攪拌設備在污水工藝中的節能技術(shù)改進(jìn)探討

摘要：在污水處理工藝中，攪拌機械是輔以完成生化工藝必不可少的裝備，攪拌機的方式和效率直接影響到最終的工藝處理效果及處理成本，本文基于目前在水處理過(guò)程中常用的攪拌方式，介紹幾點(diǎn)關(guān)于傳統潛水攪拌機的節能技改方向以及一種節能高效、立體螺旋式的雙曲面攪拌形式――雙曲面攪拌機，對于新建污水處理工程或原有污水處理廠(chǎng)升級改造科學(xué)貫徹國家節能減排戰略具有重要的濟經(jīng)和社會(huì )意義。

關(guān)鍵字：　攪拌　雙曲面　污水處理    節能

1. 前言

在市政、化工造紙及其它多種水處理工藝中，水體攪拌混合是其中關(guān)鍵工藝過(guò)程之一。傳統的攪拌機械分為立軸折槳式、水平（潛水）推進(jìn)式以及其它混合形式，由于安裝的方式和葉槳形式?jīng)Q定了其攪拌形態(tài)，無(wú)論在能耗上還是在攪拌效果上均不太理想，不僅給污水廠(chǎng)的運營(yíng)成本帶來(lái)不必要的增加，而且會(huì )直接影響到最終的工藝處理效果。據初步統計，在污水處理工藝過(guò)程中攪拌混合的能耗占總能耗的近二成。針對以上問(wèn)題，我們經(jīng)過(guò)多年的流體設備生產(chǎn)研發(fā)，借助同行的設計經(jīng)驗，對傳流潛水攪拌推流設備進(jìn)行了節能技術(shù)改造，取得了初步成果。同時(shí)我們會(huì )同國內科研院所研制成功了具有自主知識產(chǎn)權的雙曲面攪拌機 (ZL200620068740.X)。通過(guò)在北京高碑店污水廠(chǎng)、上海吳淞污水廠(chǎng)以及深圳水務(wù)集團等單位歷時(shí)多年的實(shí)際應用，獲得了良好的效果，如在深圳水務(wù)集團旗下常州城北污水廠(chǎng)及常州江邊污水廠(chǎng)的改建工程和新建工程中采用了近100臺套，取得了大面積推廣的成功經(jīng)驗。填補了該類(lèi)產(chǎn)品在國內的空白，并成為替代進(jìn)口的首選產(chǎn)品。在此，我們將在制造和運行過(guò)程中的一些成功經(jīng)驗與同行分享。

2.技術(shù)改進(jìn)路線(xiàn)

2.1潛水攪拌機

傳統潛水攪拌機在污水處理工藝中作為一種成熟的產(chǎn)品，在國內應用廣泛，它主要由潛水電機、葉輪和安裝系統組成（見(jiàn)圖1）。為簡(jiǎn)化整機結構，多采用多級電機配合直聯(lián)結構；葉輪有鑄造、焊接等形式。傳統的潛水攪拌機雖具有結構緊湊、安裝維護較方便等特點(diǎn)，但由于葉輪形式及動(dòng)力配備方案的因素，在能耗及效率方面具有一定的提升空間。針對以上的原因，同時(shí)兼顧產(chǎn)品可靠性，我們做出如下四項節能技術(shù)改進(jìn)：

（一）、高效葉輪－－葉輪作為一個(gè)高速旋轉的部件，鑄件結構精度較差，難以保證葉輪的平衡性，我們將葉輪重新進(jìn)行了水力測試研究，改進(jìn)為全沖壓式焊接結構、后掠式葉輪，在水力效率及平衡性方面得到了有效提升。

（二）節能動(dòng)力－－針對傳統潛水攪拌機的多級電機能效較低、電機體積大、成本高等問(wèn)題，我們提出了常規四級電機配套一體化高效斜齒輪減速機的動(dòng)力方案。改進(jìn)后的節能型潛水攪拌機的主要組成部分有潛水電機、減速機、葉輪及安裝系統組成（圖2）。

同等條件下相比多級電機綜合效率可提高約15%，實(shí)例對比情況可見(jiàn)下表（表1）

 （三）、可靠密封－－潛水攪拌作為常期在液下工作的設備，密封是其可靠工作的最基本保障，對此我們設計兩道獨立機械密封，并在兩道機械密封中間的油室設置傳感器，配合獨有的接線(xiàn)盒設計，確保水下設備的長(cháng)期可靠工作。    

（四）、耐久設計－－針對潛水攪拌通常為24h連續工作的特點(diǎn)，我們選配永久性潤滑軸承，設計達到壽命10萬(wàn)小時(shí)，在正常情況下，基本確保該部件終身免維護。

2.2潛水推流器

傳統潛水推流器主要應用在氧化溝工藝及其它混合場(chǎng)所當中，主要結構為：潛水電機、擺線(xiàn)針輪減速器、香蕉形葉槳及安裝系統。存在的問(wèn)題主要為減速機壽命較短、效率低，葉輪效率差等問(wèn)題。對此，我們做出如下三項主要節能技術(shù)改進(jìn)：

（一）、高效葉槳－－傳統的香蕉形葉槳在國內使用已有超過(guò)20年的使用歷史，其間很少有大的技術(shù)改進(jìn)，在結構強度、水力外形、旋轉平衡性方面都存在很的提升空間。對此我們針對這種大直徑、低轉速的葉槳重新做了水力建模，研制推出了“闊葉型”葉槳，各性能得到了顯著(zhù)提高，詳情可見(jiàn)如下對比情況（表2）�！�

（二）、齒輪減速－－由于傳統機型使用的擺線(xiàn)針輪減速器其固有結構原因及國內裝配質(zhì)量原因，存在壽命較短、發(fā)熱高，效率差等問(wèn)題。我們選用了高效的斜齒輪減速機，并解決了該型減速機的潛水密封、水下潤滑及一體化裝配等技術(shù)難題，使整機的綜合性能得到了有效提升，可見(jiàn)如下對比情況（表3）。

（三）、雙軌安裝－－由于采用斜齒輪減速機、“闊葉型”葉槳，推力及效率大幅提高，雙導軌系統可提供更加有效、穩定的安裝效果，達到延長(cháng)整機的使用壽命的效果，提高了系統的可維護性。

2.3雙曲面攪拌機

對比推流式攪拌機，我們研發(fā)了立體螺旋式攪拌方式，即雙曲面攪拌機。其體現為在雙曲面葉輪體上表面為雙曲線(xiàn)母線(xiàn)繞葉輪體軸線(xiàn)旋轉形成的雙曲面結構。其獨特的葉輪結構設計，最大限度地將流體特性與機械運動(dòng)相結合。雙曲線(xiàn)的方程為xy=b曲線(xiàn)沿y軸旋轉而構成的曲面體；為了迎合水體流動(dòng)，設計從葉輪的中心進(jìn)水，這一方面減少了進(jìn)水紊流，另一方面保證了液體對葉輪表面的壓力均勻，從而保證整機在運動(dòng)狀態(tài)下的平衡。在漸開(kāi)雙弧面上均布有八條導流葉片，借助液體自重壓力作補充進(jìn)水獲得的勢能與葉輪旋轉時(shí)產(chǎn)生的離心力形成動(dòng)能，液體在重力加速度的作用下經(jīng)雙曲面結構過(guò)渡沿葉輪圓周方向作切線(xiàn)運動(dòng)，在池壁的反射作用下，形成立體螺旋狀的循環(huán)水流[1]，故可獲得在軸向（y）和徑向（x）方向的交叉水流(如圖3、4)。正是由于雙曲面攪拌機葉輪的結構特性和適當的安裝位置等特點(diǎn)，決定了它對懸浮物的防沉降均勻混合作用，在工作中可獲得理想的攪拌效果，能有效地消除攪拌死角。同時(shí)，由于其大比表面積葉輪可獲得大面積的水體交換。

其葉輪結構由導流體、攪拌部件及傳動(dòng)部分等組成(如圖2)。

雙曲面攪拌機整機由動(dòng)力部分、軸動(dòng)軸、底座、雙曲面葉輪體及安裝附件組成，為了滿(mǎn)足用戶(hù)不同工況條件下的使用，將安裝設計為干式(也稱(chēng)立軸式)和潛水式兩種(如圖5、6) 。

干式安裝，通過(guò)傳動(dòng)軸利用橋架定位，由干式電機和減速機作動(dòng)力，工作可靠，維護方便，它用于含固率高，水溫高，含有磨蝕性的液體中，由于葉輪具有自動(dòng)糾偏功能，

我們經(jīng)過(guò)不斷技術(shù)改進(jìn)，解決了懸臂軸的強度剛度技術(shù)問(wèn)題后，目前已做到軸長(cháng)達10米，無(wú)水下軸承，運行較平穩。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

潛水式安裝，可免去橋架，采用潛水電機為動(dòng)力，利用設備自重定位，安裝靈活方便，適用在水深較深且水質(zhì)穩定，不含磨蝕性的水體，水溫不大于40℃，PH值6~9之間，其特點(diǎn)是無(wú)噪音，無(wú)視覺(jué)障礙。

在由上海市政工程設計研究院設計的深水集團常州城北污水廠(chǎng)改造新建項目，采用改良A/A/O工藝，其中水解酸化池中厭缺氧段單池尺寸為52米×21米，池深9.1米，水深8.1米，總計布置60臺GSJ-2000型及GSJ-2500型雙曲面攪拌機，全部采用橋架式安裝。在稍后建設的常州江邊污水廠(chǎng)，業(yè)主原準備采用進(jìn)口產(chǎn)品，由于常州城北廠(chǎng)的成功運用，最后還是選用36臺GSJ-2500型產(chǎn)品。經(jīng)計算，僅常州城北污水廠(chǎng)采用雙曲面的攪拌功率為165kW，而傳統攪拌裝置只能解決“層流”，循環(huán)流量遠不如雙曲面攪拌機，如按照傳統攪拌方式其需要的攪拌功率約為243kW，可以看出其節能效果非常明顯。

三．效果與前景

經(jīng)過(guò)技術(shù)改進(jìn)的潛水攪拌機、潛水推流器及雙曲面攪拌機作為一種節能高效的混合攪拌裝置，在雙相固液或三相固液氣的攪拌均具有廣泛的運用前景。另隨著(zhù)全社會(huì )環(huán)保意識的提高，國家節能減排政策及發(fā)展低碳經(jīng)濟的戰略決策，經(jīng)濟高效治理污水已越來(lái)越受到重視，國內中小城鎮污水治理率和出水標準要求逐步提高。目前各污水處理廠(chǎng)出水標準多要求由一級A提升至一級B，對脫磷除氮的要求更高，必然對高效節能的關(guān)鍵設備技術(shù)產(chǎn)生迫切的需求。增加厭氧攪拌反應或水解酸化過(guò)程，是目前應用比較普遍的方法，而攪拌混合設備又是該工藝段的關(guān)鍵設備，特別是雙曲面混合時(shí)的流態(tài)其柔和均勻的水流特性在水體攪拌效果和節能方面更具有明顯優(yōu)勢。所以，相信我們的技術(shù)改進(jìn)與創(chuàng )新在污水處理工藝及其它攪拌混合場(chǎng)所必將發(fā)揮重要的作用。來(lái)源：南京貝特環(huán)保通用設備制造有限公司

參考文獻

[1] 王福軍．計算流體動(dòng)力學(xué)分析[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2004

[2] 鄭邦民.計算水動(dòng)力學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2001