1 旋流沉砂池运行原理

旋流沉砂池具有占地省、除砂效率高、操作环境好、设备运行可靠等优点。污水经进水口以切线方向流入旋流沉砂池内，驱动机构经减速机带动旋转轴转动，以保持池体内水流0.3-0.4m/s流动。小型池的转速范围为10-15r/min，而中型以上则只有10-12r/min。搅拌桨叶搅拌池体内污水形成环流，池体内的砂粒在离心力的作用下被甩向池壁，进而沉积于池底。

鼓风机向气冲管中输入高压空气，其排出口设在在砂斗中，进而可以冲散贮砂区的砂粒，使得沉积的砂粒松动，同时也可以去除附着在砂粒表面的有机物。随后鼓风机经气提管向空气管输入高压空气，砂斗底部的砂粒流态化，与污水一起经排砂管排至砂水分离器内。

目前的旋流沉砂池可以在气冲、气提、排砂管上设置电磁阀，便于自动控制旋流沉砂池的排砂过程。为了尽量减少堵塞所带来的不利影响，可以在气冲管道、气提管道上设置三通，三通的一端用堵头封死，堵塞时打开，插入软管，可以通过高压空气或高压水流进行冲洗，清洗完毕后拔出软管，重新封死堵头。

2 构筑物尺寸设计

1）最高时流量对应的停留时间t：35s（规范取值不应小于30s）。

2）设计水力表面负荷q：150 m³/（m²·h）（规范取值宜为150-200m³/（m²·h）。

3）有效水深宜为J：1.0-2.0m，池径与池深比宜为2.0-2.5。

4）池中应设置立式浆叶分离机。

5）污水的沉砂量可按每m³污水0.03L计算。

6）砂斗容积不应大于2d的沉砂量，采用重力排砂时，砂斗斗壁与水平面的倾角不应小于55°。沉砂池除砂宜采用机械方法，并经砂水分离后储存或外运，采用人工排砂时，排砂管直径不应小于200mm。排砂管应考虑防堵塞措施。

7）沉砂池直径A：

8）沉砂池有效水深h：

9）沉砂量V_砂：

式中：V：沉沙量，m³；Q_max：最高日污水流量，m³/s；X：城市污水沉沙量，一般取值30m³/10⁶m³；T：清除沉砂的间隔时间，d；K_z：生活污水流量总变化系数。

10）贮砂区上口直径B取值1.5m，沉砂区与贮砂区过渡段坡降G取值0.6m。

11）沉砂区实际总容积V_实为（考虑过渡段容积）：

12）沉砂区的实际停留时间t_实：

13）贮砂区总高度F取值1.25m，贮砂区下口直径E取值0.4m（一般取值0.4-0.6m），则锥形斗高度0.55m，贮砂区圆柱体高度为0.75m。

14）贮砂容积V_砂：

       15）综述：沉砂区直径A：3.2m；沉沙区水深J：1.4m；过渡段水深G：0.6m；贮砂区上口直径B：1.5m；贮砂区下口直径E：0.4m；贮砂区总高度F：1.30m；贮砂区锥形高度：0.55m；沉砂区水力停留时间43s；贮砂区总贮砂容积1.7m³；考虑0.3m超高，总高度为0.3+1.4+0.6+1.3=3.6m。

3气提原理

利用管内外液体的密度差来提升混合液，即将升液管放在淹没深度为H的水中，从空气管连续向升液管中注入符合要求的压缩空气，由于升液管内外液体的密度差（一般上升的水气溶液相对密度为0.25-0.35左右），升液管内的混合液上升至L，在上升过程中形成抽力，同时在管外液体压力共同作用下，混合液不断流入出口。

    以A点为例，建立液体压力平衡方程：

从上述公式可以看出，在H一定的情况下，混合液密度ρ越小，提升高度越大，此时需要消耗的气量越大。当然淹没深度越大，提升高度亦越大。

4 气提计算

一般空气用量为最大提升泥沙混合液流量的3-5倍，升液管的最小直径为压缩空气管的3倍以上，一般情况空气管管径最小25mm，升液管管径最小75mm。

空气量计算：

式中：Q_L：空气用量，m³/h；Q_S：砂水混合液流量，m³/h；L-H：提升高度，m；H：淹没深度，m；K：安全系数，一般取值1.2-1.3。

风压计算：

P≥H+2

单池每天的沉砂量为0.6m³/d，沉砂含水率按3%计，则每天的砂水混合液为20m³/d。假设H=3m，L-H=1.2m，(L-H)/H=0.4，所需风压P=3+2=5m（1kg/cm²=0.1MPa=10m），气提系统一天工作48次，每次工作3min，砂水混合液流量Q_s=8.3m³/h，所需空气量：

    由于2格合用一套风机系统，一套砂水分离器系统，则风机系统的总供气量为48m³/h，约0.8m³/min，所需风压50KPa；砂水分离器的设计流量为16.6m³/h，约4.6L/s。

气提的一个不可避免的问题是提砂高度问题，由于气提依靠的是气水混合液与水密度差，其提砂高度较低，给工程中管道布置带来问题，推荐的提砂高度：淹没水深≦40:60。考虑到实际运行中的水位波动，按最不利情况考虑，设计会受到很大限制。另外实际污水厂中搅拌轴一般是24h连续运转的，但排砂系统则是间隔运转的。

5 气提装置

气体装置主要由空气提升装置及压缩空气源组成，压缩空气源可由空压机或鼓风机提供。鼓风机的压力比较小（通常不会超过1kg/cm²）而流量大，空压机的压力可以大（一般都在7kg/cm²左右）但流量小。以某气提设计为例介绍各管道的设计参数：

气冲管：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。

气提管：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。

排砂管：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。

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。

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某污水处理厂细格栅及旋流沉砂池初步设计图纸

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知识点：旋流沉砂池设计