Pista 360°涡流沉砂池的特色与设计要点

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涡流沉砂池因其占地面积小、能耗低、土建费用省、管理方便等特点得到了日益广泛的应用。Pista涡流沉砂池是S&L公司于20世纪60年代开发成功的沉砂池型，其中比较成功的为钟氏(Jeta)沉砂池，在国内得到广泛运用的主要是Pista的第二代产品和Jeta沉砂池。不过，近年来一种新型的360°涡流沉砂池开始在国内推广并逐步得到运用。Pista 360°涡流沉砂池是在第二代Pista沉砂池基础上改进开发的新一代沉砂池型，与老一代的池型以及其他“演变体”池型相比，该池型具有更鲜明的特点。

1　工作流态

　　Pista360°涡流沉砂池由早期产品的自由液面进水渠道改进成为一条封闭的充满流倾斜进水渠，进水渠末端与沉砂池的分选区池底平接。进水直接进入沉砂池底部，由于射流的作用，在池内形成旋流，同时在中心轴向桨板的定速旋转驱动下于中部形成一个向上的推动力，使水流在垂直面亦形成环流。在垂面环流和射流的共同作用下，水流在沉砂池中以螺旋状前进，砂粒在离心力作用下撞向池壁沿水流滑入池底。积于池底的砂粒由于垂面环流的水平推动作用向池中心汇集跌入积砂斗，部分较轻的有机物则在中部上升水流的作用下重新进入水中。水流在分选区内回转一周(360°)后，进入与进水渠同流向但位于分选区上部的出水渠道(见图1)。去除的沉砂跌入砂斗盖板中心的开孔并存于砂斗内，为防止砂粒板结，桨板驱动轴下端的叶片砂粒流化器不停搅动，砂粒便定时由砂泵抽出池外。



2　池型特点

　　Pista360°涡流沉砂池区别于其他池型的最明显之处在于沉砂池的进水渠道改成了一条具有15°倾角的进水涵。沉砂池进水以充满流进入，分选区的入口处渠底与池底平齐，渠顶板则与出水渠道的底板相平，进、出水口之间则以一道弓型的水平隔板分隔以防止短流，进水、出水在流程上呈360°流线型分布，沉砂池构造见图2。



　　这一系列的改进大大改善了涡流池的水力条件。首先，倾斜的进水渠道取代了附壁效应坡，能更有效地保证已经在渠道中沉底的砂粒直接滑入沉砂池底。充满流进水促进了层流效果而可更好地消除紊流以保证分选区内的沉砂效果。由于水平隔板的存在，大大减小了出水对分选区下部积砂区的影响，有效防止已沉下的砂又重新被带入出水之中。另外，该池型的进、出水沿360°流线型布置，使得水流在分选区内部进行了360°回转，延长了旋流流程(比早期池型延长了90°的流程)，提高了除砂效果，同时也使得沉砂池整体的布置更加顺畅、简洁，进、出水的水力条件更好。因此，沉砂池可以更紧凑地对称布置、共用渠壁，节省了土建投资。其典型布置形式参见图3。



　　Pista 360°涡流沉砂池几种标准规格及相应的处理能力见表1。

表1　Pista 360°涡流沉砂池的规格一览表 规格［(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
分选区直径(mm) 1830 2134 2438 3048 3658 4878 5486 6096 7315


　　 一套标准的Pista 360°涡流沉砂池配套设备包括：顶装式隐蔽叶轮砂泵、轴流式螺旋桨及其驱动装置、进水导板、出水气囊止回阀(pinch valve)及真空启动装置。另外，还可以配套出水砂粒旋流浓缩器及螺旋砂水分离器，水面以下无需维护部件。
Pista沉砂池水头损失小，对于小粒径的砂粒有较好的去除效果。根据S&L公司提供的资料，Pista 360°涡流沉砂池内部水头损失＜68.6 Pa，而在峰值流量下砂粒直径d≥0.297 mm(50目)时，去除率≥95%；0.211 mm＜d＜0.297 mm(50～70目)时，去除率≥85%；0.211 mm≥d≥0.149 mm(70～100目)时，去除率≥65%。据美国WEF出版的“Design of Municipal Wastewater Treatment Plants”中介绍，其对于0.11 mm(140目)直径砂粒的去除率可达73%。

3　适用条件

　　 涡流沉砂池具有布置紧凑、节省土建费用、占地小、对细砂去除效率高的特点，对于用地紧张的污水处理厂特别适用。不过，也因为其池体尺寸小、水力停留时间较短(峰值为20～30 s，一般≤60 s)，对于水量变化或者砂量冲击负荷过大的进水难以适应。根据对其他涡流池型(均为采用气提方式)的设计回访和调研，都不同程度地存在沉砂进入后续处理构筑物的情况。分析原因，主要可能有：①暴雨期水量超过设计流量时，部分砂粒未能沉淀即被带入出水。② 由于沉砂量变化较大，沉砂多时，提升装置的提升量不能满足要求，部分已沉淀的砂粒重新进入出水。Pista 360°涡流沉砂池虽然在池型设计上有较大改善，但其停留时间短的特点并没有改变，在相应情况下的实际运行效果还有待进一步验证。因此，具有上述进水特点的污水厂采用停留时间较长且可通过曝气强度调节沉砂效果的曝气沉砂池更为安全。此外，涡流沉砂池因为没有曝气过程，与可设置撇油措施的曝气沉砂池相比，对污水中油类的去除则不具有任何优势。不过，对设有厌氧段的污水处理厂，采用涡流沉砂池则完全无须考虑因曝气对污水充氧而可能影响厌氧效果的风险。
　　综上所述，Pista 360°涡流沉砂池对于以下情况具有特别的优势：①完全分流制或仅有少量合流污水进入的污水厂。②用地紧张或征地费用昂贵的污水厂。③厂内未设置鼓风机房的污水厂。④需要设置厌氧池的污水厂。

4　设计要点

　　 Pista 360°涡流沉砂池的轴流式桨板与钟式(Jeta)的桨板有所不同，它采用定速运行，可以升高或降低桨板与砂斗盖板的间距以调节有机物分离效果，但对于池内的水平环流没有调节作用。因此，控制沉砂池进水流速是影响沉砂池处理效果的关键因素。进水流速太大，沉砂可能被带入出水；进水流速太小，砂粒则可能在渠道内沉积，均不利于沉砂池的运行。理想的设计进水流速宜选用平均流量(设计流量的60%～80%)时的进水流速，介于0.6～0.9 m/s之间。初期最小流速不宜＜0.15 m/s，最大流速宜＞0.6 m/s，使小流量下沉积于渠道 中的砂重新带入沉砂池(见图4)。另外，当初期水量小时，应于出水渠一定直段后设置淹没堰来控制沉砂池内的最小淹没水深，保证池内旋流效果。



　　 气体提升装置提升扬程较小，提升力较弱，因此S&L公司对于Pista沉砂池推荐采用砂泵提升。但需注意的是，当砂泵停止工作时，由于管路内充满液体且泵吸水管始终淹没于水下，需防止虹吸现象的发生。因此，砂泵出水管的排出口应高于沉砂池内的最高液位，最好应高于沉砂池池顶。
　　由于涡流池的积砂区容积较小，对于砂量变化较大的进水，选型宜考虑一定的余量，而当水量变化较大时宜考虑运行池数的切换，以保证满足流速要 求。
　　近年来，新型的Pista 360°涡流沉砂池已在国内逐步推广，其中上海白龙港污水处理厂采用的70型已投入运行，深圳市罗芳污水处理厂、盐田污水处理厂选用的50型也将于年内投入运行。Pista 360°涡流沉砂池具有占地省、能耗低的优点，也因其在合理的投资下能有效地去除细小的砂粒而将得到越来越普遍的应用，是一种具有很强竞争力的沉砂池型。

参考文献：

　　 ［1］邵林广.圆形涡流式沉砂池除砂效率的探讨［J］.给水排水，1998，24(12)：38-40.
　　［2］谭小铤.两种圆形沉砂池的讨论［J］.给水排水，1998，23(9)：23-26.
　　［3］王洪臣.城市污水处理厂运行控制与维护管理［M］.北京：科学出版社，1999.
　　［4］吕乃熙.曝气沉砂池的适用条件［J］.给水排水，1993，19(3)：15-19.

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