關(guān)于浮筒式潷水器改進為旋轉(zhuǎn)式潷水器的設(shè)計

陳 俊，方躍飛，孫克欽

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 引言

序批式活性污泥法（SBR法）及其改良工藝（CASS工藝）處理城鎮(zhèn)生活污水，因具有池型簡單、占地面積小等特點，在城鎮(zhèn)生活污水處理廠建設(shè)中得到了較多的應(yīng)用。SBR或CASS生物處理池的工作過程主要分為進水曝氣（常規(guī)2 h）、沉淀（常規(guī)1 h）和排水（常規(guī)1 h）。潷水器用于排水階段，按時按量排放生物處理池的上清液，使SBR池或CASS池周而復(fù)始地循環(huán)運行。對于每天5萬t規(guī)模以下的城鎮(zhèn)生活污水處理廠，一般設(shè)2組CASS池（2條污水處理生產(chǎn)線），每組用4個CASS池來保證連續(xù)出水，每個CASS池設(shè)1～2臺潷水器，潷水時間1 h，潷水深度1.2～2.0 m（通常取1.5 m）。

SBR潷水器主要有三種形式：虹吸式、旋轉(zhuǎn)式、套筒式。但最常用的是旋轉(zhuǎn)式潷水器，國內(nèi)絕大部分都用旋轉(zhuǎn)式潷水器。北方某城市污水廠采用的浮筒式潷水器由于不能正常使用停滯多年，最后采用旋轉(zhuǎn)式潷水器設(shè)備進行改造的成功案列介紹[1-3]。

1 旋轉(zhuǎn)式潷水器主要結(jié)構(gòu)與原理

旋轉(zhuǎn)式潷水器由潷水堰口、下降管、潷水主管、可進行360°旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)支撐、滑動支撐、驅(qū)動裝置、自動控制裝置等組成。工作時在驅(qū)動裝置的作用下，潷水堰口潷水器底部回轉(zhuǎn)支撐中心線為軸向下作變速圓周運動 ，在此過程中SBR反應(yīng)池中的上清液將通過潷水堰口流入潷水下降管、在經(jīng)潷水主管排出。潷水工作完成后，潷水堰口以潷水器底部的回轉(zhuǎn)支撐中心線為軸現(xiàn)向上作勻速圓周運動，使?jié)呖谕Ｔ陂e置位置，該改造方案潷水器閑置位置高出最高水位150 mm，待進水、生化、沉淀等工序完成后再進行下一次潷水過程。

2 改造方案簡述

根據(jù)北方某污水廠提供的圖紙，SBR池寬20 m，長43 m，要求每個SBR池潷水量為1 500 t/h，潷水深度為1 700 mm。原來一個SBR池內(nèi)有兩臺浮筒式潷水器。出水孔之間距離為7 200 mm，出水孔距離池底3 200 mm。

（1）總體結(jié)構(gòu)

采用雙吊點旋轉(zhuǎn)式潷水器結(jié)構(gòu)，吊點之間距離為7 200 mm，下降管采用250 mm鋼管，共9根；潷水主管采用530 mm鋼管，采用三段結(jié)構(gòu)；堰口長度共14 000 mm。

（2）土建改造

利用原來的出水孔預(yù)埋套管，潷水主管在此處采用三通結(jié)構(gòu)，三通一端與出水主管連接，另兩端與潷水主管連接，見圖1。這樣該套管起到一舉兩得作用，在不動原來排水孔的作用下，既起到排水作用，同時起到支撐作用。同時防止該套管作用力不夠，我們在該三通套管底部采用三角支撐固定于墻壁上。同時潷水主管兩端還有三角支撐固定于墻壁上，因此共有四個三角支撐固定于墻壁上，強度完全滿足設(shè)備的重量要求和工作時的受力要求。中間有250 mm鋼管橫梁，同時在橫梁上再復(fù)設(shè)一“吊梁”結(jié)構(gòu)，加固強度。

圖1 三通止水結(jié)構(gòu)

采用這樣的結(jié)構(gòu)，優(yōu)點是能保證一個池內(nèi)兩套潷水器能同時潷水，不會造成一個池內(nèi)兩個潷水器不同步現(xiàn)象，從而不會導(dǎo)致潷水器潷水不均勻現(xiàn)象。另一個優(yōu)點是因為平臺上面原來沒有預(yù)埋鋼板，采用雙吊點可以分擔(dān)平臺的受力，從而保證土建強度。

（4）潷水器主管的構(gòu)造與制造

我們將池內(nèi)兩個潷水器合二位一成一個整體潷水器進行制造，從而保證潷水器堰口的水平度，同時在主管中間加一隔板，防止兩個潷水器產(chǎn)生紊流現(xiàn)象，使得每個潷水器各自將潷水水量流出池外。同時將出氣管設(shè)置在每兩個下降管中間的上側(cè)，這樣形成“三角架”的結(jié)構(gòu)，這樣既增加了潷水器的強度，同時又起到排氣的作用，這也是與其他廠家的獨特之處。

（5）潷水堰槽設(shè)計

潷水堰槽在SBR反應(yīng)池水面上，潷水主管在反應(yīng)池下部。潷水堰槽靠下降管支撐，并與下部潷

旋轉(zhuǎn)式潷水器的轉(zhuǎn)動是否靈活、平穩(wěn)，關(guān)鍵是軸與軸承的配合。采用獨特的結(jié)構(gòu)，不僅里面采用石棉盤根，防止?jié)鞴芘c軸承支座之間旋轉(zhuǎn)摩擦力過大，同時我們在外側(cè)采用優(yōu)質(zhì)的丁晴橡膠與潷水主管之間進行唇形密封，防止?jié)鞴軆?nèi)水漏入池內(nèi)。

軸承采用304不銹鋼制作，與軸承座焊接在一起。兩軸承的外側(cè)各設(shè)置一對止推板，防止?jié)鞴芩椒较蛞苿?。該結(jié)構(gòu)已經(jīng)應(yīng)用于多處污水廠，用戶反映良好。

（3）執(zhí)行機構(gòu)

采用雙吊點結(jié)構(gòu)，一套電動執(zhí)行機構(gòu)，吊點距離為7 200 mm，同時潷水器上吊點經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，水主管連成一體。潷水主管兩端適當(dāng)位置各固定一個環(huán)形的不銹鋼軸套，并安裝了兩只滑動軸承，潷水主管靠軸承座固定在池底的基礎(chǔ)上，它是整個潷水器的轉(zhuǎn)軸。在潷水主管兩側(cè)位置有一傳動桿與電動執(zhí)行器相聯(lián)。執(zhí)行器驅(qū)動傳動桿上下移動，傳動桿推動吊耳使?jié)鞴茉谒闹换瑒虞S承內(nèi)轉(zhuǎn)動。潷水堰槽隨潷水主管轉(zhuǎn)動而升降，其移動軌跡是繞潷水主管中心線的柱形弧面，上下移動的垂直距離以每周期的排水量而定。

潷水堰槽起收水作用，堰槽前壁是保持上沿水平的薄壁堰，將活性污泥沉淀后的上清水從水面表層潷入堰槽。清水經(jīng)過多根下降管向下匯入潷水主管，最后從排水管流出。

潷水主管與排水管之間用一個可轉(zhuǎn)動密封接頭相連接，這樣便解決了可旋轉(zhuǎn)的潷水主管與固定不轉(zhuǎn)的出水管的連接，也解決了可轉(zhuǎn)動接頭與潷水主管保持軸線同心度的問題。

潷水器設(shè)計要求潷水堰上沿必須與潷水主管軸線平行，潷水主管安裝要求兩端的水平誤差小于3.0 mm，這樣排水時才能保證堰上各處水量均勻，水流平穩(wěn)，不會擾動污泥層，保證出水質(zhì)量。

擋渣管是蓋在整個潷水槽上的活動蓋板。擋渣管后邊緣與潷水槽的后壁上邊沿用鉸鏈聯(lián)接。當(dāng)潷水堰槽前緣浸入水中時，擋渣管被水托起。水面表層的澄清水，繞過擋渣管的下沿，經(jīng)潷水堰板流入潷水槽。水面漂浮的雜物被攔截在擋渣管以外。設(shè)計要求水作用于擋渣管的浮力要基本等于擋渣板重力所形成的重力

端板的作用：a.封堵潷水槽兩端。b.遮擋漂浮物，防止雜質(zhì)從擋渣板兩端流入潷水槽，所以兩個端板面積較大，擋渣板始終在兩端板之間浮動。c.防止水面有集中水流繞過擋渣板兩端邊沿進入潷水器，以保持潷水器均勻、平穩(wěn)地潷水。

（6）潷水堰流量計算

潷水堰的流量與其浸入水面下的深淺H有關(guān)，與下降管的排水能力有關(guān)，反應(yīng)池內(nèi)水位高低也影響潷水堰的流量。設(shè)計潷水器時不可能精確地各種條件下的潷水堰流量，但是必須準確地核算其潷水能力的變化范圍，以確定潷水器排水量的性能參數(shù)。具體可見下面計算。考慮到春夏季水量變化，該潷水器在潷水高度1 700 mm，堰流負荷為35 L/m·s時，最大潷水量可達到1 750 t/h。同時池內(nèi)最低水位與池外水位差達到3 200 mm，流量完全能夠保證。

（7）下降管的設(shè)置

下降管在設(shè)計流量時的水頭損失應(yīng)小于最低水位時排水水頭；下降管最大流量時的水頭損失應(yīng)小于最高水位時的排水水頭。下降管采用共9根250 mm鋼管。

3 結(jié)構(gòu)特點

（1）自動控制裝置確保潷水器垂直下行速度恒定，既保證了后續(xù)水處理單元免受來水不均勻的沖擊，又保證了不翻動沉泥和浮渣，確保了出水水質(zhì)穩(wěn)定。

（2）堰流負荷根據(jù)水質(zhì)要求確定，取值合理；堰口設(shè)置微調(diào)裝置確保潷水過程中堰口始終處于水平位置，從而確保了潷水器按設(shè)定的堰流負荷均勻潷水。

（3）采用機械先導(dǎo)驅(qū)動潷水原理，潷水過程不受水位和浮力影響，潷水堰口始終按照設(shè)定的垂直速度下行潷水。

（4）特殊設(shè)計的水下回轉(zhuǎn)支承，采用密封式自潤滑支承結(jié)構(gòu)，具有密封可靠和磨擦小的特點；水上驅(qū)動裝置同步驅(qū)動兩邊推桿，確保機器長期無故障運轉(zhuǎn)。

（5）潷水主管和支管采用特制的厚薄均勻的不銹鋼304專用潷水管，具有整體剛性好無變形，不偏重等特點，確保機器運轉(zhuǎn)穩(wěn)定和壽命持久。

（6）采用浮筒式擋渣裝置，潷水開始前能推開堰口附近的浮渣，潷水過程能在堰口周圍形成一個無浮渣出水區(qū)域，確保整個潷水過程浮渣均無法進入潷水堰和潷水管。

（7）設(shè)有過載保護裝置保護潷水器各主要部件不因誤操作或其它意外事故而損壞。

（8）優(yōu)化設(shè)計的自動控制裝置（變頻器＋PLC可編程序控制器），具有根據(jù)污水廠工藝要求調(diào)整潷水速度、返程速度、潷水時間和停置時間的功能，并能實現(xiàn)過載保護和與中控室的聯(lián)網(wǎng)控制。

4 主要設(shè)計計算

主要設(shè)計計算見表1。

表1 設(shè)計計算表

5 結(jié)語

北方某污水廠原來采用浮筒式潷水器，不能有效地潷去上清液，采用旋轉(zhuǎn)式潷水器后使該污水廠起死回生，達到國家規(guī)定的污水廠設(shè)計量要求；同時在原來采用浮筒式潷水器設(shè)備的池體上進行改造采用旋轉(zhuǎn)式潷水器，大大節(jié)省了土建費用；采用中控室集中控制，自動化程度高，目前使用狀況非常好。

[1]上海市政工程設(shè)計研究院.給水排水設(shè)計手冊(第九冊)專用機械[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2000.

[2]李金根,盧德純.旋轉(zhuǎn)式潷水器的均量潷水設(shè)計[J].中國給水排水,2003,19(5)：82-84.

[3]金宏,張大群,王長生.旋轉(zhuǎn)式潷水器的開發(fā)設(shè)計[J].中國給水排水,2002,18(5)：56-57.