潜水搅拌器在处理农村生活污水中的应用

污水处理是当今环境保护部门和企业解决环境污染中废水污染的一项重要措施 ,潜水搅拌器是一种新型、高效的潜水搅拌装置 ,适用于工业和城市以及农村污水处理场曝气池和厌氧池污水的处理。潜水搅拌器主要由潜水电机、密封机构、转轮、手摇卷扬机构、电气控制等部分组成。潜水搅拌器转轮在电机的驱动下旋转搅拌液体产生旋向射流,利用沿着射流表面的剪切应力进行混合,使流体以外的液体通过摩擦产生搅拌作用,在极度混合的同时,形成体积流,应用大体积流动模式得到受控流体的搅拌推流输送[ 1] 。
1 **内外发展情况
 
对**内几家生产环保设备的公司(江苏亚太水工机械集团有限公司和南京蓝深集团公司)进行调研,结果表明,到目前为止,**内对潜水搅拌器的设计还停留在根据经验和测绘进行设计,通过试验来检验和分析 ,以对转轮进行重新设计(如打磨叶片、改变叶片的安放角等),获得不超功率、搅拌直观效果较好的转轮。通过周而复始的进行调整和修改,**后得到视觉比较理想的搅拌效果,从而确定叶片的形状和安放角。这种做法带有一定的盲目性,需要花费很大的人力和财力 ,造成很大的浪费。
 
**内对潜水搅拌器的研究相对较少。同有些水力部件一样,我**早期的潜水搅拌器基本都是进口的产品,只是在**近几年,一些大的企业或是与**外的企业合资引进对方的技术,或是买一些**外的产品,对其进行测绘研究,从而形成自己的产品。
 
从 20世纪 90年代开始,南京蓝深集团公司对潜水搅拌器进行了规模化的生产,也组织了一部分科研人员对其进行开发研究,但是很多都是在根据测绘的基础上开发的 ,对于效果不好的潜水搅拌器对其进行打磨和叶片切割,从而形成了一系列产品。
 
1997年蓝深集团公司对它的潜水搅拌器进行了产品鉴定 ,鉴定成果获得了机械工业部的 3等奖。蓝深集团是我**对潜水搅拌器研究开发投入较大的企业。其余的企业有的依靠测绘,有的靠引进技术来生产产品。蓝深集团公司的成果尽管没有实质性的突破进展,但是具有很好的参考价值。
**外潜水搅拌器**早由瑞典的飞力公司成功研制。1976年飞力公司推出了**上**台潜水搅拌器, 1992 年推出新一代的潜水搅拌器。总部设在瑞典**都斯德哥尔摩的 1901年成立的 ITT飞力公司,它是全球**大的水泵制造集团———ITT工业公司的全资子公司 ,是全球潜水泵、潜水搅拌器和曝气系统的**供应商。飞力公司在流体技术**域已积累了 50多年的经验,飞力的工程师掌握着当今**上**先进的技术,用来设计各种流体产品。公司生产的产品被广泛用于各行各业,尤其在污水处理、隧道、机场、矿山、港口、大楼、农业、水产养殖等行业拥有较高的市场占有率。在**际上,飞力公司一直是高效率、高质量、多用途产品的代名词。今天 , ITT飞力在包括中**在内的 130多个**家都设有分公司或办事机构。该公司所有的产品都通过了当今**为严格的生产标准,包括 ISO9001质量体系认证和 ISO14001、EMAS质量体系认证。在中**飞力公司中标了许多**家重点工程 (如上海市南区污水输送干线改造工程)。从以上可以看出,飞力公司产品的质量好,搅拌效果好,所以在中**可以开拓更大的市场。搅拌的效果,取决于液体的密度和粘度,以及池子的体积 /形状。池形较大时,需要 1台以上的潜水搅拌器。
 
由于中**的污水处理工程项目很多,潜水搅拌器的市场巨大,因此瑞士海斯特股份有限公司、瑞典 ABS公司、瑞士苏尔寿等大型跨**企业也都投入人力财力来开发研制潜水搅拌器,以**到中**来开拓市场[ 2 -3] 。
2 农村生活污水的主要特点
 
农村生活污水来源广, 水质相似;杂质多, 占总量的 0.1% ~1.0%,其余 99.0%以上是水 。 ①含大量有机物 ,占全部悬浮物的 3 /4以上 , BOD300 ~ 500 mg/L,主要包括纤维素、油脂、肥皂、蛋白质及其分解产物。一般不含毒物。②无机杂质以泥沙、矿物废料及溶解盐类居多。 ③适于微生物繁殖,含大量细菌和病原体。 ④肥效较高。 ⑤水量和水质与季节、居民生活状况 、生活习惯用水量有关,年排放量约 100亿 t,处理率 9%。
 
针对农村生活污水的特点 ,研究适合农村污水水质及水量的潜水搅拌器,对于大量生活污水的处理具有极其重要的作用,它提供了一种新方法,能有效地缓解污水处理占地面积大、投资高这一主要矛盾,具有极大的社会效益和经济效益。
 
研究是以流体力学、三相流混合理论、微生物生长动力学及其吸附、分解、沉降等理论为基础,分析深池污水处理时所产生的流场、氧溶解等机理,并针对污水处理工艺、污水浓度、深池大小、形状、深度等参数,研究污水在厌氧或好氧处理时 ,使用搅拌器进行深池污水处理的**佳条件。这样可以有效地提高处理效率、降低噪声、减少占地面积、节省成本 , 而且安装方便、工作可靠、能迅速推广。
3 潜水搅拌器的主要作用
 
潜水搅拌器的应用扩展了污水处理工艺设计的空间,为
 
一些新工艺、新技术的开发提供了条件。近年来,我**许多重点污水处理工程如北京高碑店污水处理厂、青岛李村河污水处理厂、威海污水排海工程都采用了潜水搅拌器,并取得了满意的效果。但由于人们认识的局限,目前在**内的污水处理工程中,这类设备还没有得到更为广泛的应用。潜水搅拌器的应用与设备的分类、池型的选择以及池体的水力学设计有密切关系 ,因此 ,在工程应用方面要重点考虑这些问题。
 
潜水搅拌器的分类没有严格明确的标准,但不同产品本身的技术指标与特性决定了其用途与应用条件 ,可分为高转
 
速 、小叶轮的产品 ,其作用偏重于混合搅拌;另一类是低转
 
速 、大转轮,其功能主要表现在推流和水力循环方面,前者称
 
为 “搅拌器 ”,后者为“推进器”。
 
“搅拌器”的转速一般为 100 ~ 1 500 r/min,叶轮直径通常在 900 mm以下。其特点是:流速高、紊流强烈、流场的流速梯度大、作用范围小,这类产品适用于池体空间小或对 GT 值有一定要求 ,以混合搅拌为主的处理单元中。如物化处理工艺中的混合池、反应池 ,生化处理系统中的选择池 (Selec-tor)、厌氧池等 。采用“搅拌器”,单位池容输入的功率较大 , 使得可选用“搅拌器”的池型很多 ,对池体的水力学设计要求也不甚严格,因此其应用较为灵活 ,易于掌握。 “推进器”转速一般都低于 60 r/min,叶轮直径 1 200 ~ 2 500 mm,且直径大于 1 800 mm的“推进器”**为常用,其特点是:流场分布较为均匀、流速低缓、但作用范围大,这类产品适用于对 GT值没有要求、池体空间较大,以水力循环、保持流速为目的的处理构筑物中。 “推进器 ”的单位池容功率消耗指标,主要取决于池体的水力学设计与“推进器”的效率[ 4-5] 。
 
在工程应用方面 ,潜水搅拌器在污水处理**域中主要有以下 4方面的用途。
 
(1)水力循环应用 “推进器”进行水力循环是一种高效节能的手段。尤其在污水生化处理中的厌氧池、缺氧池和氧化沟中,其应用十分广泛。由于在这类池中只需提供必要的循环流速,就可以保持池内的混合液呈悬浮状态 ,使微生物与基质充分接触,因此其池型多采用 Carousel池型 ,通过 “推进器”输入的能量,形成连续循环水流。这种设计不仅能有效地保持混合液悬浮,而且由于池内循环水流的流量通常高于进水流量数十倍,甚**上百倍,使池内水流产生了巨大的稀释均化能力,因而这种反应器具有耐受冲击负荷的优良工艺特性。同样在氧化沟设计中 ,表曝设备兼有充氧与水力循环的双重功能。在工程中往往会因水质和水量变化而需要调整充氧能力时,难于兼顾池内的循环流速,造成沟内沉泥、积泥的问题。增设 “推进器 ”便可以有效地解决其积泥问题。而且进行这项技术改造并不复杂,且投资有限。这种设计不仅可以用于生化处理系统中 ,还可以将其应用到污水排海工程的预处理系统中。在污水泵站前 ,设置贮水池以均衡出水流量 ,保证放流管系统的平稳运行。
 
(2)提高传氧效率在污水生化处理系统中极其重要,曝气是维持好氧微生物正常代谢的基本手段 ,水下曝气系统的传氧效率又与水深有着直接的关系。在曝气池中采用 “推进器”将曝气池设计成上述连续循环流池型,在循环流速的作用下,能够改变由曝气头释放 “气泡 ”的路径、增大“传氧水深”,提高传氧效率。采用这种设计通常可使曝气系统的传氧效率提高 15%左右,节省污水处理的能耗与运行费用。
 
(3)混合搅拌随着污水生化处理技术的发展,出现了分格、分段处理的工艺。当单格池容较小时,可将每格设计成正方形平面或圆形平面,并在每格中设置一台 “搅拌器”。这类反应器的布置方式十分灵活,在圆形池中可以布置任意位置,只要产生的推力与水流方向一致即可。在矩形池中则要求布置在池壁的夹角处,设计中应注意水流方向的选择。当单池容积较大(如超过 800 m3 )时,应当通过技术方案比较来确定采用“搅拌器”还是“推进器 ”。一般而言,单池池容越大、池面越大 ,采用“推进器”越经济。
 
(4)水体的水质改善在许多受到污染的水体和污水处理所用的深度处理塘中,往往会遇到因水深较大、水流滞缓、水体表面复氧不能保证深水区溶氧要求时 ,可以设置“搅拌器 ” 进行“人工呼吸 ”,为深水区复氧,改善整个水体的水质。这种“人工呼吸”技术是一种简单有效的水质改善手段[ 6] 。
4 潜水搅拌器的应用前景
 
潜水搅拌器是一种作用特殊、运行简单可靠、易于安装维护、且价格并不昂贵的设备,不论是新建工程项目,还是在原有项目的改造上 ,其都有广泛的应用前景。进一步掌握这类设备的技术特性,合理正确地使用这种设备,对于推动我**污水处理行业的技术装备水平有着积极的意义。
 
**内污水处理具有广阔的市场前景,这也说明了在相关**域的研究还很薄弱,而且目前**内污水处理设备大部分依靠进口 ,美**的 AEROMIX公司已经开始着手进行了相关项目的研究,并有了初步的产品,但价格昂贵,不太适应**内市场的现状。此外,近年来连续发生的干旱再次显示出,污染使中**水源损失极为严重。而中**迅速进行的工业化、城市化,不可避免地会加快农村水污染速度,因此,研究和开发高效搅拌器对污水处理具有很大的现实意义[ 7] 。