2.4 城市污水的一级处理
2.4.1 格栅
格栅是由一组或多组平行的金属栅条与框架组成，安装在进水渠道或进水泵站集水井进口处，用以拦截污水中较粗大的悬浮物或漂浮杂质，以减轻后续处理设施的处理负荷，并保证其正常运行。被拦截的物质称为栅渣，主要是一些木屑、碎皮、纤维、毛发、蔬菜等。
按栅条平面形状，可分为平面格栅和曲面格栅2种；按栅条间距，可分为粗格栅、中格栅和细格栅3种；按清渣方法可分为人工清渣格栅和机械格栅2类。
平面格栅由栅条和金属框架组成，栅条可布置在框架的外侧，如图2.2中的A型，适用于机械或人工清渣；栅条也可布置在框架的内侧，如图2.2中B型，一般采用人工清渣，栅条顶部有起吊架，清渣时可将格栅吊起。平面格栅的框架采用型钢焊接，栅条用A3钢制作。
平面格栅的基本参数有宽度、长度、栅条间距等，其型号表示方法为PGA－B×LE，其中，PGA为平面格栅A型；B为格栅宽度，mm；L为格栅长度，mm；E为栅条间距，mm。
如，PGA－800×1000－20，表示宽度800mm、长度1000mm、栅条间距20mm的A型平面格栅。
曲面格栅分为固定式曲面格栅和旋转式鼓筒曲面格栅2种。如图2.3（a）所示的固定曲面格栅桨板靠渠道内的水流速度推动进行除渣；图2.3（b）中的旋转式鼓筒曲面格栅，污水在由鼓筒内流向鼓筒外的过程中，栅渣被截留，并由冲洗水管冲入带网眼的渣槽而排走。
栅条的净间距，粗格栅为50～100mm，中格栅为10～40mm，细格栅为3～10mm。新建污水处理厂一般采用泵前、泵后设粗、中2道格栅，甚至粗、中、细3道格栅。
栅条间距取决于所用水泵型号，当采用PWA型水泵时，格栅的栅条间距及所截留的栅渣量可按表2.1选用。
图2.2 平面格栅
图2.3 曲面格栅
（a）固定曲面格栅；（b）旋转鼓筒式格栅
表2.1 污水泵前格栅的栅条间距
城市污水处理厂处理系统前端的格栅栅条间距一般采用16～25mm，最大不超过40mm。所截留的栅渣量与污水管渠系统类型、污水流量以及栅条间距等因素有关。一般可参考下列经验数据：当栅条间距为16～25mm时，栅渣截流量为0.10～0.05m3／103m3污水；当栅条间距为49mm左右时，栅渣截流量为0.03～0.01m3／103m3污水。
根据栅渣量的多少，可选择不同的清渣方式。对于中小型城市污水处理厂或栅渣截流量小于0.2m3／d的大型城市污水处理厂，一般采用人工清渣；大型城市污水处理厂或泵站前的大型格栅栅渣量大于0.2m3／d时，为了减轻工人的劳动强度一般采用机械清渣。
采用人工清渣的格栅是由直钢条制成，一般与水平面成45°或60°倾角安放，如图2.4所示。倾角越大，占地越少，但清渣就越费力。为避免频繁清渣，人工清渣格栅的设计面积应采用较大的安全系数，一般不小于进水管渠有效面积的2倍。
图2.4 人工清渣的格栅
1—格栅；2—操作平台；3—滤水板
图2.5 链条式机械格栅
1—传动装置；2—排污斗；3—机架；4—回转链条；5—拦污板；6—除污耙；7—格栅条
机械格栅的倾斜角度比人工格栅的大，通常采用60°～70°，有时甚至可采用90°。机械格栅的过水断面积不应小于进水管渠有效面积的1.2倍。我国目前常用的机械格栅有链条式机械格栅（又称履带式）、移动式伸缩臂机械格栅、圆周回转式机械格栅和钢丝绳牵引式机械格栅（又称抓斗式）等。如图2.5所示，链条式机械格栅的齿耙固定在格栅链条上并伸入链条缝隙间，设有水下导向滑轮，格栅链带作回转循环转动。这种格栅构造简单，占地面积小，适用于深度不大的中小型格栅，主要清除长纤维和带状物等杂质；钢丝绳牵引式机械格栅齿耙装置包括驱动和导向部分，用钢丝绳传动，齿耙沿着钢导轨作上下运动。这种格栅又有固定式和移动式2种，固定式适用于中小型格栅，深度范围较大。移动式适用于宽大格栅。须注意的是，钢丝绳干湿交替，宜用不锈钢钢丝绳。
2.4.2 沉沙池
在城市污水处理厂中，沉沙池一般设置在泵站、倒虹管或初次沉淀池前，其主要作用是去除污水中比重较大的无机砂粒，如泥沙、煤渣等，以减轻这些杂质对后续的泵叶轮、机械、管道的磨损，减轻沉淀池负荷，改善污泥处理条件，保证后续处理构筑物的正常运行。
城市污水处理厂的沉沙池座数或分格数一般不少于2个，且并联运行。沉沙池有平流式沉沙池、曝气沉沙池、旋流沉沙池、多尔沉沙池等型式。
1.平流式沉沙池
平流式沉沙池是最常用的一种型式，其构造组成包括入流渠、出流渠、闸板、水流部分、沉沙斗和排沙管等。如图2.6所示，池的上部，可以认为是一个加宽了的明渠，两端设有闸板，以控制水流。池底部设有储沙斗，下接排沙管，通过储沙斗的闸阀进行排沙。
图2.6 平流式沉沙池
1—池壁；2—操作平台；3—栏杆；4—排沙阀门；5—闸槽；6—排沙管
平流沉沙池的排沙可采用重力排沙和机械排沙两种方式。
图2.7为重力排沙方式，沙斗下部加有底阀，排沙管直径200mm。
图2.7 重力排沙方式
图2.8 单口泵吸式排沙机
1—钢制储沙罐；2、3—手动或电动碟阀；4—旁通水管，将储沙罐的清水挤回沉沙
机械排沙有泵吸式排沙、链板刮沙法、抓斗排沙法等。图2.8为单口泵吸式排沙机，在行走架上装有沙泵、真空泵、吸沙管、旋流分离器等。行架沿池长方向行走的过程中排沙，经旋流分离器分离的水又回流到沉沙池。一般大、中型污水处理厂都采用机械排沙法。
2.曝气沉沙池
曝气沉沙池为一矩形渠道，在渠道侧壁整个长度方向上，距池底约0.6～0.9m处设有曝气装置，池底有0.1～0.5的坡度坡向沉沙斗。
曝气，就是将压缩空气通过空气管道和空气扩散装置强制溶入水中。其主要目的是利用上升水流搅动水，使其做漩流运动，以增加水流对颗粒的剪切力和无机沙粒之间的相互碰撞机会，可使附着在无机沙粒上的有机颗粒被淘洗下来。同时，漩流产生的离心力可将密度较大的无机沙粒甩向外圈而下沉，而密度较小的有机颗粒在池中保持悬浮状态，随水进入后续处理构筑物。
曝气沉沙池有预曝气、除泡脱臭等作用。对后续的沉淀、曝气等工艺的正常运行提供了有利条件。沉沙中有机物含量低于5%，长期搁置也不会腐化，因此，有利于沉沙的干燥与脱水。
3.旋流沉沙池
旋流沉沙池利用水力旋流原理除沙，多为圆形，应用较多的是钟式沉沙池（图2.9）和佩斯塔沉沙池（图2.10）。
图2.9 钟式沉沙池
1—压缩空气输送管；2—沉沙部分；3—沙斗；4—排沙管；5—电动机；6—流出口；7—传动轴；8—流入口；9—沙提升管
图2.10 佩斯塔沉沙池
1—进水渠；2—进水斜坡；3—盖板；4—集沙区；5—砂粒流化器；6—导流板；7—螺旋桨叶；8—齿轮电动机；9—分选区；10—出水渠；11—沙泵
污水从圆形旋流沉沙池的切线方向进入，进水渠道末端设有跌水堰，可以使沉积在渠道底部的沙粒滑入沉沙池。池内安装的可调速桨板，可使水流保持螺旋形环流。运行过程中，在离心力作用下，比重较大的沙粒由靠近池中心的环形孔口落入沉沙斗，水和较轻的有机物被引向出水渠。
旋流沉沙池占地面积较小，适用于中小型城市污水处理厂。
4.多尔沉沙池
多尔沉沙池多为上方下圆组合形，一般采用穿孔墙进水，固定堰出水方式，如图2.11所示。
多尔沉沙池是通过减小池内水流速度来沉淀颗粒的，沉淀过程中，利用复耙提升坡道式筛分机分离沉沙中的有机颗粒，分离出来的污泥和有机物再通过回流装置回流至沉沙池中，这样可保证分离出的砂粒纯净，砂粒中有机物含量一般仅为10%左右，含水率也比较低。
图2.11 多尔沉沙池
1—整流器；2—排沙斗；3—洗沙器；4—排沙机；5—刮沙机
2.4.3 初沉池
城市污水处理中的沉淀理论与城市给水处理相同，但其沉淀池构造与型式除采用平流式和斜流式外，更常用的是辐流式和竖流式。一般污水一级处理的初沉池多采用平流式或辐流式沉淀池，二级处理中的二沉池一般为辐流式或斜流式；小型城市污水处理厂和工业废水处理站中的二沉池多采用竖流式。
初沉池主要去除的是生化处理前污水中所含的比重较大的有机可沉固体；而二沉池的作用主要是对曝气池混合液进行泥水分离，完成BOD、COD的彻底去除。
1.辐流式沉淀池
辐流式沉淀池是一种大型沉淀池，池型多为圆形，小型池有时采用正方形或多角形。池径可达100m，池中心水深2.5～5.0m，池周水深一般为1.5～3.0m。有中心进水、周边出水和周边进水、中心出水两种型式，如图2.12所示。
辐流式沉淀池池底坡度一般为0.05，采用机械排泥。当池径小于20m时，采用中心传动式刮泥机和吸泥机；池径大于20m时，采用周边传动式刮泥机和吸泥机。为使布水均匀，进水管处设穿孔挡板，出水堰采用锯齿堰，堰前设挡板以拦截浮渣。
图2.12 辐流式沉淀池
1—入流区；2—沉降区；3—缓冲区；4—污泥区；5—出流区
图2.13 竖流式沉淀池
1—入流区；2—沉降区；3—缓冲区；4—污泥区；5—出流区
2.竖流式沉淀池
竖流式沉淀池多为圆形，也有方形或多角形的。池径或边长通常为4～7m，一般不大于10m。沉淀区呈柱体，污泥斗为截头倒锥体。如图2.13所示，污水由中心管进入，自上而下流出经反射板折向上升，澄清水由池四周的锯齿堰溢入出水槽。若池径大于7m，为减小出水堰负荷可增加辐射向的出水槽。出水槽前设挡板以隔除浮渣。污泥斗倾角为45°～60°，静水压力排泥，排泥管直径一般为200mm。为保证沉淀池水流自下而上的垂直流动，池子的深、宽（径）比不大于3，通常取2。