王雪原
(中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究院深圳分院，廣東深圳518003)

　　摘　要：介紹了Pista360°渦流沉砂池的工作流態(tài)、池型改進(jìn)及特點(diǎn)，并著重分析了此種池型的適
用條件和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
　　關(guān)鍵詞：360°渦流沉砂池；流態(tài)；設(shè)計(jì)
　　中圖分類(lèi)號(hào)：X703
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2001)08-0036-03

　　渦流沉砂池因其占地面積小、能耗低、土建費(fèi)用省、管理方便等特點(diǎn)得到了日益廣泛的應(yīng)用。Pista渦流沉砂池是S&L公司于20世紀(jì)60年代開(kāi)發(fā)成功的沉砂池型，其中比較成功的為鐘氏(Jeta)沉砂池，在國(guó)內(nèi)得到廣泛運(yùn)用的主要是Pista的第二代產(chǎn)品和Jeta沉砂池。不過(guò)，近年來(lái)一種新型的360°渦流沉砂池開(kāi)始在國(guó)內(nèi)推廣并逐步得到運(yùn)用。Pista 360°渦流沉砂池是在第二代Pista沉砂池基礎(chǔ)上改進(jìn)開(kāi)發(fā)的新一代沉砂池型，與老一代的池型以及其他“演變體”池型相比，該池型具有更鮮明的特點(diǎn)。

1　工作流態(tài)

　　Pista360°渦流沉砂池由早期產(chǎn)品的自由液面進(jìn)水渠道改進(jìn)成為一條封閉的充滿流傾斜進(jìn)水渠，進(jìn)水渠末端與沉砂池的分選區(qū)池底平接。進(jìn)水直接進(jìn)入沉砂池底部，由于射流的作用，在池內(nèi)形成旋流，同時(shí)在中心軸向槳板的定速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)下于中部形成一個(gè)向上的推動(dòng)力，使水流在垂直面亦形成環(huán)流。在垂面環(huán)流和射流的共同作用下，水流在沉砂池中以螺旋狀前進(jìn)，砂粒在離心力作用下撞向池壁沿水流滑入池底。積于池底的砂粒由于垂面環(huán)流的水平推動(dòng)作用向池中心匯集跌入積砂斗，部分較輕的有機(jī)物則在中部上升水流的作用下重新進(jìn)入水中。水流在分選區(qū)內(nèi)回轉(zhuǎn)一周(360°)后，進(jìn)入與進(jìn)水渠同流向但位于分選區(qū)上部的出水渠道(見(jiàn)圖1)。去除的沉砂跌入砂斗蓋板中心的開(kāi)孔并存于砂斗內(nèi)，為防止砂粒板結(jié)，槳板驅(qū)動(dòng)軸下端的葉片砂粒流化器不停攪動(dòng)，砂粒便定時(shí)由砂泵抽出池外。

2　池型特點(diǎn)

　　Pista360°渦流沉砂池區(qū)別于其他池型的最明顯之處在于沉砂池的進(jìn)水渠道改成了一條具有15°傾角的進(jìn)水涵。沉砂池進(jìn)水以充滿流進(jìn)入，分選區(qū)的入口處渠底與池底平齊，渠頂板則與出水渠道的底板相平，進(jìn)、出水口之間則以一道弓型的水平隔板分隔以防止短流，進(jìn)水、出水在流程上呈360°流線型分布，沉砂池構(gòu)造見(jiàn)圖2。

　　這一系列的改進(jìn)大大改善了渦流池的水力條件。首先，傾斜的進(jìn)水渠道取代了附壁效應(yīng)坡，能更有效地保證已經(jīng)在渠道中沉底的砂粒直接滑入沉砂池底。充滿流進(jìn)水促進(jìn)了層流效果而可更好地消除紊流以保證分選區(qū)內(nèi)的沉砂效果。由于水平隔板的存在，大大減小了出水對(duì)分選區(qū)下部積砂區(qū)的影響，有效防止已沉下的砂又重新被帶入出水之中。另外，該池型的進(jìn)、出水沿360°流線型布置，使得水流在分選區(qū)內(nèi)部進(jìn)行了360°回轉(zhuǎn)，延長(zhǎng)了旋流流程(比早期池型延長(zhǎng)了90°的流程)，提高了除砂效果，同時(shí)也使得沉砂池整體的布置更加順暢、簡(jiǎn)潔，進(jìn)、出水的水力條件更好。因此，沉砂池可以更緊湊地對(duì)稱(chēng)布置、共用渠壁，節(jié)省了土建投資。其典型布置形式參見(jiàn)圖3。

　　Pista 360°渦流沉砂池幾種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格及相應(yīng)的處理能力見(jiàn)表1。

表1　Pista 360°渦流沉砂池的規(guī)格一覽表 規(guī)格［(1/0.22)L］ 1.00 2.50 4.0 7.0 12.0 20.0 30.0 50.0 70.0 峰值流量(L/s) 43.8 109.6 175.4 306.9 526.1 876.8 1315.2 2192.1 3068.9 峰值流量(m³/d) 3788 9470 15152 26516 45456 75760 113640 189400 265160 分選區(qū)直徑(mm) 1830 2134 2438 3048 3658 4878 5486 6096 7315

　　 一套標(biāo)準(zhǔn)的Pista 360°渦流沉砂池配套設(shè)備包括：頂裝式隱蔽葉輪砂泵、軸流式螺旋槳及其驅(qū)動(dòng)裝置、進(jìn)水導(dǎo)板、出水氣囊止回閥(pinch valve)及真空啟動(dòng)裝置。另外，還可以配套出水砂粒旋流濃縮器及螺旋砂水分離器，水面以下無(wú)需維護(hù)部件。
Pista沉砂池水頭損失小，對(duì)于小粒徑的砂粒有較好的去除效果。根據(jù)S&L公司提供的資料，Pista 360°渦流沉砂池內(nèi)部水頭損失＜68.6 Pa，而在峰值流量下砂粒直徑d≥0.297 mm(50目)時(shí)，去除率≥95%；0.211 mm＜d＜0.297 mm(50～70目)時(shí)，去除率≥85%；0.211 mm≥d≥0.149 mm(70～100目)時(shí)，去除率≥65%。據(jù)美國(guó)WEF出版的“Design of Municipal Wastewater Treatment Plants”中介紹，其對(duì)于0.11 mm(140目)直徑砂粒的去除率可達(dá)73%。

3　適用條件

　　 渦流沉砂池具有布置緊湊、節(jié)省土建費(fèi)用、占地小、對(duì)細(xì)砂去除效率高的特點(diǎn)，對(duì)于用地緊張的污水處理廠特別適用。不過(guò)，也因?yàn)槠涑伢w尺寸小、水力停留時(shí)間較短(峰值為20～30 s，一般≤60 s)，對(duì)于水量變化或者砂量沖擊負(fù)荷過(guò)大的進(jìn)水難以適應(yīng)。根據(jù)對(duì)其他渦流池型(均為采用氣提方式)的設(shè)計(jì)回訪和調(diào)研，都不同程度地存在沉砂進(jìn)入后續(xù)處理構(gòu)筑物的情況。分析原因，主要可能有：①暴雨期水量超過(guò)設(shè)計(jì)流量時(shí)，部分砂粒未能沉淀即被帶入出水。② 由于沉砂量變化較大，沉砂多時(shí)，提升裝置的提升量不能滿足要求，部分已沉淀的砂粒重新進(jìn)入出水。Pista 360°渦流沉砂池雖然在池型設(shè)計(jì)上有較大改善，但其停留時(shí)間短的特點(diǎn)并沒(méi)有改變，在相應(yīng)情況下的實(shí)際運(yùn)行效果還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。因此，具有上述進(jìn)水特點(diǎn)的污水廠采用停留時(shí)間較長(zhǎng)且可通過(guò)曝氣強(qiáng)度調(diào)節(jié)沉砂效果的曝氣沉砂池更為安全。此外，渦流沉砂池因?yàn)闆](méi)有曝氣過(guò)程，與可設(shè)置撇油措施的曝氣沉砂池相比，對(duì)污水中油類(lèi)的去除則不具有任何優(yōu)勢(shì)。不過(guò)，對(duì)設(shè)有厭氧段的污水處理廠，采用渦流沉砂池則完全無(wú)須考慮因曝氣對(duì)污水充氧而可能影響厭氧效果的風(fēng)險(xiǎn)。
　　綜上所述，Pista 360°渦流沉砂池對(duì)于以下情況具有特別的優(yōu)勢(shì)：①完全分流制或僅有少量合流污水進(jìn)入的污水廠。②用地緊張或征地費(fèi)用昂貴的污水廠。③廠內(nèi)未設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)房的污水廠。④需要設(shè)置厭氧池的污水廠。

4　設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　 Pista 360°渦流沉砂池的軸流式槳板與鐘式(Jeta)的槳板有所不同，它采用定速運(yùn)行，可以升高或降低槳板與砂斗蓋板的間距以調(diào)節(jié)有機(jī)物分離效果，但對(duì)于池內(nèi)的水平環(huán)流沒(méi)有調(diào)節(jié)作用。因此，控制沉砂池進(jìn)水流速是影響沉砂池處理效果的關(guān)鍵因素。進(jìn)水流速太大，沉砂可能被帶入出水；進(jìn)水流速太小，砂粒則可能在渠道內(nèi)沉積，均不利于沉砂池的運(yùn)行。理想的設(shè)計(jì)進(jìn)水流速宜選用平均流量(設(shè)計(jì)流量的60%～80%)時(shí)的進(jìn)水流速，介于0.6～0.9 m/s之間。初期最小流速不宜＜0.15 m/s，最大流速宜＞0.6 m/s，使小流量下沉積于渠道 中的砂重新帶入沉砂池(見(jiàn)圖4)。另外，當(dāng)初期水量小時(shí)，應(yīng)于出水渠一定直段后設(shè)置淹沒(méi)堰來(lái)控制沉砂池內(nèi)的最小淹沒(méi)水深，保證池內(nèi)旋流效果。

　　 氣體提升裝置提升揚(yáng)程較小，提升力較弱，因此S&L公司對(duì)于Pista沉砂池推薦采用砂泵提升。但需注意的是，當(dāng)砂泵停止工作時(shí)，由于管路內(nèi)充滿液體且泵吸水管始終淹沒(méi)于水下，需防止虹吸現(xiàn)象的發(fā)生。因此，砂泵出水管的排出口應(yīng)高于沉砂池內(nèi)的最高液位，最好應(yīng)高于沉砂池池頂。
　　由于渦流池的積砂區(qū)容積較小，對(duì)于砂量變化較大的進(jìn)水，選型宜考慮一定的余量，而當(dāng)水量變化較大時(shí)宜考慮運(yùn)行池?cái)?shù)的切換，以保證滿足流速要 求。
　　近年來(lái)，新型的Pista 360°渦流沉砂池已在國(guó)內(nèi)逐步推廣，其中上海白龍港污水處理廠采用的70型已投入運(yùn)行，深圳市羅芳污水處理廠、鹽田污水處理廠選用的50型也將于年內(nèi)投入運(yùn)行。Pista 360°渦流沉砂池具有占地省、能耗低的優(yōu)點(diǎn)，也因其在合理的投資下能有效地去除細(xì)小的砂粒而將得到越來(lái)越普遍的應(yīng)用，是一種具有很強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的沉砂池型。

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　　收稿日期：2001-05-28