設(shè)計時取兩者中的較大值，確保旋流強度足夠。2.5有效水深與池寬比有效水深（$H$）宜為2-4m，池寬（$B$）與有效水深的比值（$B/H$）宜為1-1.5。比值過小會導(dǎo)致池體過窄，影響旋流形成；比值過大則會降低水流穩(wěn)定性。三、設(shè)計計算步驟以某城市污水處理廠為例，最大設(shè)計流量$Q_{\text{max}}=15$萬m3/d，演示曝氣沉砂池的設(shè)計計算過程。3.1確定設(shè)計流量將最大設(shè)計流量轉(zhuǎn)換為秒流量：$$Q_{\text{max}}=\frac{____}{24\times3600}\approx1.74\,\text{m}^3/\text{s}$$3.2計算有效容積有效容積（$V$）按最大設(shè)計流量與停留時間計算：$$V=Q_{\text{max}}\timest$$取停留時間$t=2$分鐘（120秒），則：$$V=1.74\times120=208.8\,\text{m}^3$$3.3計算池體尺寸（1）池長（$L$）池長由水平流速與停留時間確定：$$L=v\timest$$取水平流速$v=0.1$m/s，則：$$L=0.1\times120=12\,\text{m}$$（2）有效水深（$H$）與池寬（$B$）根據(jù)有效水深范圍（2-4m），取$H=3.5$m。池寬由有效容積、池長及有效水深計算：$$B=\frac{V}{L\timesH}$$代入數(shù)值：$$B=\frac{208.8}{12\times3.5}\approx4.97\,\text{m}$$取整數(shù)$B=5$m（滿足$B/H=5/3.5≈1.43$，符合1-1.5的要求）。（3）校核水平流速池體截面積（$A$）為：$$A=B\timesH=5\times3.5=17.5\,\text{m}^2$$實際水平流速：$$v_{\text{實際}}=\frac{Q_{\text{max}}}{A}=\frac{1.74}{17.5}\approx0.10\,\text{m/s}$$符合0.06-0.12m/s的要求。3.4計算曝氣量（1）按單位池容計算$$G_1=V\timesq_1$$取$q_1=0.15$m3/(m3·h)，則：$$G_1=208.8\times0.15=31.3\,\text{m}^3/\text{h}$$（2）按單位池長計算$$G_2=L\timesq_2$$取$q_2=1.2$m3/(m·h)，則：$$G_2=12\times1.2=14.4\,\text{m}^3/\text{h}$$（3）確定曝氣量取兩者中的較大值，即$G=31.3$m3/h。實際工程中可根據(jù)水質(zhì)調(diào)整（如有機物含量高時適當(dāng)增加曝氣量）。3.5參數(shù)校核停留時間：$t=\frac{V}{Q_{\text{max}}}=\frac{208.8}{1.74\times3600}\approx0.033$小時（2分鐘），符合要求；池寬與水深比：$B/H=5/3.5≈1.43$，符合1-1.5的要求；水平流速：$v_{\text{實際}}=0.10$m/s，符合0.06-0.12m/s的要求。四、關(guān)鍵構(gòu)造設(shè)計4.1進水與出水裝置進水口：設(shè)穿孔整流板（孔口直徑____mm，孔距____mm），孔口流速0.5-1.0m/s，防止水流直沖池底導(dǎo)致砂粒懸??；出水口：采用淹沒式出水口或鋸齒堰，保持池內(nèi)水位穩(wěn)定。出水口宜設(shè)置在池體末端的另一側(cè)（與曝氣裝置相對），避免短流。4.2曝氣系統(tǒng)曝氣裝置：采用穿孔管（孔口直徑3-5mm，孔距____mm），布置在池底一側(cè)（距池底____mm），形成沿池長方向的旋流；空氣管道：采用鍍鋅鋼管或PE管，管道流速5-10m/s，末端設(shè)排水閥（防止積水）。4.3排砂系統(tǒng)砂斗：設(shè)置在池體末端（曝氣裝置對面），坡度45°-60°（確保砂粒順利下滑），容積按24小時砂量計算（砂量取0.05L/m3污水）；排砂設(shè)備：小型廠采用吸砂泵（流量10-20m3/h，揚程10-15m），大型廠采用刮砂設(shè)備（如鏈板式刮砂機）；排砂管：直徑____mm，排砂時間10-30分鐘/次，排砂周期1-2天。4.4穩(wěn)流與整流裝置縱向?qū)Я靼澹貉爻亻L方向設(shè)置，高度為有效水深的1/3-1/2，防止水流短路；池底坡度：池底向砂斗方向傾斜，坡度0.01-0.02，便于砂粒收集。五、運行與調(diào)試要點5.1啟動前準(zhǔn)備檢查曝氣系統(tǒng)：確認(rèn)穿孔管無堵塞，空氣管道密封良好；檢查排砂系統(tǒng)：確認(rèn)吸砂泵或刮砂機運轉(zhuǎn)正常，排砂管暢通；清理池體：去除池內(nèi)雜物（如磚塊、塑料袋），避免堵塞設(shè)備。5.2曝氣系統(tǒng)調(diào)試啟動風(fēng)機，調(diào)整閥門使曝氣量達到設(shè)計值（如31.3m3/h）；觀察池內(nèi)旋流：旋流強度以砂粒在池底滾動但不懸浮為宜（可通過調(diào)整曝氣量調(diào)節(jié)）。5.3排砂周期確定初始階段每天排砂1次，測量砂斗砂量；根據(jù)砂量調(diào)整排砂周期（如砂斗容積為8m3，砂量為7.5m3/d，則排砂周期為1天）。5.4運行監(jiān)測與優(yōu)化砂粒有機物含量：定期檢測砂粒中的有機物含量（≤5%為合格），若超標(biāo)則增加曝氣量；出水SS：監(jiān)測出水懸浮物濃度（≤30mg/L為合格），若超標(biāo)則檢查水平流速或停留時間；曝氣量調(diào)整：根據(jù)季節(jié)變化調(diào)整曝氣量（如夏季有機物分解快，可適當(dāng)減少曝氣量）。六、常見問題與解決措施6.1砂粒去除率低原因：曝氣量不足、停留時間過短、水平流速過高；解決措施：增加曝氣量（如將$q_1$從0.15提高到0.2m3/(m3·h)）、延長停留時間（如從2分鐘增加到3分鐘）、降低水平流速（如減小池寬）。6.2曝氣過度導(dǎo)致砂粒上浮原因：曝氣量過大，旋流強度過高；解決措施：減少曝氣量（如將$q_2$從1.2降低到0.8m3/(m·h)）、調(diào)整曝氣裝置位置（如抬高穿孔管距池底的高度）。6.3排砂不暢原因：砂斗坡度不夠、排砂管堵塞、砂粒有機物含量高（粘結(jié)成塊）；解決措施：加大砂斗坡度（如從45°增加到60°）、定期清理排砂管、增加曝氣量（降低砂粒有機物含量）