《环保设备》活性污泥法新工艺专用设备

1、第三章 水污染控制机械与设备3.4 活性污泥法新工艺专用设备活性污泥法新工艺专用设备 从国外的发展历程来看，一种新型处理工艺的问世总伴随着一批专用设备投向市场，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，Orabal氧化沟工艺推出了转碟曝气机；SBR工艺推出了滗水器等。一、氧化沟处理工艺中的曝气设备二、滗水器三、三相分离器一、氧化沟处理工艺中的曝气设备 曝气设备是影响氧化沟处理效率、能耗及稳定性的关键之一，不仅兼有充氧、推流、混合等功能，还决定着氧化沟的占地面积和基建投资。新型高效曝气设备的研究已经成为推动氧化沟处理技术发展和节能降耗的重要因素。 除了Carrous

2、sel氧化沟工艺可以使用倒伞形（又称辛姆卡型）表面曝气机之外，其余氧化沟工艺大多使用水平轴式表面曝气机械，其形式有多种，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、转盘（碟）。氧化沟动画演示1、转刷式表面曝气机（结构分类、主体、工作原理）2、转盘（碟）式表面曝气机（结构分类、主体、工作原理）3、表面曝气机的传动设计4、水平轴式表面曝气设备的发展趋势其中第1、2两个问题是重点！1.转刷式表面曝气机 （1）总体构成与分类 一般用于Pasveer氧化沟。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 Reodiger公司的转刷，用于矩形曝气反应池。 转

3、刷曝气机具有推流能力强、充氧负荷调节灵活、效率高且管理维修方便等特点。 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构成。动画演示按整机安装方式可分为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。也可根据氧化沟池型特点设计成桥式，构成行走通道。桥式转刷曝气机示意图 浮筒式：整机安装在浮筒上，浮筒内充填泡沫聚氨酯，以防止浮筒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

4、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，增加与空气混合，可以提高充氧量。 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度夹角。 按减速机输出轴与转刷主体间连接，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固定转刷主体，减速机输出轴与转刷主体输入轴之间采用联轴器或其他机械方式传动连接。 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。（2）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。传

5、动轴一般采用厚壁热轧无缝钢管或不锈钢管加工而成，转刷直径系列在 500 1000mm之间。 刷片在传动轴上的安装排列形式 螺旋式：刷片沿传动轴轴向螺旋排列，每圈叶片呈放射状径向均布。圈与圈之间留有间距，增大水-空气混合空间。 错列式：转刷叶片沿轴向呈直线错列状排列，叶片分布与前相同。刷片结构 刷片由多条冲压成形的叶片用螺栓连接组合而成，叶片多采用不锈钢或浸锌碳素钢板制作，特殊情况下采用钛合金钢板材加工，但成本较高。 叶片形状有矩形、三角形、T型、W型、齿形、穿孔叶片等。矩形应用最多，叶宽一般5076mm，厚度23m。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

6、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。（3）作用原理 作用有两个：一是向污水中充氧，使污水呈水滴飞溅状切向抛出水面与裹入的空气强烈混合，完成氧向水中的转移；二是推动混合液以一定的流速在氧化沟中循环流动。 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，最大水深不宜超过3.5m。（4）充氧能力和轴功率 转刷充氧量及轴功率的测试，是在标准状态（水温20C、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。在曝气机转

7、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。其单位长度转刷轴功率，可作为类比、估算设计参考，并使整机动力匹配合理。 清华永清双益环保科技有限公司采用其专利技术研制成的YHG型转刷曝气机：减速机采用圆锥-圆柱齿轮二级传动，所有齿轮均为硬齿面，承受能力大，因而结构紧凑、体积小、重量轻、运转平稳。采用弹性齿式联轴器，传递扭矩大、允许一定的径向和角度误差，安装方便，轴向游动量大。使转刷轴在温差较大时有伸缩余地。尾部采用调心轴承及游动支座，可以克服安装误差，自动调心。2.转盘（碟）式曝气机（Rotary Dis

8、c Aerator） 主要用于Orbal型氧化沟，具有工作水深大、充氧能力强、充氧效率高、结构简单、组装灵活等特点，尤其节能控制和减少占地方面具有明显优势。 在保证满足混合液推流速率及充氧效率的条件下，使用有效水深可达4.3m5.0m。（1）总体构成与分类 整机由电动机、减速传动装置、传动轴及曝气盘等主要部件组成。曝气机横跨沟渠，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 卧式安装：电动机输出轴线为水平状，其减速机输入轴与输出轴为同轴线或平行状。按减速机输出轴与其直联连接传动轴的数量，分为单轴式和多轴式。 按减速机输出轴与转盘传动轴间的连接，分为轴承座过渡连接与悬臂连接 有轴承

9、座过渡连接：是指转盘传动轴两端设置轴承座；悬臂连接则采用柔性联轴器代替其中一个轴承座。（2）转盘构造 转盘是曝气机的主要工作部件，由抗腐蚀玻璃钢或高强度工程塑料压铸成形。常见形式有如下两种， 之一：转盘盘面自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）。之二：四棱锥凸块与圆形凹穴之间呈直线排列 盘面四棱锥凸块为非对称垂面棱锥体，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。也可以将每个四棱锥凸块的迎水面设计为凹曲面形状，这样在盘面转动时，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

10、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。目前转盘直径系列在 1400mm以下，其厚度在1012.5mm之间，圆形凹穴直径 12.5mm。 转动轴采用厚壁热轧无缝钢管或不锈钢管加工而成。（3）作用原理 转盘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，使露出的转盘上部盘面形成帘状水幕；同时由于凸块切向抛射作用，液面上形成飞溅分散的水跃；另外，凹穴中载入和裹进的空气与水进行混合，使空气中的氧向水中迅速转移溶解。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，

11、即推流水头。 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，其效果较好。（4）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（通常采用两级变速）；b、改变转盘的浸没深度；c、增减转盘盘数；d。改变转盘旋转方向。 转盘的浸没水深一定时，转盘转速增高，充氧量随之升高，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。 对目前转盘直径 1372 1400mm的工作转速在4355r/min之间。 在任一转速和工作水深的条件下，充氧能力随转盘浸没深度的增加而

12、提高。 当浸没深度达到一定值时，充氧能力提高十分迅速，但超过一定的上限值时，充氧能力基本保持稳定。目前使用的曝气转盘，浸没深度为0.230.53m之间。 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，每米轴长可装5盘，在实际运动中，为了减小安装、拆卸的工作难度，转盘最大安装密度以每米轴长装4盘左右为宜。 当旋转过程中四棱锥凸块的垂面先与水下接触时（下转），充氧能力最大；当反转过程，凸块角先与水接触时（上转）动力效率最大。 正、反转充氧量及动力效率的变化 由于盘面四棱锥凸块为非对称垂面棱锥体，根据国外公司 1380mm、浸没深度为0.533m、转速为4355r

13、/min时转盘的测定数据表明：Kg/(盘.h) 设置前后（上下游）导流板可增加转盘的充氧能力 氧化沟最常见的弊病是沟内上部流速大，下部流速偏小，造成沟底部淤泥的沉积，为此加装前后导流板。 前导流板起整流、均布上下流速和加大氧化沟底部流速的作用；后导流板主要起压水花和压气的作用，减少曝气转盘因水浪水花引起的氧气散失，提高溶解氧的转移效率，而使水流的混合更加彻底。 1372转盘充氧能力与转速关系曲线（浸没深度530mm）轴功率的测试 目前还没有根据转盘外形尺寸来推导计算转盘轴功率的理论公式，轴功率多从实验中获取数据或采用类比法进行计算。当转盘浸没深度一定时，轴功率随转速升高而增大，两者成线性变化关

14、系。3.曝气机的传动设计 传动部分应保证在正常情况下连续安全运转，满足对曝气机转速调节的要求；同时要求传动效率高，降低耗电量。 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： 无极调速：处理要求较高，水质水量不稳定的场合； 有级调速：按几个固定转速运转，污水处理要求稍低； 定速：只能以一种速度运转，用于处理工艺比较成熟及负荷条件较稳定的场合。传动设计的内容（1）电动机选择（2）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 水平轴式表面曝气传动轴的设计：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。立卧式机组沟外安装平面图 立式机组

15、沟内安装平面图4、水平轴式表面曝气设备的发展趋势 常规水平推流式表面曝气机，只适用于水深3.03.5m左右，使得氧化沟占地面积增大，由于设备充氧能力和推流能力较低，沟底积泥较多，不能完全满足氧化沟，特别是大型氧化沟的需要。 另一方面，在实际运转操作中很难分别独立控制充氧量和流速。尤其是对除磷脱氮要求较高，效果不好。 为此有以下两种措施： （1）微孔曝气板+螺旋桨式搅拌机 用两个完全独立的设备进行充氧及搅拌，因此可分别控制流速及DO，并能够高效简单地运行操作。（2）曝气转刷+低速潜水推流器 在水深大于3.5m时附加低速潜水推流器，使得工作水深达到8m没有任何问题。除了连续运转外，在长期或短期高含

16、氧量交替缺氧期间可作间歇性运转，使反应池中的污水保持一定的流速，避免沉积。SBR动画演示SBR (Sequencing Batch Reactor ，序批式活性污泥法)二、滗水器的结构及其设计 滗水器（water decanter，或称撇水机）是SBR及其变型工艺中最常用的关键设备，用于排除与活性污泥分离后的上清液，其主要功能应满足如下要求： （1）追随水位连续排水的性能：为分离澄清后的上清液，滗水器的集水器应靠近水面，在上清液排出的同时，能随反应池水位的变化而变化，具有连续排水的性能。 （2）定量排水的功能：运作时应不扰动沉淀的污泥，又不将池中的浮渣带出，按规定的流量排放。 （3）有高可靠性

17、：在排水或停止排水的运行中，有序的动作应正确平稳、安全可靠、能耗小、使用寿命长。1.滗水器的形式与分类（1）固定式滗水器 不随水位的变化而运动，仅适用于不追随水位变化的场合。（2）升降式滗水器 在滗水过程中始终追随水位的变化，通常又分为柔性管滗水器、刚性管滗水器。 刚性管滗水器又分为套筒式滗水器、旋转式滗水器、肘节式滗水器、堰门式滗水器等几大类。（1）固定式滗水器 也可称为管式滗水器，一般由固定不变的排水管组成。如虹吸管式、双层固定管式、固定短管式。虹吸式滗水器 虹吸式滗水器由澳大利亚AAT公司在20世纪80年代中期开发，主要分为一组垂直的排水短管、U形管及排水总管三大部分，其实际上是一组淹没

18、式流出堰。 进水阶段开始后，系统内水位逐渐上升，排水短管和U形管液面之间形成气封。 U形管一端高出水面，一端低于反应池的最低水 位，高端设电磁阀与大气相通，低端接出水管以排出上清液。 反应及沉淀阶段结束后，打开电磁阀，放出部分被封的空气，滗水阶段开始，此时电磁阀随即关闭。当水位降到低于滗水器虹吸横管时，出水水流进入虹吸状态。 当液位降至低于排水短管下口1cm处时，电磁阀再次被打开，虹吸管内进入空气，虹吸被破坏，停止滗水。准备下一次循环。双层固定管式 利用手动阀或电磁阀完成滗水工作，由于曝气时管内会流入污水，所以排水时必须先排污水，在集水口需考虑防止浮渣进入。固定短管式 也称为固定深度滗水器(F

19、ixed-depth decanter)，没有集水管，直接由池壁伸出排水管，靠手动阀的启闭进行操作，一般作为事故时的备用。(2)柔性管滗水器 属于升降式滗水器，一般由浮箱、堰槽、柔性排水管和导轨组成，追随水位变化的力可以是恒浮力，也可以是变浮力或机械力。柔性排水管可以是橡胶管或波纹管，考虑到管子越粗柔性越差，故采用柔性管作排水管时，滗水器一般不宜过大。注气式柔性管滗水器；钢索式柔性管滗水器；门控式柔性管滗水器；可调节柔性管式滗水器。注气式柔性管滗水器 依靠给浮筒或浮箱内注气，产生浮力，使滗水器闲置；反之进行滗水。由于其追随水位变化的力是浮力，故通常称为浮箱式滗水器。 北京海斯顿环保设备有限公司

20、WDF浮筒式滗水器主要由浮筒、滗水堰、伸缩管、导轨、阀门等组成。 工作原理：浮筒下部连接的伸缩管可随浮筒的沉降而自如伸缩。通过对滗水器的重量和浮筒浮力的计算，使浮筒始终根据水位的变化而变化，而使滗水堰处于水面之下，并始终处于滗水状态。滗水深度靠导轨的行程控制，是否滗水靠外部的阀门控制，阀门开启量的大小可调节滗水量。因滗水堰在水下，浮渣不会流入，但曝气时会流入污水，滗水前必须先排滗水管内所积存的污水。门控式柔性管滗水器 主要由浮箱、阀式堰口（拍门）、排水管、导向轮组和气动元件组成。由于该类滗水器追随水位变化的力是浮力，故其滗水量一般不宜超过100m/h，以减小初始滗水与正常滗水时的浮力差，防止发

21、生下沉现象。 工作时先由配重块局部调节好堰口初始状态下的浸没深度，然后开通气源，气缸内活塞移动，开启堰口拍门进行溢流出水；排水工作完成后，关闭气源，使气缸于静止状态，拍门靠自重复位，同时拖动气缸内的活塞回复原位，等待下一个循环动作。可调节柔性管式滗水器 滗水器主体为不锈钢材料，通过柔性波纹管将T型排水系统与收水系统相连，收水系统由 浮筒及进水头组成。由于浮筒的浮力，使滗水器的进水头可随水面的变化而变化，可保证排水时水面上的浮渣不会进入排水管内。 进水头由气缸、阀门、曲轴等组成，开始排水时，通入压缩空气至气缸，由气缸中的气动活塞带动曲轴打开闸门，浮动进水头开始排水；停止排水时，只需将输气软管中的

22、空气排出，通过曲轴将闸门关闭，滗水器不工作时，闸门处在常闭状态。 深圳中兴环境工程技术有限公司2500m/h全不锈钢无动力浮筒式滗水器，长16.8m、宽9.3m，是目前国内所用滗水器（含国内外在用产品）单台处理能力最大的产品。正在安装的ZFD2500滗水器曝气池中的ZFD2500滗水器（3）刚性管滗水器 主要有手动式滗水器、套筒式滗水器、旋转式滗水器、肘节式滗水器。手动式滗水器 早期的SBR系统均采用人工手动方式进行滗水，常见的是在反应器的不同高度上设置排水阀或排水泵，根据运行周期定时定量地排出处理后的上清液。其结构较为简单，适用于滗水量和滗水深度都不大的反应池，定期、定时手动操作，排水完毕即

23、使之闲置。套筒式滗水器 套筒式滗水器有丝杠式和钢绳式两种，其基本原理都是通过电动机带动丝杠（或钢绳）连接的浮动式水堰上下运动，堰的下端连接着若干条一定长度的直管，直管套在一个带有橡胶密封的套筒上，直管可随堰一起运动（类似天线式的结构）。套管的末端固定在反应池底，与排水管相连。上清液由堰流入，经套管导入排水管后排出反应器。 套筒式滗水器的滗水高度0.81.2m。其缺点是滗水深度受外套管容纳内套筒长度的限制，不能满足某些滗水深度大于2/5池内水深的工艺要求。旋转式滗水器（revolving water decanter） 目前在较大规模SBR工程中应用较为广泛，滗水深度一般可至3m左右。一般主要由

24、集水管或集水堰槽、支管、主管、支座、回转接头、传动装置、控制系统等组成。工作过程中，集水堰槽绕出水汇管做旋转运动。 旋转式滗水器通过旋转接头来连接两端管道，以保证堰口的上下运动。由于既要起到承受管道径向力和轴向力的轴承作用，又要起到能够在各个角度下都可以很好地连接两段管道的作用，因此旋转接头的设计显得尤为重要。 常见的旋转式滗水器有如下几种： 压筒旋转式滗水器 注气旋转式滗水器 绳索牵引旋转式滗水器 螺杆传动旋转式滗水器1、压筒旋转式滗水器：靠浮箱和回转接头追随水位变化，当需要停止滗水时，由气源供气，气缸将浮箱下压，使集水管口抬高，从而使滗水器处于闲置状态； 当需要滗水时，气源向气缸另一端供气

25、，气缸内的推杆后缩，使浮箱处于上浮状态，集水管排水，使池内的上清液源源流入集水管，从而完成滗水动作。2、注气旋转式滗水器：滗水时使浮箱泄气进水，集水管下沉，排出一定气体后开始滗水，直至滗水结束。然后启动空压机，使浮箱内进气，排出浮箱内的水，浮力增加将集水口抬起，高出水面而停止滗水，滗水器处于闲置等待；池内水位升高时，浮箱带动集水口一起上浮，直到下一循环。 由于滗水过程中不同角度的重力不同，故应允许流量稍微有变化。若要实现恒流量，则在设计时保证浮力的应变是关键，必须使得浮力的应变量应始终等于重力的增加量。3、绳索牵引旋转式滗水器：闲置时，由钢丝绳卷筒将集水口吊离水面。滗水时，钢丝绳卷筒放松，由于

26、相对于总管及回转接头中心的重力力矩大于浮力和各部摩擦力产生的力矩之和，因此集水口降至水面开始排水。 4、螺杆传动旋转式滗水器：又称电动推杆滗水器。当需要排水时，控制元件给出信号指令，传动装置工作，螺母正反转，螺杆均速上下移动，撑杆按照一定轨迹运动。 控制柜由PLC等元器件构成，可以同时控制滗水、曝气、清除污泥、预警事故等动作。肘节式滗水器 a.阀控肘节式滗水器：浮筒和集水堰槽自由漂浮在水面上，滗水靠外部的阀门控制。集水口位于水下，浮渣不会流入，但曝气时会流入污水，滗水前必须先排污水。 b.螺杆传动肘节式滗水器：由螺杆控制集水堰槽升降，由多节直管及旋转接头组成肘节，从而能追随水位变化。 当进水水

27、位的上升速度大于集水堰槽堰口的上升速度时，可以考虑将电机改为变极电机，使集水槽复位速度加快；也可以考虑采用开合螺母，当集水堰槽上移时，开合螺母脱开，使集水堰槽依靠浮力上移。后者的优点是可实现随机控制，缺点是传动机构变得复杂，且滗水前螺杆必须克服集水堰槽较大的浮力。新型浮筒式滗水器其实就是可调柔性管式滗水器 旋转式滗水器由于其结构复杂，制造成本较高，产生故障机会增多，维修成本增加，又消耗电力，水下轴承需严格维护才能保证正常运行。 针对旋转式滗水器的不足，在瑞典和美国首先开发出新型浮筒式滗水器。现在国内有少数厂家也正在模仿、制造这种滗水器。目前市场现有的国产产品，单台排水量不大于1500m/h，产

28、品结构性能不够稳定，影响了浮筒式滗水器的推广使用。ZFD浮动式滗水器是一种T型（含双T型）组合结构的排水设备。由3个主要部分组成：浮筒、带有防渣球阀的滗水管、与滗水管相连的带有柔性软管的排水管。水下部分全部采用不锈钢。滗水器的运行由池外的排水阀控制。 需要滗水时，只要开启排水阀，便在滗水器的进出口间产生一个水力压差，使得滗水管防渣球阀开启，让水流入滗水器。关闭排水阀时，滗水器内外的水压平衡，防渣球阀关闭，滗水停止。 ZFD浮动式滗水器可根据具体项目要求的排水量、池子大小、液体上下水位、穿墙管高度以及池外水力学等参数专门设计。滗水高度和排水时间可在0.53.0m和0.52h之间按污水处理的工艺要求选定。镇江新区污水处理厂（20000t/d）“SBR”池中的两台滗水器产品特点1.本设备基于重力和浮力的平衡自动升降、控制简单;2.无机械传动，结构简单，运行可靠，维修方便；3.特殊的收水结构，确保浮渣不进入排