2.4　城市污水的一級處理

2.4.1　格柵

格柵是由一組或多組平行的金屬柵條與框架組成，安裝在進水渠道或進水泵站集水井進口處，用以攔截污水中較粗大的懸浮物或漂浮雜質，以減輕后續處理設施的處理負荷，并保證其正常運行。被攔截的物質稱為柵渣，主要是一些木屑、碎皮、纖維、毛發、蔬菜等。

按柵條平面形狀，可分為平面格柵和曲面格柵2種；按柵條間距，可分為粗格柵、中格柵和細格柵3種；按清渣方法可分為人工清渣格柵和機械格柵2類。

平面格柵由柵條和金屬框架組成，柵條可布置在框架的外側，如圖2.2中的A型，適用于機械或人工清渣；柵條也可布置在框架的內側，如圖2.2中B型，一般采用人工清渣，柵條頂部有起吊架，清渣時可將格柵吊起。平面格柵的框架采用型鋼焊接，柵條用A3鋼制作。

平面格柵的基本參數有寬度、長度、柵條間距等，其型號表示方法為PGA－B×LE，其中，PGA為平面格柵A型；B為格柵寬度，mm；L為格柵長度，mm；E為柵條間距，mm。

如，PGA－800×1000－20，表示寬度800mm、長度1000mm、柵條間距20mm的A型平面格柵。

曲面格柵分為固定式曲面格柵和旋轉式鼓筒曲面格柵2種。如圖2.3（a）所示的固定曲面格柵槳板靠渠道內的水流速度推動進行除渣；圖2.3（b）中的旋轉式鼓筒曲面格柵，污水在由鼓筒內流向鼓筒外的過程中，柵渣被截留，并由沖洗水管沖入帶網眼的渣槽而排走。

柵條的凈間距，粗格柵為50～100mm，中格柵為10～40mm，細格柵為3～10mm。新建污水處理廠一般采用泵前、泵后設粗、中2道格柵，甚至粗、中、細3道格柵。

柵條間距取決于所用水泵型號，當采用PWA型水泵時，格柵的柵條間距及所截留的柵渣量可按表2.1選用。

城市污水處理廠處理系統前端的格柵柵條間距一般采用16～25mm，最大不超過40mm。所截留的柵渣量與污水管渠系統類型、污水流量以及柵條間距等因素有關。一般可參考下列經驗數據：當柵條間距為16～25mm時，柵渣截流量為0.10～0.05m3／103m3污水；當柵條間距為49mm左右時，柵渣截流量為0.03～0.01m3／103m3污水。

根據柵渣量的多少，可選擇不同的清渣方式。對于中小型城市污水處理廠或柵渣截流量小于0.2m3／d的大型城市污水處理廠，一般采用人工清渣；大型城市污水處理廠或泵站前的大型格柵柵渣量大于0.2m3／d時，為了減輕工人的勞動強度一般采用機械清渣。

采用人工清渣的格柵是由直鋼條制成，一般與水平面成45°或60°傾角安放，如圖2.4所示。傾角越大，占地越少，但清渣就越費力。為避免頻繁清渣，人工清渣格柵的設計面積應采用較大的安全系數，一般不小于進水管渠有效面積的2倍。

機械格柵的傾斜角度比人工格柵的大，通常采用60°～70°，有時甚至可采用90°。機械格柵的過水斷面積不應小于進水管渠有效面積的1.2倍。我國目前常用的機械格柵有鏈條式機械格柵（又稱履帶式）、移動式伸縮臂機械格柵、圓周回轉式機械格柵和鋼絲繩牽引式機械格柵（又稱抓斗式）等。如圖2.5所示，鏈條式機械格柵的齒耙固定在格柵鏈條上并伸入鏈條縫隙間，設有水下導向滑輪，格柵鏈帶作回轉循環轉動。這種格柵構造簡單，占地面積小，適用于深度不大的中小型格柵，主要清除長纖維和帶狀物等雜質；鋼絲繩牽引式機械格柵齒耙裝置包括驅動和導向部分，用鋼絲繩傳動，齒耙沿著鋼導軌作上下運動。這種格柵又有固定式和移動式2種，固定式適用于中小型格柵，深度范圍較大。移動式適用于寬大格柵。須注意的是，鋼絲繩干濕交替，宜用不銹鋼鋼絲繩。

2.4.2　沉沙池

在城市污水處理廠中，沉沙池一般設置在泵站、倒虹管或初次沉淀池前，其主要作用是去除污水中比重較大的無機砂粒，如泥沙、煤渣等，以減輕這些雜質對后續的泵葉輪、機械、管道的磨損，減輕沉淀池負荷，改善污泥處理條件，保證后續處理構筑物的正常運行。

城市污水處理廠的沉沙池座數或分格數一般不少于2個，且并聯運行。沉沙池有平流式沉沙池、曝氣沉沙池、旋流沉沙池、多爾沉沙池等型式。

1.平流式沉沙池

平流式沉沙池是最常用的一種型式，其構造組成包括入流渠、出流渠、閘板、水流部分、沉沙斗和排沙管等。如圖2.6所示，池的上部，可以認為是一個加寬了的明渠，兩端設有閘板，以控制水流。池底部設有儲沙斗，下接排沙管，通過儲沙斗的閘閥進行排沙。

平流沉沙池的排沙可采用重力排沙和機械排沙兩種方式。

圖2.7為重力排沙方式，沙斗下部加有底閥，排沙管直徑200mm。

機械排沙有泵吸式排沙、鏈板刮沙法、抓斗排沙法等。圖2.8為單口泵吸式排沙機，在行走架上裝有沙泵、真空泵、吸沙管、旋流分離器等。行架沿池長方向行走的過程中排沙，經旋流分離器分離的水又回流到沉沙池。一般大、中型污水處理廠都采用機械排沙法。

2.曝氣沉沙池

曝氣沉沙池為一矩形渠道，在渠道側壁整個長度方向上，距池底約0.6～0.9m處設有曝氣裝置，池底有0.1～0.5的坡度坡向沉沙斗。

曝氣，就是將壓縮空氣通過空氣管道和空氣擴散裝置強制溶入水中。其主要目的是利用上升水流攪動水，使其做漩流運動，以增加水流對顆粒的剪切力和無機沙粒之間的相互碰撞機會，可使附著在無機沙粒上的有機顆粒被淘洗下來。同時，漩流產生的離心力可將密度較大的無機沙粒甩向外圈而下沉，而密度較小的有機顆粒在池中保持懸浮狀態，隨水進入后續處理構筑物。

曝氣沉沙池有預曝氣、除泡脫臭等作用。對后續的沉淀、曝氣等工藝的正常運行提供了有利條件。沉沙中有機物含量低于5%，長期擱置也不會腐化，因此，有利于沉沙的干燥與脫水。

3.旋流沉沙池

旋流沉沙池利用水力旋流原理除沙，多為圓形，應用較多的是鐘式沉沙池（圖2.9）和佩斯塔沉沙池（圖2.10）。

污水從圓形旋流沉沙池的切線方向進入，進水渠道末端設有跌水堰，可以使沉積在渠道底部的沙粒滑入沉沙池。池內安裝的可調速槳板，可使水流保持螺旋形環流。運行過程中，在離心力作用下，比重較大的沙粒由靠近池中心的環形孔口落入沉沙斗，水和較輕的有機物被引向出水渠。

旋流沉沙池占地面積較小，適用于中小型城市污水處理廠。

4.多爾沉沙池

多爾沉沙池多為上方下圓組合形，一般采用穿孔墻進水，固定堰出水方式，如圖2.11所示。

多爾沉沙池是通過減小池內水流速度來沉淀顆粒的，沉淀過程中，利用復耙提升坡道式篩分機分離沉沙中的有機顆粒，分離出來的污泥和有機物再通過回流裝置回流至沉沙池中，這樣可保證分離出的砂粒純凈，砂粒中有機物含量一般僅為10%左右，含水率也比較低。

2.4.3　初沉池

城市污水處理中的沉淀理論與城市給水處理相同，但其沉淀池構造與型式除采用平流式和斜流式外，更常用的是輻流式和豎流式。一般污水一級處理的初沉池多采用平流式或輻流式沉淀池，二級處理中的二沉池一般為輻流式或斜流式；小型城市污水處理廠和工業廢水處理站中的二沉池多采用豎流式。

初沉池主要去除的是生化處理前污水中所含的比重較大的有機可沉固體；而二沉池的作用主要是對曝氣池混合液進行泥水分離，完成BOD、COD的徹底去除。

1.輻流式沉淀池

輻流式沉淀池是一種大型沉淀池，池型多為圓形，小型池有時采用正方形或多角形。池徑可達100m，池中心水深2.5～5.0m，池周水深一般為1.5～3.0m。有中心進水、周邊出水和周邊進水、中心出水兩種型式，如圖2.12所示。

輻流式沉淀池池底坡度一般為0.05，采用機械排泥。當池徑小于20m時，采用中心傳動式刮泥機和吸泥機；池徑大于20m時，采用周邊傳動式刮泥機和吸泥機。為使布水均勻，進水管處設穿孔擋板，出水堰采用鋸齒堰，堰前設擋板以攔截浮渣。

2.豎流式沉淀池

豎流式沉淀池多為圓形，也有方形或多角形的。池徑或邊長通常為4～7m，一般不大于10m。沉淀區呈柱體，污泥斗為截頭倒錐體。如圖2.13所示，污水由中心管進入，自上而下流出經反射板折向上升，澄清水由池四周的鋸齒堰溢入出水槽。若池徑大于7m，為減小出水堰負荷可增加輻射向的出水槽。出水槽前設擋板以隔除浮渣。污泥斗傾角為45°～60°，靜水壓力排泥，排泥管直徑一般為200mm。為保證沉淀池水流自下而上的垂直流動，池子的深、寬（徑）比不大于3，通常取2。