深圳北控丰泰投资有限公司 广东深圳 518100
摘要：污水处理厂预处理旋流沉砂池除砂系统运行中，抽砂泵的抽砂效果不好，沉砂池的积砂去除率低，砂砾进入后续的生化处理单元，对污水的生化处理及污泥的处理影响很大。针对抽砂泵的抽砂效果不好、磨损快，维修费用高等问题，对原有的抽砂系统进行改造，通过采用气提抽砂系统彻底解决了问题。
关键词：旋流沉砂；抽砂泵；气提抽砂；改造
1 引言
我厂是一家大型市政污水处理厂，一期2006年建成投产，预处理除砂共设4座旋流沉砂池，每座旋流沉砂池中间设有一台桨叶搅拌器和一台抽砂泵，砂水混合物由抽砂泵输送至砂水分离器、螺旋洗砂机，分离后的干砂外运。除砂系统采用旋流沉砂+抽砂泵+砂水分离器+螺旋洗砂机，去除污水中粒径大于0．2mm以上的砂粒。
2 存在的问题
旋流沉砂池抽砂泵可以去除污水中粒径大于0．2mm 的无机砂砾，以保证后续污水处理系统的正常运行。我厂一期运行初期，处理水量为2O万m³/d左右，砂量不多，这时抽砂泵的除砂效果还能满足要求。但是随着服务范围内污水含砂量的增加，抽砂泵的除砂效果逐渐不能满足工艺要求，沉砂池的积砂如果不能及时抽出，大量的砂子进入后续污水生化处理单元，堵塞曝气头，影响污水处理工艺正常进行，也加快推流器、回流泵、离心脱水机、进泥泵等设备的磨损。
抽砂泵抽砂效果不好的原因分析：
（1）进水中含砂量增加。
（2）抽砂泵磨损，维修费用高。
（3）抽砂泵系统复杂、故障较多。
3 气提抽砂系统
气提抽砂系统主要由鼓风机、提砂器、管道、电磁阀等组成，由鼓风机提供气源，通过电磁阀控制吹砂管和提砂管的压力空气，压力空气通过管道自上而下通入提砂器，使污水、砂、空气形成低密度的气液混合体，从砂水提升管道自下而上排出，实现砂水混合液的提升，再进入砂水分离器进行砂水分离。
3.1 气提抽砂的优点
（1）设备少、抽砂效率高；
（2）过流能力大，可提升较大颗粒砂子及小固体物质；
（3）简单、无传动部件、故障少，维护维修工作量少；
（4）砂水提升高度大；
（5）具有吹砂功能，抽砂前可以把板结的积砂吹动；
（6）无易磨损部件，不易堵塞，系统可靠；
3.2 气提抽砂的缺点
（1）抽砂效果受鼓风机风量的影响较大；
（2）电磁阀的质量必须可靠；
（3）提砂器设计制作要求较高；
（4）管道安装比较复杂，不能漏气；
（5）必须具有3米以上的液位高度；
4 气提抽砂改造设计与测算
4.1 气提的原理
当压力空气被通入提砂器底部后，气泡由于浮力的作用会上升，并充满整个提升管，管内便是气和水的混合液，管外是污水，管外管内底部相连通，提升管内水之所以被提升，一般是按连通管原理来解释的，因为水气溶液的密度小于水（一般上升的水气溶液相对密度为0．25—0．35左右），密度小的液体液面高，在高度为h的水柱压力作用下，根据液体平衡的条件，水气溶液便上升至H的高度，其等式如下：
Pl h = P2 H
式中：Pl- 污水的密度（kg／m³）；P2- 提升管内水气溶液的密度（kg／m³）；
h-淹没深度；H- 提升高度+淹没深度。
只要Pl h ＞ P2 H，水气溶液就能沿提升管上升至管口而溢出，气提就能正常工作，将上式移项得：
H—h=（Pl／P2—1）h
由上式可知，要使水气溶液上升至某高度H—h时，必须有一定的淹没深度h，并需供应一定量的压力空气，以形成一定的P2值。水气溶液的上升高度H—h越大，其密度P2 就应越小，需要消耗的气量也就越大，而淹没深度也就越大。因此，压缩气量和淹没深度是与提升高度H-h直接有关的两个因素。
4.2 提砂器结构设计
提砂器由吹砂管、提砂管、提升管、外壳组成。吹砂管穿过外壳的上下盖板；提砂管焊接在外壳的上盖板上，与外壳的内部连通；提升管穿过外壳的上下盖板，提升管在外壳的内部部分加工8个通气槽，平均分布；外壳是一个圆柱形密封腔体。
（1）吹砂管：管径φ45mm，偏心65mm穿过外壳上下盖板焊接密封，管口距离外壳下盖板200mm，管内气流速度5～7m／s，空气压力0.8bar。作用是吹动沉积在池底的积砂。
（2）提砂管：管径φ45mm，偏心65mm焊接在外壳的上盖板，管口与外壳内部连通，管内气流速度5～7m／s，空气压力0.8bar。作用是通入压力空气，压力空气快速通过提砂器，带动水、砂混合液体从提升管排出。
（3）提升管：管径φ108mm，偏心20mm穿过外壳上下盖板焊接密封，管口距离外壳下盖板200mm，提升管在外壳的内部部分加工8个通气槽，平均分布。提升管直径过小，抽水量受到限制；直径过大，升水产生间断，甚至不能升水。提升管的直径与水、气、砂混合物的流量、流速和提升高度等因素有关，一般可按水气砂混合物流出管口前流速3—5m／s来计算管径。
（4）外壳：是一个圆柱形的密闭腔体，直径190mm，高度200mm，吹砂管和提升管从上下盖板穿过，提砂管焊接在外壳的上盖板，与腔体连通。
4.3 风量测算
气提抽砂正常工作时，所需空气量计算
QL=QS•6•H/T
式中QL——所需空气量，m3/h
QS——砂水混合液量，m3/h
H——水面以上提升高度，m
T——水面以下空气注入深度，m
已知：砂水混合液40 m3/h，液面以上提升高度H=2.65m，液面以下空气注入深度3.5m；
则所需空气量：QL=QS*6*H/T
=40*6*2.65/3.5
=181.7 m3/h
4.4 风压测算
气提抽砂的先决条件之一，是压力空气的风压-P，要大于从沉砂池底部至提升管顶部的水压。
P＞Ho+H1＞3.5米+2.65米＞6.15米（水压）
P—空气压力，Ho—沉砂池底部到水面的高度，H1—水面到提升管顶部的高度。
4.5 风机选型计算
风机风量＞所需空气量×1.2 = 181.7 m3/h×1.2 = 218 m3/h = 3.63m3/min
（1.2为风量的放大系数）
气提抽砂时4个沉砂池每次起动2套抽砂装置，总需风量=3.63m3/min×2=7.26m3/min，风机选型的风量应大于此参数，按照风机的型号规格，选择7.5 m3/min风量的百事德罗茨风机。
风机型号：（百事德）三叶罗茨鼓风机BKW5006（DN100）
风量：7.5m3/min，风压：1Kgf/cm2，转速：1600 rpm，电机：22kw
5 气提抽砂改造的效果
（1）投资少，抽砂效果好；
（2）故障少，维护维修简单；
（3）设备少，运行操作简便；
（4）当提砂器有轻微堵塞时，不需要人工进行反复多次反冲洗和放空，只需打开检修盖板疏通就可以解决；
（5）节省了大量的设备维修和人工挖砂的费用。
（6）解决了因人工挖砂造成部分停产，减少污水处理水量的问题。
6 结束语
气提抽砂相比较抽砂泵有较大优点，造价低、投资少、抽砂效果好，故障少，抽砂量和提升能力比常规的抽砂泵大很多，在经济、管理、节能等方面取得了良好的效益。许多地方都可以应用，在污水处理中，和砂水分离器等设备配套进行沉砂池除砂；在活性污泥的回流以及惰性污泥的去除中可以进行排泥，且使用效果很好。
参考文献：
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[3]徐文刚，胡春萍.旋流沉砂池的排砂系统设计［J］．中国给排水，2002（18）：74～75
[4]康棣，赵雪莲，曹大军，郑笛.旋流沉砂器气提泵的设计［J］．科技论坛，322
论文作者:曹国强
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/1
标签：外壳论文; 盖板论文; 高度论文; 空气论文; 风量论文; 除砂论文; 水气论文; 《基层建设》2017年第21期论文;