德國的螺桿式沉砂池在中國的應(yīng)用如何？

水處理網(wǎng)訊:螺桿式沉砂池技術(shù)的出現(xiàn)，為目前沉砂池加蓋除臭和地下污水處理廠的建設(shè)提供了良好的前提條件。與傳統(tǒng)沉砂池相比較，具有建筑高度低、投資費用低、設(shè)備操作簡單和保養(yǎng)工作量低等優(yōu)點。

原污水通過市政管網(wǎng)進入市政污水處理廠時含有不少沉砂物質(zhì)，如果不預先沉降分離去除，則會影響后續(xù)生化處理工藝過程。沉砂池主要去除污水中粒徑＞0.2mm的砂粒，以保護管道、閥門以及水泵等后續(xù)安裝設(shè)備免受磨損和阻塞。

最常用的沉砂池是平流沉砂池和曝氣沉砂池，其工作原理是以重力分離為基礎(chǔ)，通過控制沉砂池的進水流速和停留時間，可以使得比重大的無機顆粒下沉，而有機懸浮顆粒能夠隨水流帶走。

一般情況下，沉砂池上都配置移動行走的刮砂橋，進行沉砂清理和排砂。這些設(shè)備在運轉(zhuǎn)過程中經(jīng)常會產(chǎn)生以下問題:

冬天結(jié)冰或下雪時，必須及時清理，否則刮砂橋在導軌上行走會產(chǎn)生打滑；

夏天在太陽曝曬之下，一些軸承和驅(qū)動部件在高溫作用下油脂融化，需要及時補充油脂；

許多市政污水處理廠位于人口密集的市區(qū)，對除臭要求很高，往往要求對沉砂池進行加蓋并進行除臭，因為刮砂橋在沉砂池上移動行走，無法加蓋處理，從而導致臭味擴散。

此外，為了節(jié)省空間，許多地方開始建造地下式市政污水處理廠，為了便于除臭，沉砂池都要求池頂覆蓋處理。

為了解決以上提出的問題和新的要求，可以采用結(jié)構(gòu)緊湊并且處理效率很高的螺桿排砂裝置。

1 螺桿式沉砂技術(shù)的起源

在歐洲許多小型市政污水處理廠內(nèi)(進水流量10～300L/s )，一般可以根據(jù)項目要求，快速安裝配置各種不同類型設(shè)備化的機械性預處理裝置。市場上提供這些機械設(shè)備的廠商很多，例如德國的FSM，Kuhn，ENVOTECH和比利時的WAM公司。這些高效率的一體化裝置由不銹鋼材料制成，不僅明顯加快和簡化設(shè)計和安裝工作，還可以額外節(jié)省建造費用。

一般情況下，一體化裝置主要包括格柵和沉砂裝置兩部分。以曝氣型一體化處理裝置為例，主要由以下組件構(gòu)成：

配置進料管接口的進水箱體，用于安裝格柵機械，應(yīng)急溢流堰和應(yīng)急溢流管道接口。

鼓型格柵/篩，用于分離取出粗/細固體物質(zhì)，并通過內(nèi)置式柵渣沖洗，脫水和壓榨之后排入后續(xù)安裝的垃圾集裝箱。

沉砂分離裝置由不銹鋼箱體構(gòu)成，配置曝氣裝置、水平運砂螺桿和傾斜排砂螺桿，可將沉砂物質(zhì)直接分離并排入后續(xù)安裝的垃圾集裝箱。

傾斜排砂螺桿在排砂過程同時對礦砂物質(zhì)進行靜力脫水處理。

油脂分離裝置可將分離取出的油脂漂浮物質(zhì)排出。

裝置配置全自動控制系統(tǒng)，整套污水預處理過程，例如柵渣過濾、沉砂排砂和油脂去除等多個處理工藝步驟在此裝置內(nèi)自動完成：污水進入沉砂箱之后，礦砂和有機物質(zhì)獲得分離。分離后的沉砂沉淀在箱底，通過箱底一根水平安裝的運輸螺桿沿水流相反方向輸入沉砂井。然后通過一根傾斜安裝的排砂螺桿對沉砂進行提升、脫水處理，并排出投入垃圾集裝箱。清理之后的污水通過排水管進入后續(xù)生化處理階段。

作為選購設(shè)備，沉砂箱可以配置沉砂曝氣設(shè)備和油脂去除裝置。

一體化裝置不僅具有許多規(guī)格，種類型式也十分繁多，可以根據(jù)項目要求，配置成各種不同類型的一體化裝置，例如曝氣或非曝氣裝置，配置或不配置油脂去除功能和洗砂功能，配置各種不同類型的格柵/篩機械和各種選購部件等。此外，根據(jù)用戶特殊要求，還可以對裝置進行室外防凍保溫配置和/或防爆配置。

一體化裝置的安裝方式也靈活多樣：地上型、地下型或半地下型裝置；室內(nèi)安裝或室外安裝等，為用戶提供了很大方便。

自1990年開始，德國FSM公司將此技術(shù)成功地應(yīng)用在水泥沉砂池內(nèi)，目前在德國、俄羅斯和中東地區(qū)的許多大型市政污水處理廠內(nèi)也都已開始廣泛采用此沉砂處理技術(shù)。

德國DEW公司在2016年首次將此技術(shù)引入中國，在武漢三金譚市政污水處理廠的4個水泥沉砂池內(nèi)安裝了這一新型沉砂裝置并成功投入運轉(zhuǎn)。目前在中國已有大約17個市政污水處理廠內(nèi)正在安裝使用這一創(chuàng)新技術(shù)。

2 螺桿式沉砂裝置的設(shè)備組成

一般情況下，整套螺桿式沉砂裝置主要由三部分組成：沉砂螺桿、排砂裝置和油脂/輕浮物質(zhì)刮除系統(tǒng)。

2.1 沉砂清理螺桿

沉砂清理通過安裝在沉砂池底部的排砂螺桿來完成。排砂螺桿沿整個沉砂池長度布置安裝，并逆水流方向進行沉砂清理，推入沉砂收集坑。

此排砂螺桿通過一臺減速電機進行驅(qū)動，安裝在沉砂池的外側(cè)。排砂螺桿和驅(qū)動部件之間的驅(qū)動軸穿過沉砂池水泥墻。在穿墻部位安裝了密封機構(gòu)，確保轉(zhuǎn)動軸和水泥墻之間密封不漏水。所有驅(qū)動部件和密封部件都安裝在池外，因此保養(yǎng)工作十分容易。

根據(jù)不同的污水性質(zhì)和規(guī)模，沉砂產(chǎn)量也各不相同。通過對沉砂螺桿的轉(zhuǎn)速或者時間控制，可以精確控制沉砂清理的效率。

沉砂運輸一般采用以下2種方式來實現(xiàn)：

砂泵

通過砂泵將砂坑內(nèi)的砂水混合物抽吸并泵送后續(xù)安裝的砂水分離裝置或洗砂裝置。在標準情況下，這一砂泵采用干式安裝(標準配置)；但有時對舊項目進行技術(shù)改造時缺少砂泵安裝的地方，則也可以采用潛水泵直接在沉砂池內(nèi)進行濕式安裝。

氣提水泵

氣提水泵的任務(wù)是通過輸入壓縮空氣，將沉砂收集坑內(nèi)的沉砂物質(zhì)運輸排出沉砂池。砂水和空氣混合物被泵送進入一個脫氣罐，進行脫氣處理，然后砂水混合液通過自由落差進入后續(xù)安裝的洗砂裝置。

采用氣提水泵的優(yōu)點是氣體管道內(nèi)不含轉(zhuǎn)動部件和密封部件，所以磨損很小，但此時必須額外配置空壓機。有時一臺空壓機向多個沉砂池的氣提裝置提供氣源時，則必須在相應(yīng)的壓縮空氣管道上安裝電磁閥，進行時差調(diào)控和按需運行。

與橋架式除砂系統(tǒng)相比較，螺桿式沉砂裝置可以始終連續(xù)均勻地排砂，從而降低后續(xù)安裝的砂泵和洗砂裝置的運轉(zhuǎn)負荷，降低設(shè)備磨損程度。

德國FSM公司在中東地區(qū)和德國已有30多個項目業(yè)績。在這些螺桿沉砂池項目中，驅(qū)動螺桿的長度最大可達50m。

2.2 油脂/輕浮物質(zhì)刮除系統(tǒng)

如果市政污水處理廠采用曝氣沉砂池，則還必須額外配置油脂刮除裝置。在曝氣沉砂池內(nèi)通過連續(xù)曝氣處理來進行油脂和水相分離。此時氣浮產(chǎn)生的油脂物質(zhì)和漂浮顆粒物質(zhì)在曝氣沉砂池內(nèi)的螺旋環(huán)流作用下，被排擠推送至池內(nèi)非曝氣油脂收集區(qū)域。油脂的氣浮處理需要一些時間，這樣才能在曝氣沉砂池后半段內(nèi)進行有效的油脂氣浮分離。油脂清理是在油脂腔尾端大約總長度1/3 區(qū)域進行。油脂清理是通過一臺由鋼纜驅(qū)動的刮渣小車進行。

通常情況下，油脂清理通過內(nèi)置安裝油脂刮板進行間隙式清理，可以對油脂刮除區(qū)域的整個表面均勻地進行清理。小車上安裝一塊刮板，起點休息位置是在曝氣沉砂池的靠近進水端，工作時沿水流方向進行油脂刮除清理。在行程尾端通過排液閥門與小車聯(lián)動，進而自動將油脂物質(zhì)推送進入沉砂池的尾端油脂收集井內(nèi)，最后通過自由落差排出。刮渣結(jié)束之后，小車通過鋼纜被拉回至原始啟動位置。在此過程中，油脂刮板在導軌的引導之下被放下或收拉起來。

整個油脂清理通過PLC進行全自動控制操作。根據(jù)沉砂池內(nèi)的油脂/輕浮物質(zhì)的產(chǎn)量，可以設(shè)置每天油脂清理的頻率。根據(jù)項目要求，有時可以后續(xù)安裝泵送油脂/輕浮物質(zhì)的潛水泵，這些驅(qū)動部件的控制運行以及運行次數(shù)都可以每天定時設(shè)置。

2.3 油脂/輕浮物質(zhì)的排出系統(tǒng)

熟悉曝氣沉砂池的人員都知道，在采用排液閥門進行油脂漂泥排放的過程中，往往會同時流失大量清水液體，導致后續(xù)浮渣處理工段的負荷加大。在此介紹的浮筒漂泥清理排放設(shè)備是一種先進有效的漂泥刮除裝置，可以安全可靠地清除各種類型和濃度的漂浮油脂、浮渣和污泥，同時將排出的清水液體量降低至最低程度。

此設(shè)備是由一個不銹鋼浮筒和吊掛安裝在浮筒之下的排泥料斗共同組成，后續(xù)配置帶有伸縮波紋管的不銹鋼連接管道和排泥水泵。因為排泥料斗是浮筒之下耦合安裝, 即使在池內(nèi)液位波動情況下，料斗內(nèi)的跌水高度始終保持恒定不變。同時磨損程度極小，從而保養(yǎng)工作很低。

此外通過一個調(diào)節(jié)扳手，可以準確地調(diào)節(jié)設(shè)置排泥料斗和液面之間的跌水高度。一方面可以設(shè)置排泥處理能力，同時也可以設(shè)置漂浮污泥/水/空氣之間的混合比例關(guān)系。通過采取這一漂泥清理措施和后續(xù)安裝的潛水泵，可快速可靠地將各種黏度和濃度的污泥層排出裝置。

此漂浮裝置可對波動液位自動精確地調(diào)節(jié)位置，可以完全保證此漂泥清理裝置全自動運轉(zhuǎn)。即使在不斷變化的環(huán)境條件下，例如有時因為處理量變化，可以通過平衡重量的搖擺臂軸承進行平衡處理，保證漂浮污泥清理裝置穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，池內(nèi)液位上下波動最大可達至±250mm (總和500mm)時也能自動有效地清理排出漂浮物質(zhì)，毋需對排泥料斗的位置進行手動干涉。

油脂漂泥的清理收集一般采用機械性刮泥裝置，也可以通過氣力或機械推流產(chǎn)生的液流來實現(xiàn)。

3 螺桿沉砂池的設(shè)計

不管是平流式沉砂池還是曝氣沉砂池，螺桿式沉砂池的設(shè)計和普通沉砂池的設(shè)計完全一樣，按照規(guī)范設(shè)計水平流速和停留時間即可。另外，不管是新設(shè)計的沉砂池還是對原來已建成的沉砂池來說，都可以將普通沉砂池快速改建或變更設(shè)計成螺桿沉砂池。

平流式沉砂池的設(shè)計應(yīng)符合下列要求：

1. 最大流速應(yīng)為0.3m/s，最小流速應(yīng)為0.15m/s；

2. 最高時流量的停留時間不應(yīng)小于30s；

3. 有效水深不應(yīng)大于1.2m，每格寬度不宜小于0.6m。

曝氣沉砂池的設(shè)計應(yīng)負荷下列要求：

1. 水平流速宜為0.1m/s；

2. 最高時流量的停留時間推薦為6min；

3. 有效水深宜為2～3m，寬度比宜為1～1.5；

4. 處理每m3污水的曝氣量宜為0.1～0.2m3空氣；

5. 進水方向應(yīng)與池中旋流方向一致，出水方向應(yīng)與進水方向垂直，并設(shè)置擋板。

4 螺桿沉砂池在我國的工程實例

截至2020年7月，目前在已經(jīng)正式投入運轉(zhuǎn)的螺桿式沉砂池項目有12個，正在安裝并即將投入運轉(zhuǎn)的項目有7個，總共已經(jīng)安裝54套螺桿式沉砂裝置。

4.2 曝氣沉砂池-天津北倉項目

天津北倉項目中的螺桿式沉砂池是新建項目，設(shè)計流量65000m3/d，構(gòu)筑物是雙腔型曝氣沉砂池。曝氣沉砂池1座2格，單格池子長24m，寬3m，深2m，停留時間6min。

沉砂池直接位于內(nèi)進流細格篩的出水渠之后，配置氣提水泵和油脂分離裝置，凈容積為220 m3。

在此沉砂池內(nèi)，以砂石為主的礦化顆粒物質(zhì)被沉淀截留。通過對液體進行吹氣處理，縱向流動的污水會在沉砂池形成螺旋狀的水流。細砂沉淀至池底，而比重較輕的有機物質(zhì)跟隨污水流入后續(xù)安裝的初沉池。通過鋪設(shè)池底的水平排砂螺桿，可將沉淀下的砂石物質(zhì)推入沉砂池進水端的砂坑之內(nèi)。然后采用氣提水泵將砂水混合液泵送后續(xù)安裝的洗砂裝置，沉砂物質(zhì)在洗滌脫水處理之后排入垃圾集裝箱內(nèi)。

在曝氣沉砂池內(nèi)通過連續(xù)曝氣處理來進行油脂和水相分離。與沉砂池平行排列的水池是油脂分離腔室，氣浮產(chǎn)生的油脂物質(zhì)，從沉砂池的曝氣湍流區(qū)域環(huán)流排擠進入非曝氣油脂收集區(qū)域，被氣浮處理之后的油脂會漂浮在液體表面，可在浮渣刮板的作用下推入油脂收集井排出裝置。

5 總 結(jié)

在污水處理廠的前段區(qū)域內(nèi)，除了必須安裝格柵機械將粗大垃圾物質(zhì)取出之外，為了降低礦砂物質(zhì)對曝氣設(shè)備、管道、后續(xù)安裝的水泵、脫水設(shè)備等機械部件產(chǎn)生磨損，防止細砂沉積對生化曝氣和消化池的運轉(zhuǎn)造成故障，必須將沉砂物質(zhì)分離取出。

為了市政污水處理廠內(nèi)整體技術(shù)處理工藝的穩(wěn)定性和無故障運轉(zhuǎn)，必須生化處理之前進行沉砂和排砂處理。

特別是在以下情況下，可以采用螺桿式沉砂池技術(shù)：

在氣候惡劣的地方，例如在夏季易高溫太陽爆曬地區(qū)或者中國東北易寒冷下雪冰凍地區(qū)，許多驅(qū)動部件和電機及儀表電氣件無法穩(wěn)定正常運轉(zhuǎn)。

市政污水處理廠位于人口密集的城市區(qū)域內(nèi)或者地下市政污水處理廠內(nèi)。

與傳統(tǒng)沉砂池相比較，螺桿式沉砂裝置的主要優(yōu)點：

節(jié)省地方，池頂可以加蓋除臭處理，沒有臭味外逸；

不受環(huán)境因素，例如冰凍和太陽曝曬等影響；

電機和密封部件的安裝位置在池外室內(nèi)，容易保養(yǎng)，使用壽命長；

驅(qū)動部件數(shù)量少，投資費用低；

電機轉(zhuǎn)間隙運轉(zhuǎn)，并且轉(zhuǎn)速低，運轉(zhuǎn)費用低；

所有和污水相接觸的部件都由不銹鋼制成，絕對防腐蝕；

與傳統(tǒng)刮砂橋的間隙排砂方式不同，螺桿排砂裝置是連續(xù)清理排砂，出料含砂量和流量恒定，可以使得后續(xù)安裝的排砂泵和洗砂裝置的處理效率明顯提高；

出料液體內(nèi)砂含量高。

螺桿式沉砂池技術(shù)的出現(xiàn)，為目前沉砂池實現(xiàn)全封閉除臭和地下型或下沉式污水處理廠的建設(shè)提供了良好的技術(shù)前提條件。

原標題:德國的螺桿式沉砂池在中國的應(yīng)用如何？