氧化沟系列工艺及其曝气设备教程

1、 氧化沟系列工艺及其曝气设备 一种新型处理工艺的问世往往伴随着一批专用技术设备投向市场，活性污泥法作为近百年来城市污水处理的主体工艺技术更是体现了这一点。例如，单沟式氧化沟工艺推出了曝气转刷和自动调节出水堰门；Carroussel氧化沟工艺推出了立轴式表面曝气机；Orbal氧化沟工艺推出了转碟表面曝气机；SBR工艺推出了滗水器等等。 氧化沟系列工艺及其曝气设备 工艺技术的先进性提供了专用设备的竞争力，提供了市场保障，专用设备所获得的利润又投入到工艺技术的研究开发。如此良性循环，不断推动工艺创新和设备开发的同步发展。一、氧化沟系列工艺 在1920年，Sheffidd在英国首次建成氧化渠，被认为是

2、现代氧化沟的先驱。 1950年，氧化沟(Oxidation ditch)工艺由荷兰中央应用研究院卫生工程研究所(TNO)首次研究成功。 第一座氧化沟由帕斯维尔(A.Pasveer)博士设计，使用Kessener转刷式表面曝气机，于1954年在荷兰伏肖汀(Voorschoten)镇建造并投入使用，因而被命名为“帕斯维尔沟”，在单沟式渠道中分进水、 曝气净化、沉淀和排水四个基本工序运行。后来的规模型氧化沟增加了沉淀池，使曝气和沉淀分别在两个区域进行，可以连续进水、连续出水。 氧化沟技术一问世就引起了各国环保界的极大兴趣。曝气设备除了使用水平轴转刷式表面曝气机之外，还开始使用立轴式表面曝气机。20世

3、纪70年代末，我国第一座氧化沟工艺应用于邯郸市东郊污水处理厂。 1.基本原理 原水经预处理后直接进入氧化沟，与活性污泥混合后在环形沟渠内循环流动。从构筑物来看，氧化沟工艺没有初沉池，但需另设二沉池和污泥回流装置。因为污水和活性污泥混合液的循环流量远大于进水流量，故氧化沟又被称为连续循环曝气池(Closed Loop Reactor，CLR)。 氧化沟工艺是传统活性污泥工艺的一种变形，所以工作原理本质上与活性污泥法相同，但运行方式不同。单沟式氧化沟，立轴式表面曝气机单沟式氧化沟，水平轴式表面曝气机 由于污水在沟内循环多圈，决定了水力停留时间和曝气时间充分延长，从而具有有机物负荷低、污泥龄长的特点

4、，属于延时曝气法。在这样的条件下运行使出水水质好，污泥在氧化沟中得以充分地稳定，不需再进行厌氧消化处理。此外，氧化沟中产生交替循环的好氧区和缺氧区，能在不外加碳源的情况下，实现有机物和总氮的去除。 氧化沟工艺综合了推流式和完全混合式的优点：首先，污水一经进入池中，立即与池内混合液完全混合，经数十甚至数百圈的循环后各点的污染物浓度基本一致，这是氧化沟工艺抗冲击负荷能力强的主要因素；其次，单从循环一圈来看，氧化沟又具有推流的特征，因为污水在沟中要循环多圈，不像完全混合式那样易发生短路。 氧化沟特有的技术经济优势和脱氮除磷的客观需要相结合已成为一种必然。卡鲁塞尔氧化沟(Carrousel Areat

5、ion Basin)及其改进型、Orbal氧化沟、PI型氧化沟、一体化氧化沟等都具有一定的脱氮除磷能力。从运行方式上可分为连续工作式、交替工作式和半交替工作式三大类。2.氧化沟脱氮除磷工艺 由于在传统的单沟式氧化沟中，好氧区与缺氧区的体积和溶解氧浓度很难准确地加以控制，因此对脱氮效果有限，而对除磷几乎不起作用。另外，在传统单沟式氧化沟的“好氧缺氧好氧”短暂频繁环境变化中，硝化菌和反硝化菌群并非总是处于最佳的生长代谢环境中，由此也影响了单位体积构筑物的处理能力。 (1) Carrousel氧化沟 Carroussel氧化沟又称平行多沟渠形氧化沟，由荷兰DHV公司于1967年开发研制。目的是为满足

6、在较深的氧化沟沟渠中使混合液充分混合，并能维持较高的传氧效率，以克服小型氧化沟沟深较浅、混合效果差等缺陷。至今世界上已有850多座Carrousel氧化沟系统正在运行。普通Carrousel氧化沟；Carrousel2000系统及其变型组合；Carrousel3000系统 普通Carrousel氧化沟 一个多沟串联系统，沟道被一堵纵向隔墙分开，在墙的末端安装立轴式表面曝气机，每组沟渠安装一个，均安装在同一端。进水与活性污泥混合后沿箭头方向在沟内作不停的循环流动，由于曝气机和隔墙的作用而产生了一个螺旋状水流，给池水带来了很好的混合效果。 为使氧化沟内弯道处的水流更流畅流动，减少其流速损耗，不使活

7、性污泥沉积于沟内死角区而设置导流墙。Carroussel 氧化沟 Carrousel氧化沟的表面曝气机单机功率大，使得氧的转移效率大大提高，平均传氧效率至少达2.1 kgO2/(kWh)，因此具有极强的耐冲击能力；同时具有极强的混合搅拌能力，水深可达5m以上，使氧化沟面积减少土建费用降低。当有机负荷较低时，可以停止某些曝气机运行，以节约能耗。 目前我国的中山、淮南、黄岩等城市及北京顺义区污水处理均采用了这一工艺。这种氧化沟虽然可以有效地去处BOD(去除率可达9599)，但脱氮除磷的能力有限(约为50)。 Carrousel2000系统及其变型组合 Carrousel2000系统是在普通Carr

8、ousel氧化沟的基础上，由DHV公司及其在美国的专利特许公司Eimco Water Technologies联合开发，在美国市场上也称为Carrousel denitIR System，实现了更高要求的生物脱氮和除磷功能。 该系统结构上的主要改进是在普通Carrousel氧化沟前增加了一个缺氧区(又称预反硝化区)，预反硝化区与氧化沟可以分建，也可以合建。对于合建式而言，预反硝化区体积约为氧化沟体积的15%，进水在缺氧条件下与一定量的混合液混合(可通过内部回流控制阀调节)；剩余部分包括有氧和缺氧区(占氧化沟体积的85%)，用于进行同时硝化、反硝化，也用于磷的富集吸收。 每座Carrousel

9、2000系统中配有相当数量的立轴式表面曝气机，实现沟内水体的推流、混合和充氧。系统的供氧量可以通过控制沟内表面曝气机运行台数的多少进行调节，每座氧化沟中还装有一定数量的推进器用于保证混合液具有一定的流速，并防止污泥在进水BOD5含量低的情况下发生沉淀(例如在夜间只有12台表面曝气机运行)。External pre-denitrification (left) and internal pre-denitrification in a Carrousel 2000 (right). The grey-coloured parts denote oxygenated zones.Carrousel

10、 2000 - external pre-denitrification tank 实际上，Carroussel 2000氧化沟的除磷脱氮原理与A2/O工艺一致，只是前者不需设置专门的混合液和污泥回流设备，因此比A2/O工艺的运行费用略低，投资更省。 从国内采用该工艺的污水处理厂的运行效果来看，经过Carrousel 2000系统处理后，BOD、COD、SS的去除率均达到了90%以上，TN的去除率达到了80%，TP的去除率也达到了90%。 也有Carroussel 2000系统采用深水微孔曝气和水下推流相结合的曝气系统。每沟的直段设平铺式橡胶膜微孔曝气头和推流器，根据具体位置设曝气头数目也有差

11、异，目的是使氧化沟的不同阶段分别形成好氧和缺氧环境。弯道处均设有水下推流器。Carrousel 2000系统的变型之一： 在Carrousel 2000系统的基础上增加前置厌氧区，可以达到脱氮除磷的目的，被称为Carrousel A2C Process。该系统将A2/O工艺与氧化沟工艺结合在一起，利用氧化沟原有的渠道流速实现硝化液的高回流比，无需任何回流提升动力，达到了同时脱氧除磷之目的。Carrousel 2000系统的变型之二： 在Carrousel 2000系统的下游增加第二缺氧池及再曝气 池，就构成了四阶段Carrousel-Bardenpho系统，能够实现更高程度的脱氮。在Carro

12、usel A2C Process系统的下游增加第二缺氧池及再曝气池，就构成了五段Carrousel-Bardenpho系统，大大提高了脱氮除磷的效果，国内昆明第一污水处理厂采用了该工艺。 Carrousel3000系统 在Carrousel2000系统前加上一个生物选择区，就构成了Carrousel3000系统(也称为Deep Carrousel)。该生物选择区是利用高有机负荷筛选菌种，抑制丝状菌的增长，提高各污染物的去除率，其后的工艺原理同Carrousel2000系统。Layout Carrousel-3000 system WWTP Leidsche RijnSEL = selector

13、; ANA = anaerobic tank; NOX = pre-denitrification tank; CAR =Carrousel; AER = aerator; INF = influent; RAS = return activated sludge 一是增加了池深，可达7.58m，同心圆式池壁共用，减少了占地面积，在降低造价同时提高了耐低温能力。 二是曝气设备的巧妙设计，表曝机下安装导流筒(draft tube)，抽吸缺氧的混合液，采用水下推进器解决流速问题。 三是使用了先进的、多变量控制模式的曝气控制器。 四是采用一体化设计，自中心开始包括以下环状连续工艺单元：进水井和用于回

14、流活性污泥的分水器，分别由四部分组成的选择池和厌氧池，这之外是三个曝气器和一个Carrousel2000系统。 五是圆形一体化的设计使得氧化沟不需额外的管线，即可实现回流污泥在不同工艺单元间的分配。 (2)Orbal氧化沟 胥司曼(Huisman)于1970年在南非设计开发了使用水平轴转碟式(Rotary Disc Aerator)的Orbal氧化沟，后来该技术转让给美国的Envirex公司，并在美国做了一些改进，使该系统在中高浓度的城市污水处理厂中具有相当明显的技术经济优势。Orbal氧化沟是由若干同心沟道组成的多沟道氧化沟系统，沟道平面呈圆形或椭圆形，故又称同心沟型氧化沟。它也是分建式，设

15、有单独的二沉池。 原水和回流污泥可进入外、中、内三个沟道，通常均进入外沟道。混合液在外沟道中不断循环流动的同时通过淹没式传输孔流入中沟，再以同样的方式流入到内沟。当脱氮要求较高时，可以增设内回流系统(由内沟道回流到外沟道)，提高反硝化程度。污水在各沟道循环达数十到数百次，最后经中心岛的可调堰门流到二沉池。 外沟道：占整个氧化沟体积的50%55%，DO浓度为0.00.3mg/L，为碳源氧化、反硝化和磷释放创造条件； 中间沟道：容积为25%30%，DO控制在1.0mg/L左右，可进一步去除BOD5，完成一部分氨氮的硝化； 内沟道：约为总容积的15%20%，需要较高的DO值(2.0mg/L左右)，以

16、保证有机物和氨氮有较高的去除率。潍坊市污水处理厂设计采用了奥伯尔(Orbal)氧化沟处理工艺 (3)PI型氧化沟 PI型(Phase Isolation，PI)氧化沟包括交替式和半交替式氧化沟，20世纪70年代由丹麦Krger公司研制开发，其中包括V-R型、DE型和T型氧化沟，都使用水平轴转刷式表面曝气机。这三种PI型氧化沟脱氮除磷工艺都要求对转刷进行调速，活门、出水堰的启闭切换频繁，对自动化要求高，曝气转刷利用率低，故在经济欠发达地区受到很大的限制。 两沟交替式氧化沟 分为V-R型、DE型。V-R型氧化沟的沟型宛如通常的环形跑道，中央有一小岛，将沟道分成容积相当的A、B两部分，其间有单向活板

17、门相连，利用定时改变曝气转刷的旋转方向，以改变沟渠中的水流方向，使A、B两部分交替地作为曝气区和沉淀区，故毋需设二沉池和污泥回流装置。V-R型氧化沟：将沟道分成容积相当的A、B两部分 DE型由A、B两个氧化沟组成，两个氧化沟相互连通、串联运行，可交替进出水交替地作为曝气池和沉淀池，同样毋需设污泥回流装置。沟内曝气转刷一般为双速，高速工作时曝气充氧，低速工作时只推动水流、不充氧。通过两沟内转刷交替处于高速和低速运行，可使两沟交替处于好氧和缺氧状态，从而到达脱氮的目的。Influent End of Ditches Showing Influent Mixing Tanks & Influent

18、DistributorIllustration - Influent End of Ditches Showing Weir/Gate Placement & Flow PathsIllustration - Effluent Gates & Weirs With Flow Paths In the illustration above, gates 7 and 8 allow flow from the Effluent Distributor to either Clarifier 1 or Clarifier 2, gates 9 and 10 allow for the drainin

19、g of the respective ditch, gates 11 and 12 allow the RAS return flow from Clarifier 1 and Clarifier 2 and gates 13 and 14 allow the cross connection of the RAS Wells so the pumps in one well can be used by the other as a backup. 三沟互相串联，进水交替地引入两侧沟，而出水则相对应地从两侧沟引出，从而省去了二沉池及污泥回流和混合液回流系统。整个系统提高了转刷表面曝气机的利

20、用率(达到58%)，在取得良好BOD去除效果的同时，还有生物脱氮功能。 三沟交替式氧化沟 为了克服DE型糸统的缺点，提高设备充氧利用率，Krger公司又开发了三沟交替式氧化沟(T型氧化沟)。由三个单沟平排组建在一起作为一个单元运行，两侧的A、C两沟交替作为曝气池和沉淀池，交替地在缺氧、好氧和沉淀状态下工作；中间的B沟则一直充作曝气池，维持好氧状态。 常规交替式氧化沟仅在脱氮效果上良好，但随着各国对污水处理厂出水氮，磷含量要求越来越严，因而Krger公司与Demmark技术学院合作开发了功能加强的PI型氧化沟，称为Bio-Denitro和Bio-Denipho工艺，这两种工艺都是根据A/O和A2

21、/O生物脱氮除磷原理，通常在氧化沟前设置相应的厌氧区或构筑物或改变其运行方式，创造缺氧/好氧、厌氧/缺氧/好氧的工艺环境，达到生物脱氮除磷的目的。(4)一体化氧化沟 该工艺是20世纪80年代由美国开发的一种新型氧化沟，集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流功能为一体，无需建造单独的二沉池。这种氧化沟设有专门的固液分离装置，可省掉污泥回流泵房。它既是连续进出水，又是合建式，且不用倒换功能，从理论上讲最经济合理。混凝沉淀、一体化氧化沟工艺处理化纤废水 安阳市豆腐营污水集中控制示范工程于1993年在我国首次应用了船形一体化氧化沟技术，这是我国首次将该项技术应用于工程实践。二、表面曝气机械 曝气设备对氧化沟

22、的处理效率、能耗及处理稳定性有关键性影响，其作用主要表现在以下四个方面：向水中供氧；推进水流前进，使水流在池内作循环流动；保证沟内活性污泥处于悬浮状态；使氧、有机物、微生物充分混合。针对以上几个要求，曝气设备也一直在改进和完善。 表面曝气机械不需要修建鼓风机房及设置大量布气管道和曝气器，设施简单、集中。可分为水平轴式和立轴式两大类，前者仅仅应用于氧化沟工艺系统，后者除了用于氧化沟工艺之外，还可应用于部分普通曝气池中。水平轴式表面曝气机有多种型式，机械传动结构大致相同，主要区别在于水平轴上的工作载体 转刷或转盘(或转碟)。 1.水平轴式表面曝气机 (1)转刷式表面曝气机(结构分类、主体、工作原理

23、) (2)转碟式表面曝气机(结构分类、主体、工作原理)2.立轴式表面曝气机 (1)浮式双吸曝气机 (2)泵型叶轮表面曝气机 (3)倒伞型叶轮表面曝气机 (4)K型叶轮表面曝气机 1.水平轴式表面曝气机 (1) 转刷式表面曝气机 1925年，Kessener开始研制转刷式表面曝气机，这种在水平轴上装有许多放射性钢片的转刷被称为Kessener转刷。1954年A.Pasveer博士将其应用于Voorschoten的氧化沟中，动力效率可达2.0 kgO2/(kWh)。1959年，TNO的Baars和Muskat应用了笼形转刷(又称TNO转刷)，是Kessener转刷的改进型，沿中心轴周围装有径向分布

24、的T型钢或角钢，动力效率可达2.5 kgO2/(kWh)。 这两种转刷仅适用于水深1.5m的氧化沟，在实际应用中占地面积较大。 为了增加单位长度的推动力和充氧能力，在德国开发了大马氏(Mammoth)型曝气转刷，直径为1000mm。叶片通过呈螺旋状分布，旋转过程中顺序进入水中，以保证运行的稳定性并可减少噪声。 转刷式表面曝气机国内始见于20世纪70年代，武汉钢铁公司冷轧废水处理厂引进德国Passavant公司500mm的Mammoth转刷，用于矩形曝气反应池。 转刷曝气机由电动机、减速传动装置和转刷主体等主要部件组成。图4-3-14 转刷式表面曝气机的安装示意图1-驱动装置(电机+减速器)；2

25、-弹性柱销联轴器；3-首部轴承座；4-转刷体；5-防溅板；6-尾部轴承座 a.按整机安装方式可分固定式和浮筒式两类 固定式：整机横跨沟池，以池壁构筑物作为支承安装。减速机输出轴可以单向或双向传动，也可在一个方向上根据水池结构串联几根刷辊，以减少传动装置，达到一机共用。可以根据氧化沟池形结构特点设计成桥式，形成行走通道。 浮箱式：是整机安装在浮箱上，浮箱内充填泡沫聚氨酯，以防止浮箱漏损而不致影响浮力；采用顶部配重调整刷片浸没深度，达到最佳运行效果。 浮箱式转刷曝气机示意图 b.按转刷主体顶部是否设置钢板罩而分为敞开式和罩式结构 罩式：转刷主体顶部设置钢板罩，飞溅起的水滴与壳板碰撞而加速破碎与分散

26、，增加与空气混合，可以提高充氧量。 c.按电动机输出轴的位置分卧式与立式安装 立式安装：电动机输出轴线为垂直状，其减速机输入轴线与输出轴线呈90夹角。 d.按减速机输出轴与转刷主体间的连接，分有轴承座过渡连接与悬臂连接式 有轴承座过渡连接：转刷主体两端设置轴承座来固定支撑转刷主体，减速机输出轴与转刷主体输入轴之间采用联轴器或其它机械方式传动连接。 悬臂连接：减速机输出轴与转刷主体输入轴直连，采用柔性联轴器；由于减少了支承点，使得曝气体机的轴向整体安装尺寸缩小。 曝气转刷 在传动轴上安装有组合式箍紧的窄条片(称为刷片)，是转刷式表面曝气机的核心部件。主要有Kessener转刷、笼型转刷和Mamm

27、oth转刷三种，其它产品均是它们的派生型。 目前国内已有很多厂家生产转刷曝气机，转刷直径多为700mm和1000mm，转速为7080rpm，浸没深度为0.3m，有效水深为3.03.5m。传动轴一般采用厚壁热轧无缝钢管或不锈钢管加工而成，水平轴跨度可达9.0m，充氧能力可达8.0kgO2/(mh)，动力效率在1.52.5kgO2/(kWh)之间。 按照刷片在传动轴上的安装排列形式，曝气转刷可分为螺旋式和错列式两种。 曝气转刷的刷片由多条冲压成形的叶片用螺栓连接组合而成，叶片多采用镀锌钢板、不锈钢板、玻璃钢等材料制作，特殊情况下采用钛合金钢板材加工。叶片形状多样，有矩形、T型、W型、齿型、穿孔叶片

28、等。目前设计应用最多的为矩形窄条状，叶宽一般在5076mm之间，用厚度23mm的薄钢板制作。 螺旋式：刷片沿传动轴轴向螺旋式排列，每圈叶片呈放射状径向均布。圈与圈之间留有间距，以增大水与空气的混合空间。对直径1000mm的转刷，每圈12片，每m约6.67圈。 错列式：转刷叶片沿轴向呈直线错列状排列，叶片分布密度与前相同。MAMMOTH ROTOR AERATORS The Krger Maxi-Rotor is able to provide in excess of 9.0kg dissolved oxygen per hour per metre of rotor length. It h

29、as a diameter of 1,000mm and is manufactured in a range of standard lengths. 为了减小刷轴运转时的转动惯量，片长的4/5冲压成带槽的截面，保证叶片击水时有一定的抗弯强度，并富于弹性。对较大直径转刷的下部，再用拉筋加固。刷片在轴上的定位箍紧力，由叶根贴轴处凸圈产生的弹性变形进行调整，并应大于刷片击水时在轴上的扭转力。 作用原理 作用有两个：一是向污水中充氧，污水沿转刷运动的切向方向呈水滴飞溅状抛出水面与空气强烈混合，使其空气中的氧向水中转移；二是推动污水以一定的流速在氧化沟中循环流动，既能防止活性污泥的沉淀，又能使有机物

30、、微生物与氧充分混合接触。 曝气机运转时，其下游水位被抬高。在稳定状态下，通过转轴中心线垂直断面上力的平衡，可近似得出曝气机单位轴向长度上推动力F 的计算公式(表示沟内混合液达到0.3m/s的平均流速时，单位轴向长度上曝气转刷所能推动的混合液体积，单位为m3/m，一般在200250m3/m之间) ， 若对曝气转刷水平轴线的上下游断面列能量方程，则曝气转刷的提升水头等于混合液循环一周的水头损失。若有多个曝气转刷，则其提升水头为流至下一台转刷的水头损失。推动混合液的流速，必须能使混合液中的固体在氧化沟的任何位置均保持悬浮状态，一般应确保底层池液流速不小于0.2m/s。 据研究，增大曝气转刷的浸没深

31、度和线速度在一定范围内有助于增大提升水头，但过大的浸没深度和转速会导致水平流速的下降。曝气转刷的提升水头与氧化沟上游水深成反比。在设计氧化沟时应根据曝气转刷的推动力确定水深，水深太大会降低沟底流速，容易造成悬浮固体的沉淀。可以采取减少沟底过水断面的措施，提高沟底流速。 充氧能力和轴功率 曝气转刷充氧量及轴功率的测试，是在标准状态(水温20、0.1MPa大气压)下、在设定的沟池内，用溶解氧为零的清水进行试验测定，得出性能曲线。 转刷浸没度的调节：利用氧化沟的出水堰门或堰板，控制调整液位，改变转刷浸没度。在曝气机转速一定的情况下，实现充氧量及推流能力的变动。 性能曲线反映出不同规格直径的转刷，在转

32、速和浸没深度一定时的充氧能力、动力效率及动力消耗特点。其单位长度转刷的轴功率，可作为类比、估算设计参考，并使整机动力匹配合理。 德国产500、长2500mm、转速90r/min转刷曝气机的特性曲线 安徽国祯环保节能科技股份有限公司 (2)转盘(碟)式曝气机(Rotary Disc Aerator) 总体构成与分类 转碟式表面曝气机又称转盘式表面曝气机，主要用于Orbal氧化沟。由电动机、减速传动装置、传动轴及曝气转盘等组成，整机横跨沟渠，以池壁为支撑固定安装。 按电动机输出轴的位置分立式与卧式安装。立式安装时电动机输出轴线为垂直状；卧式安装时电动机输出轴线为水平状，其减速器输入轴与输出轴为同轴

33、线或平行状。 按减速器输出轴与其直联传动轴的数量，分为单轴式和多轴式。单轴式是减速器的输出轴只传动单根轴，也称为单沟驱动式。多轴式是减速器的输出轴与两根或三根转轴串联同步运转，也称多沟驱动式。1-驱动装置；2-弹性联轴器；3-沟转轴；4-碟片；5-中间弹性联轴器；6-沟转轴；7-防溅板 转盘构造 转盘是曝气机的主要工作部件，由增强聚丙烯或防腐玻璃钢压铸成型 。常见形式有如下两种， 之一：自盘面中心向圆周有若干呈放射线状规则排列的四棱锥凸块，形成许多条螺旋线，其间密布着大量的圆形凹穴(称为曝气孔或充氧孔)。燕山石化牛口峪Orbal氧化沟用曝气转碟 之二：四棱锥凸块与圆形凹穴沿径向呈直线排列。 四

34、棱锥凸块为带垂直面的非对称棱锥台，若以通过转盘中心的径向辐射线为基准，其垂直面与径向线重合，该垂直面一般作为迎水面。也可以将每个四棱锥凸块的迎水面设计为凹曲面形状，这样在盘片转动时，带水量和进气量都大大增加，增大了水气混合量。 转盘设计成中线对开剖分式，以半法兰形式用螺栓对夹紧固于轴上，构成转盘整体。对夹安装为转盘拆卸及安装密度的调整带来了方便。目前国内厂家生产的曝气转盘直径多在13701400mm之间，其厚度在1012.5mm之间，圆形凹穴直径12.5mm，适用于水深3.54.5m的氧化沟。 水平转动轴采用厚壁热轧无缝钢管或不锈钢管加工而成，经调质处理后外表镀锌或刷沥青清漆防腐处理。 海斯顿

35、环保设备有限公司所配用的氧化沟曝气转碟 The Orbal process disc is manufactured of a molded thermoplastic compound immune to the effects of wastewater. The discs are 4 feet in diameter. 海斯顿环保设备有限公司氧化沟曝气转碟动平衡试验支架 作用原理 转碟式表面曝气机在氧化沟中运行时有充氧和推流两种作用。转盘旋转时，盘面及四棱锥凸块与水体接触部分产生摩擦，由于液体的附壁效应，使露出的上部盘面形成帘状水幕；同时由于四棱锥凸块垂直面的切向抛射作用，液面上形成飞

36、溅分散的水跃，将圆形凹穴中载入和裹进的空气与水进行混合，使氧向水中迅速转移溶解，完成充氧过程。 同时，按照水平推流的原理，以转轴中心线划分的上游及下游液面，同样存在液面高差(即推流水头)。单位宽度推动力F的计算方法与转刷曝气相同。 在保证水池底层混合液流速不小于0.2m/s时，氧化沟内平均流速需保持在0.250.35mm/s，曝气转盘可以适应这种工况要求。 充氧量及轴功率 充氧能力可通过四种方式来调节：a.改变电机转速；b.改变转盘的浸没深度；c.增减转盘盘数；d.改变转盘的旋转方向。 a.目前直径13721400mm转碟的工作转速一般为4355r/min，对转速调节多采用无级变速的方法。转盘

37、的浸没水深一定时，转盘转速增高，充氧量kg/(dsh)随之升高，二者成线性关系。当转速超过55r/min时，充氧量并无明显增加，会出现较多的水带回上游侧，即回水现象。不同碟片的曝气效果对比江苏溢洋集团YBP1500-T与YBP1400-A 转盘曝气机正在进行充氧试验，国家科技攻关项目安装于山东莱西市污水处理厂Orbal氧化沟的YBP1500-T型转碟曝气机 b. 转碟浸没度的调节是保证氧化沟正常运行的重要因素，一般多采用沟渠的出水堰门或堰板调整水位，以改变转碟浸没深度。在转速和工作水深一定的条件下，充氧能力均随转碟浸没深度的增加而提高。当浸没深度达到一定值时，充氧能力提高十分迅速；但超过一定的

38、上限值时，充氧能力基本保持稳定，这一上限值因转碟几何尺寸的差异而变化。目前所用曝气转碟的浸没深度宜为0.230.53m。 c.在同一浸没深度下，转盘的安装密度对单个转盘充氧能力的影响很小。 按照转盘构造尺寸，每m轴长可装5盘；在实际运用中，为了减小安装、拆卸的工作难度，转盘最大安装密度以每m轴长装4盘左右为宜。江苏宜兴高塍环保机械厂YHG1400-A/YHG1400-B氧化沟转蝶曝气机55rpm且下游设导流板时的整机性能(安装密度为4片/m)55rpm且下游设导流板时的整机性能(安装密度为5片/m) d.正、反转充氧量及动力效率的变化 国外公司对转碟直径为1380mm、浸没深度为0.533m、

39、转速为4355r/min时的性能测试数据表明： 当旋转过程中非对称四棱锥凸块的垂直面作为迎水面，率先与水下接触时(下转)，充氧能力最大；当反转过程中，四棱锥凸块的斜面率先与水下接触时(上转)，动力效率最大。 目前还没有根据转碟外形尺寸推导计算转碟轴功率的理论公式，轴功率多从试验中获取数据或采用类比法进行计算。一般而言，当转碟浸没深度一定时，轴功率随转速升高而增大，两者成线性变化关系。1372转盘充氧能力与转速关系曲线(浸没深度530mm)安徽国祯环保节能科技股份有限公司 2.立轴式表面曝气机 为了弥补转刷式表面曝气氧化沟工艺的技术弱点，20世纪60年代末，荷兰DHV公司开发了立轴式低速表面曝气

40、机，将其安装在氧化沟中心隔墙的末端。利用产生的径流作动力来推动沟渠中的液体，形成靠近曝气机下游的富氧区和曝气机上游及外环的缺氧区。除此之外，立轴式表面曝气机还被用于圆形完全混合式曝气池、纯氧曝气池、SBR反应池、好氧曝气塘以及兼性曝气塘等场合。 立轴式表面曝气机主要有固定式和浮筒式两种。固定式有很多规格品种，其机械传动部分大致相同，主要区别在于曝气叶轮的结构形式上，有泵型叶轮、倒伞型、K型叶轮、平板型叶轮等。 代表性讲述(1)浮筒式立轴表面曝气机 浮筒式立轴表面曝气机整体安装在浮筒上，用钢绳固定于水中，用防水电缆接电，可在一定范围内移动。 安徽国祯环保节能科技股份有限公司FBS型浮式双吸立轴表

41、面曝气机FBJ型悬浮表面曝气机 FBJ型悬浮表面曝气机、由电机、浮筒、主流筒、叶轮、稳定器等部件组成，整机悬浮于曝气池水面上。电机为特殊设计，防护等级为IP55，内部轴承为进口高精度轴承，承受轴向和径向力为3000N。曝气机叶轮为不锈钢精密铸造而成，设计新颖，具有良好的耐蚀性。(2)泵型叶轮立轴表面曝气机 结构分类 由电动机、联轴器、减速箱、叶轮升降装置、泵型叶轮等组成，按其输出轴的位置分卧式安装与立式安装两类。 卧式安装：电动机转轴轴线呈水平状，其减速箱输入轴线与输出轴线夹角呈90，采用螺旋锥齿轮、圆柱齿轮二级传动；叶轮升降装置装于减速箱侧面，通过调节手轮，带动齿轮和蜗轮二级传动，使轴套上的

42、齿条上下移动，从而调节叶轮的浸没深度。 立式安装：电动机转轴轴线呈铅垂状，其减速箱输入轴线与输出轴线在同一轴线上，采用圆柱斜齿轮三级传动；采用平板式叶轮升降装置，通过螺杆调节升降平台来调节叶轮浸没深度。 叶轮结构与作用原理 泵型叶轮一般由平板、叶片、上压罩、下压罩、导流锥和进水口等构成。泵型叶轮充氧量及动力效率较高，提升能力强，但制造稍复杂，且易被堵塞。运转时应保证叶轮有一定的浸没度，浸没度过深要影响充氧量，而过浅则容易引起叶轮脱水，使运转不稳定，一般浸没40mm为宜。此外，叶轮不能反转，反转会使充氧量下降。 工作时，浸没在水面下的泵型叶轮通过水跃、负压区吸氧、液面更新三个作用，对污水、污泥进

43、行充氧及混合。 在转动叶轮叶片的强力推进作用下，水呈水幕状自轮缘喷出，形成水跃，裹进大量空气，空气中的氧气迅速溶于水中。 污水快速流经叶轮内部的导流锥顶时，产生负压区，从引气孔中吸入空气，进一步提高了充氧量，并降低了能耗。 由于叶轮的喷水和吸水作用，水体呈螺旋状快速上下循环，不断进行液面更新，缺氧的污水大面积与空气接触，从而高速高效地吸氧。书中P230充氧量 轴功率图 设计与选型原则 叶轮直径与曝气池直径或正方形边长之比应在1/4.51/7.5之间，与曝气池水深之比应在1/2.51/4.5之间。当叶轮直径与曝气池水深之比1/3.5时，应考虑设置导流筒，以保证曝气液体完全混合，有利于提高处理效果

44、。否则不必设置导流筒，以免增加功率消耗。 泵型叶轮立轴表面曝气机按叶轮直径(mm)分为400、500、760、1000、1240、1500、1720、1930、2150等规格。叶轮叶片数过少、过多都会影响充氧，一般叶片数以保持叶片外缘间距250mm左右为宜。(3)倒伞型叶轮表面曝气机 总体构成与分类 倒伞型(inverted-cone impeller，又称辛姆卡型)表面曝气机为垂直轴低速曝气机，主要由电机、联轴器、减速器、叶轮升降装置、倒伞型叶轮等部分组成，总体结构分类与泵型叶轮表面曝气机类似。多用于Carrousel氧化沟。 叶轮结构 叶轮为倒伞状、螺旋式或直式叶片结构。直立在倒置浅锥体外

45、侧的叶片，自轴伸顶端的外缘以切线方向对周边放射，其尾端均布在圆锥体边缘水平板上，并外伸一小段，与轴垂直。叶轮一般采用低碳钢制作，表面涂防腐涂料；当应用于腐蚀性较强的污水中时，可采用耐腐蚀金属制造。 倒伞型表曝机按叶轮直径(mm)分为600、1200、1650、2250、2550、2850、3000、3250、3500、3750、4000等规格。 倒伞型叶轮的作用原理与泵型叶轮基本类似，这里不再赘述。 (4) K型叶轮表面曝气机 K型曝气叶轮主要由后轮盘、叶片、盖板和法兰组成。后轮盘近似于圆锥体，锥体上的母线呈流线型，与若干双曲率叶片相交成水流通道。通道从始端至末端旋转90。后轮盘端部外缘与盖板

46、相接，盖板大于后轮盘及叶片，其外伸部分与后轮盘出水端构成压水罩，无前轮盘。 K型叶轮的叶片数目随叶轮直径大小而异，叶轮直径越大则叶片数越多。根据高效率离心式泵最佳叶片数目的理论公式，l000mm叶轮的较佳叶片数为2030片。 (5)纯氧曝气机 纯氧曝气机的减速机选用摆线针轮减速机，减速比大，传功效率高，运转可靠。减速机输出轴的密封结构设计新颖，实用性强。 曝气机设计为皇冠火巨型，采用了防腐性能优异的新型复合材料，借助先进的红外分光光度计和差热扫描分析，并通过机械性能、防腐性能、耐水性能试验。可根据用户需求配备变频调速器，调节曝气头转速，实现无级调速。三、表面机械曝气系统的设计 表面机械曝气系统

47、一般由电动机、机械传动部分和曝气部分组成，系统设计应保证曝气机在正常情况下连续安全运转，满足污水处理对需氧量、转速和浸没深度调节的要求；同时要求曝气机的传动效率高，以降低污水处理的耗电量。 1.表面机械曝气设备选型 表面机械曝气设备的选型首先应该满足具体工艺的要求。例如，Orbal氧化沟常常采用水平轴式表面曝气机，Carrousel氧化沟、合建式完全混合曝气沉淀池常常采用立轴式表面曝气机。 对于水平轴式表面曝气机，曝气转刷的浸没深度一般为250300mm，曝气转碟的浸没深度一般为480530mm，对应Orbal氧化沟的水深一般为3.03.6m。可以根据不同厂家水平轴式表面曝气机的特性曲线，进行

48、相关的设备选型。 对于立轴式表面曝气机应依据叶轮的吸氧率(1525)、动力效率2.53.5 kgO2/(kWh)和加工条件等因素选择曝气叶轮的形式，叶轮直径的选择主要依据曝气池混合液的需氧量和曝气池结构。然后直接根据性能图表与充氧量的对应关系，来确定表面机械曝气设备的具体型号。2.传动设计 根据曝气池或氧化沟对表面曝气机的运行要求，转速调节有无级调速、有级调速和定速三种。无级调速适用于污水处理要求较高，水质水量不稳定的场合；有级调速时曝气机按几个固定转速运转，适用于污水处理要求稍低的条件；定速即指曝气机只能以一种速度运转，用于污水处理比较成熟及负荷条件较稳定的情况。 (1) 电动机选择 (2)

49、 机械传动装置 减速器 立轴式表面曝气机叶轮轴的连接设计 (3) 水平轴式表面曝气机传动轴的设计：轴的强度计算、轴的刚度计算、联轴器的选择、支撑轴承的选择与校核 P246 随着氧化沟工艺对曝气设备的要求越来越高，以及能源的日趋紧张，新型高效节能曝气设备及相关技术的研究已经成为推动氧化沟工艺发展和节能降耗的重要因素。随着工程应用经验的日益积累，以及水处理设备技术的不断发展，目前在氧化沟工艺与设备方面出现了如下一些新进展。 1.基于常规曝气转刷(碟)的发展组合 (1)曝气转刷(盘)+导流板 对于Orbal氧化沟而言，曝气转刷(碟)仅占水深的1/101/12(1/61/7)，造成氧化沟上部流速较大，而底部流速很小，致使沟底大量积泥(有时积泥厚度1.0m)，减少了氧化沟的有效容积，降低了处理效果。四、氧化沟工艺与设备的发展 氧化沟中加装上、下游导流板是改善氧化沟流速分布、提高充氧能力的有效措施