摘要：对广州市某污水提升泵站外增设除砂设施案例分析，对不同的除砂方式进行比较和可行性分析，给出合理经济的除砂方式。
关键词：传统沉砂池 集泥池 污水泵站
根据污水厂设计手册可知，污水中的含砂量因地域和排水体制等的不同而差别较大，分流制城市污水的沉砂量可按每105m³污水沉砂0.4~3m³计算，含水率为60%，密度为1500~1600Kg/m³；合流制城市污水的沉砂量在雨季和旱季时变化较大，应根据实际情况确定，在无实测资料时可按没105m³污水沉砂0.4~18m³计算。
在广州，由于部分地区雨、污分流制不完全，部分雨污混接、井盖密封不严、管道破损及地表泥砂被冲刷进入到污水管渠，造成现有污水系统中夹杂着大量泥砂和其他较大块杂质。
在实际运行过程中，污水管渠内的砂粒经长时间的沉淀，部分淤积在管渠底部，部分经水流冲刷流至中途污水提升泵站，造成中途污水提升泵站集泥池内泥砂沉积严重，在泵站实际运行过程中，污水提升泵将部分的砂粒一并提升排入下游污水系统。使得泥砂对潜污泵的磨损严重，降低潜污泵的使用寿命的同时，增加了泵站运行成本。
一、除砂原理及清砂方式
沉砂池的主要作用是除砂（包括砂粒、砾石、炉渣等较重固体物质，其沉降速度或相对密度明显大于污水中有机固体物质），以自由沉淀速度为基础，理想矩形沉砂池中，砂粒以水平流速υ和砂粒下沉速度μ的矢量合速度下沉，沉砂效率公式为：η=[（1-p0）+]x100%
其中μ0=
。式中μ0为需要去除粒径砂粒的沉淀速度；L、B、H分别为理想沉淀池的长、宽、高；A：理想沉淀池平面投影面积；q：理想沉砂池的表面水力负荷；Q：过水流量。
当沉砂池设计尺寸一定时，去除的砂粒不仅与q有关，而且取决于水平流速υ。跟据国内外设计经验，υ的取值一般为0.15~0.30m/s。
污水泵站除砂方法有人工除砂和机械除砂，人工除砂需停运操作，且工作量大，一般仅作为辅助性的清砂方式；机械排砂有泵吸式或气提式排砂方式，排出的砂水混合物宜采用砂水分离器进行机械清洗分离，使用较为广泛。
二、现状污水中途提升泵站沉砂问题设计实例：
以广州市沥滘污水处理系统中的5号污水中途提升泵站沉砂问题做分析。
广州大道5号泵站位于广州大桥南端绿化带地块，主要收集滨江路和新港中路北侧及黄埔涌东侧污水，根据规划，本泵站抽升的污水排往东晓路6#泵站，其工艺流程为：污水-进水井-格栅清污机-集水池-潜水泵-泵站出水联络管为D820×10压力输水往6#泵站。5号泵站设计流量4.4万m³/d；集水管管径为d1200，管底标高为-0.32m；进水管管底标高为-0.5m。泵站占地面积40×18.5=740m2；泵站高程系为广州城建高程，泵站内地面标高7.80m，室外地面标高8.10m，水泵吸水井底标高-2.35m。
由于现状污水泵站存在严重的积砂问题，使得污水提升泵的磨损较为严重，进而缩短了泵的使用寿命。故在污水进入提升泵房前增设沉砂设施，即能减轻下游污水处理厂的处理负荷，又能延长现有污水泵的使用寿命。
三、针对5号污水提升泵站沉砂问题提出的解决方案
1、方案一：在现状泵房前设置涡流式沉砂池，设计参数如下：
涡流沉砂池前主要由进水口、出水口、沉砂区、贮砂区组成，配套的专用设备有电动机、减速器、浆叶分离机、排砂水泵等。沉砂池的水力表面负荷不大于200 m³/（h.m²），最高时流量水力停留时间不小于30s；沉沙区水深1.0~1.2m，径深比控制在2.0~2.5。为创造平稳的进水条件，涡流沉砂池进水渠道直线超度应为渠道宽的7倍，并且不小于4.5m。本次设计中进水渠宽度取0.72m，进水渠直线段长度取5.04m。进出水渠的夹角取大于270°，以防止短流。本次设计中出水渠宽度取1.52m，出水渠直线段长度取3.04m。沉砂池前应设格栅，沉砂池下游设堰板，可保证沉砂池内所需水位。
涡流式沉砂池的尺寸，沉砂区直径为3.65m，沉砂区水深为1.1m，沉砂区底坡降为0.6m，贮砂区深度为2.03m，超高为0.35m。（池体深度为4.08m）。
2、方案二：在泵房前设置集泥池，设计参数如下：
1)集泥池主要有贮砂区、水流区、集泥区。
污水含沙量按3m³/105m³计算，沉砂池的含水率约为60%，容重为1.5t/m³。清除沉砂的间隔时间T取2d，污水总变化系数KZ=1.36。
贮砂区砂量体积V=
贮沙区总体积VZ=2.74x1.6=4.38（m³）
集泥池设置一座。单座集泥井的容积为4.38m³，取5m³。有效长宽高为AxBxH=3.0mx2.5mx0.8m。
2)集泥池设备
设计集泥池1 座。每座集泥池设2套提升系统，进出水管路2套；外形尺寸均为：集泥井4.4m（长）×3.0m（宽）×9.98m（深），采用DN1200进水管，进水管中心线标高为1.10m；采用潜污泵提升（功率：1.5Kw，流量：30m3/h，扬程：11m，数量：2台）；砂水分离器1台（进入砂水分离器的流量为 5~12 L/s，进出水管直径为DN100，功率为 0.37Kw。占地按6㎡考虑）。
控制：采用浮球液位控制，并安装现场手动控制阀。
采用1套规格为1.2m×1.2m的进水闸门。在进水口处设置钢格栅框规格：长x宽x高=1.4mx1.4mx0.5m，栅条厚度t=10mm。栅条间距为100mm。
四、污水泵站除砂设计比较
从5号泵站的实际运行情况来看，增设涡流沉砂池存在以下问题：为满足池内的浆叶分离机和排砂泵的正常运行，需在沉砂池前应设格栅；为保证涡流沉砂池的水量，需在沉砂池前设置集水井，将污水提升后进入沉砂池；如现状市政污水不做提升而直接进入涡流沉砂池，沉砂池埋深达12.2m，基建费用偏高，沉砂池放空只能依靠污水泵，运行成本增加和维护费用。
结合现状条件，在污水进入提升泵站前增设一座矩形集泥池较为可行。污水中含有的大量泥砂大部分沉积在沉泥区，通过潜污泵提升到砂水分离器处理后，泥渣外运处置；很小部分泥砂进入现状污水提升泵站。该除砂方法，不需单独增设集水井和污水提升设备，集泥池池体结构简单，施工方便，占地面积和运行管理成本较小。解决污水沉砂问题的同时，又能满足污水重力流进入现状污水提升泵房。
五、结论及建议
需在源头控制大量泥砂进入城市污水管网，对分流制地区的现状污水管网做排查，找出雨、污水混接点，并对其进行改造；加强对现状污水管网的养护，对污水沉砂井和污水管网清砂作业的频率应增加，避免大量泥砂进入污水中途提升泵站内，进而保证现状泵站的正常运行，降低维护管理费用。
在新建污水提升泵站时，需要重视沉砂问题的存在，从环境效益、基建投资、占地面积、运行及除砂效果等方面综合考虑，尽量在有沉砂需求的新建污水泵站内设置旋流沉砂池，来减少泥砂对泵站运行造成的不良现象。
在泵站用地、环境效益、运行及养护管理费用允许时，可增设沉砂池；当较为紧张时，可设置集泥池，将污水中的大部分泥砂在进入污水泵房前去除。
参考文献：
1、《室外给排水设计规范》GB50014-2006（2016年版）
2、《给水排水设计手册》（第三版 5城镇排水）
论文作者:杨媚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/11
标签：污水论文; 泵站论文; 除砂论文; 砂粒论文; 涡流论文; 标高论文; 现状论文; 《基层建设》2019年第2期论文;