SS中的无机成分，特别是硬度较大的无机砂粒，只能通过沉砂池来去除。

如果不设置沉砂池或运行不良 ，会对后续污水处理工艺产生诸多隐患。

• 导致污水处理厂设备磨损：初沉池污泥刮板的磨损、污泥泵叶轮磨损、曝气池曝气孔堵塞、影响脱水设备运行；

• 降低反映构筑物效率：堵塞管道降低管道运输能力、降低生化反应池的有效容积；

• 增加工艺处理负荷：增加后续沉淀池污泥负荷；

• 影响在线监测设备的准确运行等。

（图源/网络：曝气沉砂池实拍图）

曝气沉砂池是污水处理厂常用的沉砂池之一。

相比于其他类沉砂池， 曝气沉砂池沉砂中有机物含量低；具有预曝气、脱臭、除泡作用以及加速污水中油类和浮渣分类等作用；对小粒径颗粒具有更高的去除率。

Part 1

曝气沉砂池的构造与原理

曝气沉砂系统一般位于细格栅之后，生物池之前。

主要目的是去除比重为2.65，粒径大于0.2mm以上的可快速沉淀的大颗粒物。

从池型上看，曝气沉砂池属于平流式沉砂池，其平面图是一种长方形的渠道， 每座曝气沉砂池一般分为两个系列，两个系列共用一个吸砂桥。单系列分为三个廊道 。

（曝气沉砂池工艺原理）

曝气沉砂区

该廊道的主要作用是曝气、沉砂，该廊道沿渠壁一侧的整个长度方向，在距池底 20~80cm处设置一系列曝气装置，并在其下部设置一定坡度的集砂斗， 砂水一方面在曝气的作用下，较重的砂粒沉积在底部，另一方面，此廊道内的吸砂泵随着行车式泵吸砂机的运动，将池底的砂水抽送至砂水分离器。

除油刮渣区

行车式泵吸砂机在该区域装有除油刮渣板，刮渣板随着行车的运动， 将该廊道内的浮渣刮至曝气沉砂池的出水末端。

出砂区

出砂区也称为出砂槽， 经吸砂泵提取上来的砂水经过出砂槽输送至砂水分离器 ，在工程设计时，对于处理规模较小的小型污水处理厂，一般两个系列共用一个出砂槽。

（图源/网络：砂水分离器实拍图）

值得一提的是，曝气沉砂池常与砂水分离器配套使用 ，二者相互结合构成了一个完整的砂水分离系统。

砂水分离器一般由无轴 螺旋、衬套、U 型槽、锥形水箱、导流板、出水堰以及驱动装置等组成。它的主要作用是将曝气沉砂池吸砂泵提取上来的砂水进行砂水分离，实现真正的“除砂”。

 

Part 2

曝气沉砂池的设计与计算

曝气沉砂池的主要有4个相关设计参数 。分别为允许表面水力负荷q^A、水力停留时间HRT、供气量Q_a、旋流速度。

1、允许表面水力负荷

q^A=Q/A

式中，

A——沉砂池表面积（m²）；

Q——进水水量（m³/h）；

q^A——允许表面水力负荷（m³/(m²·h)）

需要说明的是，在实际情况中存在有水流的紊动 , 所以 实际采用的允许表面水力负荷qA 低于理想情况下的沉速。

2、水力停留时间

水力停留时间在最大流量时一般为应大于1~3min，如果设置除渣池时，水力停留时间应大于5min。查询国外资料发现，在最大流量时应大于10min , 除砂要求较高时应大于20min 。

但在实际运行条件下，HRT应根据进水颗粒物的特性进行调控。 相关研究发现， 除砂效率随着水力停留时间的延长而提高并趋于稳定。

如果进入污水厂的水经过泵提，细格栅，来到曝气沉砂池的砂子粒径小，无法有效沉降，导致曝气沉淀池效果下降。可以通过加长停留时间，提升效果。

3、供气量

曝气沉砂池与其它沉砂池相比优点之一就是污水中的有机物和无机物可以得到较好的分离 。

一般供气量越大，这种分离效果越好； 但是供气量过大,会影响曝气沉砂池的沉砂效果，特别是对细颗粒砂子的截流效果。

我国规范规定曝气沉砂池气水流量比一般为0.1～0.2。

德国专家通过对30座曝气沉砂池的调查，发现供气量普遍超过实际需要量，尽管这些曝气沉砂池大小尺寸均满足要求，但供气量过大并没有得到良好的沉砂效果, 后续处理构筑物中仍然有许多应由沉砂池截留的砂子沉淀。

相反通过减少供气量后 , 曝气沉砂池的工作状况可以得到改善。

Q_a=3.4F^0.5

式中

F——沉砂池横截面积（m²）

Q_a——单位池厂需要的空气流量（m³/（h·m））

利用此公式设计可以保证和改善曝气沉砂池的工作效果 。

4、旋流速度

在曝气沉砂池中由于曝气后使池内的水流(水平流和竖向流叠加)产生螺旋型水流，其旋流速度是由供气量大小控制的，而旋流速度的控制要以除砂的质量和数量为依据。

曝气沉砂池的关键是池内水的旋流速度,，尽管水平流速受水量变化影响很大, 但一般 只要旋流速度保持在0.25～0.30m/s的范围内，就可获得较好的除砂效果 ，水平流速一般控制在 0.06～0.12m/s范围内。

5、曝气沉砂池设计要点

（1）曝气沉砂池的横截面面积一般为1～15m² ，其宽度和设计流量时的水深比一般为0.8～0.9；

池总宽度（m）：B=A/h₂；

水断流面面积（m²）：A=Q_max/v₁

式中

h₂——为设计有效水深，一般设为2~3m；

A——水断流面面积。

v₁——最大设计流量时的水平流速，一般为0.06m/s~0.12m/s；

Q_max——最大设计流量。

（2）曝气沉砂池长度不宜小于池宽的10倍，最大一般不宜大于60m；

（3）如果设有除渣池，除渣池长度必须小于曝气沉砂池的长度，以保证沉砂池的最佳除砂效果, 两池之间的挡水墙底至少为除渣池深度的30%（在最小流量时也应淹没于水中），除渣池宽度一般为全池宽度的1/3 ；

（4）曝气器距曝气沉砂池集砂槽上沿的距离一般为30cm，曝气器一侧以下的池底倾角一般为 70°，相对侧池底一般为45°，如果设有除渣池时一般为30°～40°；

（5）集砂槽底宽度一般为 30cm，其距曝气器一侧池壁的距离一般为曝气沉砂池宽度的1/3；

（6）曝气沉砂池进口和出口的布置，应防止发生短路，进水方向应和池内水旋流方向一致，出水方向应和进水方向垂直；

（7）曝气器固定安装时宜采用穿孔管（粗气泡曝气器），若采用微气泡曝气器时，由于易堵塞，故应采用易检修、拆卸的安装方式；

（8）供气量应能够进行调解，沿池长从前至后宜按2:1分配，最后2～3m池长不曝气；

（9）曝气沉砂池内应考虑消泡措施。

Part 3

曝气沉砂系统常见故障及对策

1、曝气沉砂池常见故障

在实际运行中，曝气沉砂池常见故障主要有吸砂泵正常运行，但出砂槽不出砂；曝气沉沙区表面泡沫过多；除油刮渣区表面浮渣过多。

（1）出砂槽不出砂

• 吸砂管道堵塞；

• 吸砂泵泵体或吸砂管漏气；

• 污水中含砂量小，无砂可出。

解决措施：对砂管道反复冲洗，若反冲洗不见效果，应拆卸吸砂管道，将管道内的杂物清理出来。

（2）沉砂池泡沫过多

• 污水中带入了较多的表面活性剂成分；

• 曝气量过大。

解决措施：沉砂池泡沫过多可采用消泡剂消泡或者适当减小曝气量。

（3）沉砂池浮渣较多

• 沉砂池进水液位过低；

• 除油刮渣装置故障；

• 曝气量过大。

解决措施：沉砂池浮渣较多可采取减小曝气量或调整除油刮渣版的高度等方法。

2、吸沙泵常见故障

吸砂泵是曝气沉砂系统中非常重要的机器设备，吸砂泵常见运行故障主要有出砂管显示压力不足、轴承过热、工作时震动过大、吸砂泵的定时启动失效。

（1）出砂管压力不足

• 叶轮或泵体受损；

• 叶轮被卡住。

解决措施：当出砂管显示压力不足时，应检查并更换受损零件、清理叶轮杂物。

（2）轴承过热

• 油位过低或过高；

• 轴承损坏。

解决措施：检查油位、调整油量，或者更换轴承。

（3）震动过大

• 主轴弯曲；

• 叶轮不平衡。

解决措施：更换主轴、平衡叶轮。

3、砂水分离器常见故障

砂水分离器常见故障主要包括螺旋输送器不出砂或小粒径的砂无法排出、锥形水箱无法放空、电机过载。  

（1）螺旋输送器不出砂或小粒径的砂无法排出

• U型槽与无轴螺旋之间有间隙，不贴合；

• 无轴螺旋的安装角度超出了允许的范围；

• 砂水分离器中砂水混合物的含砂量较小。

解决措施：调整U型槽与无轴螺旋的同轴度，加厚U型槽内壁垫片；调整U型槽安装角度。

（2）锥形水箱无法放空

• 细小砂粒在U型槽底部累积，堵塞放空口

• 放空口生锈。

解决措施：可采用铁丝进行疏通。

（3）电机过载

• 电机风叶损坏；

• 环境温度过高；

• 主电压超出技术参数5%。

解决措施：修理更换电机风叶；采取降温措施；保证电压值位于电机技术参数范围。

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市政污水处理厂曝气沉砂池配套系统图

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知识点：曝气沉砂池