沉砂間概述

我國DL/T 5107-1999《水電水利工程沉沙池設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范》）給出的沉砂間的定義為：沉砂間是用以沉淀挾沙水流中顆粒大于設(shè)計(jì)沉降粒徑的懸移質(zhì)泥沙、降低水流中含沙量的建筑物，按用途可分為水電站沉砂間和水利灌溉沉砂間。

《灌溉設(shè)計(jì)手冊(cè)》中對(duì)沉砂間的定義為：沉淀水中大于規(guī)定粒徑的有害泥沙，使水的含沙量符合水質(zhì)要求并與下游渠道挾沙能力相適應(yīng)的建筑物。

工業(yè)用沉砂間定義為：是城市污水處理廠必不可少的預(yù)處理設(shè)施，通常設(shè)置在細(xì)格柵后以去除進(jìn)入水中的沙粒，保證后續(xù)處理構(gòu)筑物及設(shè)備的正常運(yùn)行。目前，國內(nèi)外普遍采用的沉砂間有平流式沉砂間、曝氣沉砂間、旋流式沉砂間、多爾沉砂間等。

綜上所述，沉砂間的基本定義為：沉砂間主要是利用重力作用將泥沙與水分離的一種工程措施。水流進(jìn)入沉砂間后，由于過水?dāng)嗝嫱蝗粩U(kuò)大，流速顯著降低，水流挾沙力大大減小，從而改變了原有的水流泥沙運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，形成水深大、流速小、挾沙力小、進(jìn)口含沙量相對(duì)較大、挾沙水流一般處于超飽和運(yùn)行狀態(tài)的特點(diǎn)，從而將泥沙顆粒沉降在沉砂間的底部。底部。

《規(guī)范》規(guī)定了沉砂間位置及類型選擇的基本原則，具體如下：

（1）沉砂間的位置宜鄰近首部取水樞紐進(jìn)水口，當(dāng)受地形條件限制或沖沙水頭不能滿足要求時(shí)，可沿引水道下移至適當(dāng)?shù)奈恢?，亦可布置為地下式。布置沉砂間應(yīng)合理利用地形、地質(zhì)條件，避開不良地段，否則，應(yīng)采取相應(yīng)工程措施。

（2）水力沖洗式沉砂間應(yīng)具有足夠的沖沙水頭及流量。若地形開闊，水電站和水利工程中的沉砂間宜選用定期沖洗式沉砂間；若地形狹窄，水電站沉砂間宜選用連續(xù)沖洗式沉砂間。

（3）山區(qū)、丘陵區(qū)且有足夠沖洗水頭的水利工程沉砂間，在對(duì)環(huán)境無不利影響條件下，宜選用多室定期沖洗式沉砂間；平原地勢(shì)低洼地區(qū)的水利工程沉砂間，宜選用條渠沉砂間。

（4）當(dāng)沖沙水頭不足時(shí)，可采用機(jī)械清淤式沉砂間。采用機(jī)械清淤的沉砂間應(yīng)有足夠的堆沙場地，且不致對(duì)該地區(qū)環(huán)境和工程造成不利影響。

沉砂間按其池廂的平面形狀可分為廂式沉砂間、曲線形沉砂間及條渠沉砂間等幾種形式。

沉砂間廂式沉砂間

廂式（又稱直線形）沉砂間。它是一種規(guī)則整齊的廂槽沉沙設(shè)施，按沉沙室的多少可分為單室、雙室、多室及有側(cè)渠等四種。

單室沉砂間是最簡單的一種，在池的末端設(shè)沖沙底孔，用以沖洗沉淀在池中的泥沙。單室沉砂間沖沙時(shí)，必須停止供水，以免沖沙時(shí)將大量泥沙帶入渠道。

圖1（b）是帶有側(cè)渠的沉砂間，沖沙時(shí)可由側(cè)渠供水，但這時(shí)供水的含沙量是比較大的。為了減少入渠泥沙量，盡量選在需水量小的時(shí)候進(jìn)行沖洗。

當(dāng)引水流量大于15～20 m3/s時(shí)，單室沉砂間的尺寸較大，其沖洗時(shí)間較長，效果不好，這時(shí)可采用雙室或多室沉砂間。

雙室沉砂間的設(shè)計(jì)一般有兩種情況：一是沉砂間中每個(gè)沉淀室都能通過總干渠的全部流量，可以輪流沖洗，連續(xù)供水；二是沉砂間的每個(gè)沉淀室只通過總干渠流量的一半。當(dāng)一個(gè)沉淀室沖洗時(shí)，另一個(gè)沉淀室則通過超額流量。多室沉砂間的每個(gè)沉淀室通過的流量可以平均分配。一室沖洗時(shí)，其余各室共同通過全部流量。多室沉砂間不但可以連續(xù)供水，而且沖沙流量也小。

沉砂間曲線形沉砂間

這種沉砂間是利用彎道環(huán)流的原理，將沉砂間做成具有90°內(nèi)角的彎曲渠道。使干渠中含泥沙的水流經(jīng)過沉砂間時(shí)，將泥沙淤積在彎道的凸岸，并由沖沙廊道沖走。它不僅結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，造價(jià)低廉，且沉沙效率高，可達(dá)90%以上。

沉砂間條渠沉砂間

利用天然洼地作為沉沙區(qū)，在沉沙區(qū)內(nèi)用圍堤或格堤分成若干個(gè)條渠，使粗沙沉積。每一條渠淤滿后，即可用來耕種，不必清淤。這種形式的沉砂間不僅簡單、經(jīng)濟(jì)，而且可以與放淤改土、改良沙荒、鹽堿以及淤背固堤結(jié)合起來，使河流的水沙資源得到綜合利用，在黃河下游的引水工程中應(yīng)用較多。

沉砂間按清淤方式，可分為水力沖洗式沉砂間、機(jī)械清淤沉砂間和不沖洗沉砂間等類型，其中水力沖洗由于沖洗方式不同，又可分為定期沖洗式沉砂間和連續(xù)沖洗式沉砂間兩種，下面簡要介紹這幾種型式。

沉砂間定期沖洗式沉砂間

這種沉砂間特點(diǎn)是沉沙與沖沙不同時(shí)進(jìn)行。在定期沖洗沉砂間中，由于泥沙淤積，沉砂間的過水?dāng)嗝嬷饾u減小，流速增大，當(dāng)有害泥沙不能沉淀而開始進(jìn)入渠道時(shí)，則需停水沖沙。沖洗次數(shù)與所引河水的流量、含沙量、沉砂間的尺寸有關(guān)。一般每隔半個(gè)月或一個(gè)多月沖洗一次。在汛期，水流含沙量大，流量也大，沖洗次數(shù)可多一些；汛期以后，沖洗次數(shù)可減少；冬季往往不需要沖洗。如果沒有沖洗條件（沒有水頭或沖洗流量）進(jìn)行水力沖洗時(shí)，則可采用機(jī)械清淤。

沉砂間連續(xù)沖洗式沉砂間

當(dāng)要求連續(xù)不斷供水時(shí)，也可采用連續(xù)沖洗式沉砂間。其特點(diǎn)是沉沙、沖沙及供水可同時(shí)進(jìn)行。在沖沙時(shí)，沉砂間中水面不降低，照常供水，所以沖沙的水頭較大。連續(xù)沖洗的沉砂間結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一般用于水流含沙量較多，泥沙粒徑較粗且不允許停止供水的場合。

沉砂間機(jī)械清淤沉砂間

機(jī)械清淤沉砂間適用于河流縱坡和兩岸地面坡度比較平緩且河道與地面的高差比較小的平原地區(qū)。主要利用渠道附近大片洼地或鹽堿地、荒地圍堤沉沙，經(jīng)過沉沙后的清水送至田間或供水處。

沉砂間不沖洗沉砂間

不沖洗沉砂間在我國黃河下游和新疆地區(qū)使用較多。因黃河下游河床高于地面，兩岸有很多洼地可用于沉沙，黃河引水有足夠水頭把含沙水流送至離岸邊較遠(yuǎn)的沉砂間；新疆地區(qū)地勢(shì)比較平坦，在農(nóng)業(yè)灌溉用水中，因沒有足夠的水頭來沖沙，所以也多使用不沖洗沉砂間。

水電站沉砂間的設(shè)置主要是為了減輕水泵和水輪機(jī)的磨損，保證水電站不受泥沙影響正常運(yùn)行。水利灌溉沉砂間大部分應(yīng)用在引水渠首或引水渠道中，以減輕渠道等輸水系統(tǒng)的淤積，沉淀推移質(zhì)泥沙和部分懸移質(zhì)泥沙；另外在引用地表水的噴微灌工程中，一般在輸水系統(tǒng)和灌溉系統(tǒng)之問再設(shè)一沉砂間，即噴微灌沉砂間，對(duì)輸水系統(tǒng)所含的超過噴微灌系統(tǒng)指標(biāo)的以懸移質(zhì)為主的泥沙進(jìn)行處理，從而減少進(jìn)入噴微灌系統(tǒng)的泥沙含量，防止噴微灌系統(tǒng)的堵塞，減輕后續(xù)泥沙處理設(shè)備（如過濾器等）的負(fù)擔(dān)。工業(yè)用沉砂間主要應(yīng)用在城市供排水和工業(yè)供排水中。隨著國家建設(shè)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，沉砂間已逐漸在河道整治、預(yù)培固堤、水沙資源調(diào)度、淤灘造地和水環(huán)境整治等方面得到應(yīng)用和發(fā)展。

(1)工藝原理：污水進(jìn)入后，沿水平方向流至末端后經(jīng)堰板流出沉砂槽；

(2)工藝參數(shù)：水平流速和停留時(shí)間；具體的控制過程是，通過控制污水在池內(nèi)的水平流速來核算停留時(shí)間。

(3)水平流速：決定沉砂池能去除的砂粒的粒徑大小，一般控制在0.15～0.30m/s。越小的砂粒需越低的水平流速去除。但是，水平流速不能太低，否則本應(yīng)在沉淀槽去除的一些有機(jī)污泥也將在沉砂槽沉淀下來，使沉砂槽的排出物極易腐敗，難以處置。具體控制多少，取決于沉砂砂粒的粒徑大小，運(yùn)行人員應(yīng)在實(shí)踐中摸索出既能有效除砂又不致使有機(jī)物大量下沉的最佳流速范圍。

平流沉砂槽的設(shè)計(jì)參數(shù)為去除相對(duì)密度為2.65，粒徑大于0.2 mm的砂粒確定的。主要參數(shù)的確定：

①設(shè)計(jì)流量的確定：當(dāng)污水自流入池時(shí)，應(yīng)按最大設(shè)計(jì)流量計(jì)算；當(dāng)污水用水泵抽升入池時(shí)，按工作水泵的最大組合流量計(jì)算；合流制處理系統(tǒng)，按降雨時(shí)的設(shè)計(jì)流量計(jì)算；

②設(shè)計(jì)流量時(shí)的水平流速：最大流速為0.3 m/s，最小流速為0.15m/s。這樣的流速范圍，可基本保證無機(jī)顆粒能沉掉，而有機(jī)物不能下沉；

③最大設(shè)汁流量時(shí)，污水在池內(nèi)的停留時(shí)間不少于30s，一般為30～60s；

④設(shè)計(jì)有效水深不應(yīng)大于1.2m，一般采用0.25～1.0 m，每格池寬不宜小于0.6 m；

⑤沉砂量的確定：生活污水按每人每天0.01～0.02L計(jì)，城市污水按每10萬m3污水的砂量為3 m³，沉砂含水率約為60%，容重1.5 t/m³，貯砂斗的容積按2天的沉砂量計(jì)，斗壁傾角55°～60°；

⑥沉砂槽超高不宜小于0.3m。

沉砂槽是用于除去漿料中所含的一部分較小的砂粒，節(jié)子等雜質(zhì)的一種最簡易的設(shè)備。它是一個(gè)敞開的流漿槽，一般用木板或水泥制成。為了保證漿的流動(dòng)，以及便于清洗排出廢渣，槽底向漿流方向略帶傾斜，傾斜度為0.6%～2.0%的坡度。為了有利于捕集沉淀的泥砂，并使沉淀物不再被卷起，槽底放有高70～180毫米的隔板，隔板的傾斜度為60～65℃，隔板間距250～400毫米，槽體高度300～400毫米。槽內(nèi)漿流高度為0.1～0.18米，紙料流速9～12米/分。

沉砂槽設(shè)備簡單，不需動(dòng)力，但由于占地面積大，凈化效率低，需經(jīng)常清洗，不能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，屬落后淘汰設(shè)備。但對(duì)我國大量生產(chǎn)一般紙張的小型紙機(jī)來說，仍有其實(shí)用價(jià)值。