污水處理是當(dāng)今環(huán)境保護(hù)部門和企業(yè)解決環(huán)境污染中廢水污染的一項(xiàng)重要措施 ,潛水?dāng)嚢杵魇且环N新型、高效的潛水?dāng)嚢柩b置 ,適用于工業(yè)和城市以及農(nóng)村污水處理場(chǎng)曝氣池和厭氧池污水的處理。潛水?dāng)嚢杵髦饕蓾撍姍C(jī)、密封機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪、手搖卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)、電氣控制等部分組成。潛水?dāng)嚢杵鬓D(zhuǎn)輪在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)攪拌液體產(chǎn)生旋向射流,利用沿著射流表面的剪切應(yīng)力進(jìn)行混合,使流體以外的液體通過摩擦產(chǎn)生攪拌作用,在極度混合的同時(shí),形成體積流,應(yīng)用大體積流動(dòng)模式得到受控流體的攪拌推流輸送^[ 1] 。
1 G內(nèi)外發(fā)展情況
 
對(duì)G內(nèi)幾家生產(chǎn)環(huán)保設(shè)備的公司(江蘇亞太水工機(jī)械集團(tuán)有限公司和南京藍(lán)深集團(tuán)公司)進(jìn)行調(diào)研,結(jié)果表明,到目前為止,G內(nèi)對(duì)潛水?dāng)嚢杵鞯脑O(shè)計(jì)還停留在根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和測(cè)繪進(jìn)行設(shè)計(jì),通過試驗(yàn)來檢驗(yàn)和分析 ,以對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行重新設(shè)計(jì)(如打磨葉片、改變?nèi)~片的安放角等),獲得不超功率、攪拌直觀效果較好的轉(zhuǎn)輪。通過周而復(fù)始的進(jìn)行調(diào)整和修改,**后得到視覺比較理想的攪拌效果,從而確定葉片的形狀和安放角。這種做法帶有一定的盲目性,需要花費(fèi)很大的人力和財(cái)力 ,造成很大的浪費(fèi)。
 
G內(nèi)對(duì)潛水?dāng)嚢杵鞯难芯肯鄬?duì)較少。同有些水力部件一樣,我G早期的潛水?dāng)嚢杵骰径际沁M(jìn)口的產(chǎn)品,只是在**近幾年,一些大的企業(yè)或是與G外的企業(yè)合資引進(jìn)對(duì)方的技術(shù),或是買一些G外的產(chǎn)品,對(duì)其進(jìn)行測(cè)繪研究,從而形成自己的產(chǎn)品。
 
從 20世紀(jì) 90年代開始,南京藍(lán)深集團(tuán)公司對(duì)潛水?dāng)嚢杵鬟M(jìn)行了規(guī)?；纳a(chǎn),也組織了一部分科研人員對(duì)其進(jìn)行開發(fā)研究,但是很多都是在根據(jù)測(cè)繪的基礎(chǔ)上開發(fā)的 ,對(duì)于效果不好的潛水?dāng)嚢杵鲗?duì)其進(jìn)行打磨和葉片切割,從而形成了一系列產(chǎn)品。
 
1997年藍(lán)深集團(tuán)公司對(duì)它的潛水?dāng)嚢杵鬟M(jìn)行了產(chǎn)品鑒定 ,鑒定成果獲得了機(jī)械工業(yè)部的 3等獎(jiǎng)。藍(lán)深集團(tuán)是我G對(duì)潛水?dāng)嚢杵餮芯块_發(fā)投入較大的企業(yè)。其余的企業(yè)有的依靠測(cè)繪,有的靠引進(jìn)技術(shù)來生產(chǎn)產(chǎn)品。藍(lán)深集團(tuán)公司的成果盡管沒有實(shí)質(zhì)性的突破進(jìn)展,但是具有很好的參考價(jià)值。
G外潛水?dāng)嚢杵?*早由瑞典的飛力公司成功研制。1976年飛力公司推出了世界上**臺(tái)潛水?dāng)嚢杵? 1992 年推出新一代的潛水?dāng)嚢杵??？偛吭O(shè)在瑞典shou都斯德哥爾摩的 1901年成立的 ITT飛力公司,它是全球**大的水泵制造集團(tuán)———ITT工業(yè)公司的全資子公司 ,是全球潛水泵、潛水?dāng)嚢杵骱推貧庀到y(tǒng)的**供應(yīng)商。飛力公司在流體技術(shù)*域已積累了 50多年的經(jīng)驗(yàn),飛力的工程師掌握著當(dāng)今世界上**先進(jìn)的技術(shù),用來設(shè)計(jì)各種流體產(chǎn)品。公司生產(chǎn)的產(chǎn)品被廣泛用于各行各業(yè),尤其在污水處理、隧道、機(jī)場(chǎng)、礦山、港口、大樓、農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖等行業(yè)擁有較高的市場(chǎng)占有率。在G際上,飛力公司一直是高效率、高質(zhì)量、多用途產(chǎn)品的代名詞。今天 , ITT飛力在包括中G在內(nèi)的 130多個(gè)G家都設(shè)有分公司或辦事機(jī)構(gòu)。該公司所有的產(chǎn)品都通過了當(dāng)今**為嚴(yán)格的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn),包括 ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證和 ISO14001、EMAS質(zhì)量體系認(rèn)證。在中G飛力公司中標(biāo)了許多G家重點(diǎn)工程 (如上海市南區(qū)污水輸送干線改造工程)。從以上可以看出,飛力公司產(chǎn)品的質(zhì)量好,攪拌效果好,所以在中G可以開拓更大的市場(chǎng)。攪拌的效果,取決于液體的密度和粘度,以及池子的體積 /形狀。池形較大時(shí),需要 1臺(tái)以上的潛水?dāng)嚢杵鳌?br />  
由于中G的污水處理工程項(xiàng)目很多,潛水?dāng)嚢杵鞯氖袌?chǎng)巨大,因此瑞士海斯特股份有限公司、瑞典 ABS公司、瑞士蘇爾壽等大型跨G企業(yè)也都投入人力財(cái)力來開發(fā)研制潛水?dāng)嚢杵?以**到中G來開拓市場(chǎng)^[ 2 -3] 。
2 農(nóng)村生活污水的主要特點(diǎn)
 
農(nóng)村生活污水來源廣, 水質(zhì)相似;雜質(zhì)多, 占總量的 0.1% ～1.0%,其余 99.0%以上是水 。 ①含大量有機(jī)物 ,占全部懸浮物的 3 /4以上 , BOD300 ～ 500 mg/L,主要包括纖維素、油脂、肥皂、蛋白質(zhì)及其分解產(chǎn)物。一般不含毒物。②無機(jī)雜質(zhì)以泥沙、礦物廢料及溶解鹽類居多。 ③適于微生物繁殖,含大量細(xì)菌和病原體。 ④肥效較高。 ⑤水量和水質(zhì)與季節(jié)、居民生活狀況 、生活習(xí)慣用水量有關(guān),年排放量約 100億 t,處理率 9%。
 
針對(duì)農(nóng)村生活污水的特點(diǎn) ,研究適合農(nóng)村污水水質(zhì)及水量的潛水?dāng)嚢杵?對(duì)于大量生活污水的處理具有極其重要的作用,它提供了一種新方法,能有效地緩解污水處理占地面積大、投資高這一主要矛盾,具有極大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
 
研究是以流體力學(xué)、三相流混合理論、微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)及其吸附、分解、沉降等理論為基礎(chǔ),分析深池污水處理時(shí)所產(chǎn)生的流場(chǎng)、氧溶解等機(jī)理,并針對(duì)污水處理工藝、污水濃度、深池大小、形狀、深度等參數(shù),研究污水在厭氧或好氧處理時(shí) ,使用攪拌器進(jìn)行深池污水處理的**佳條件。這樣可以有效地提高處理效率、降低噪聲、減少占地面積、節(jié)省成本 , 而且安裝方便、工作可靠、能迅速推廣。
3 潛水?dāng)嚢杵鞯闹饕饔?br />  
潛水?dāng)嚢杵鞯膽?yīng)用擴(kuò)展了污水處理工藝設(shè)計(jì)的空間,為
 
一些新工藝、新技術(shù)的開發(fā)提供了條件。近年來,我G許多重點(diǎn)污水處理工程如北京高碑店污水處理廠、青島李村河污水處理廠、威海污水排海工程都采用了潛水?dāng)嚢杵?并取得了滿意的效果。但由于人們認(rèn)識(shí)的局限,目前在G內(nèi)的污水處理工程中,這類設(shè)備還沒有得到更為廣泛的應(yīng)用。潛水?dāng)嚢杵鞯膽?yīng)用與設(shè)備的分類、池型的選擇以及池體的水力學(xué)設(shè)計(jì)有密切關(guān)系 ,因此 ,在工程應(yīng)用方面要重點(diǎn)考慮這些問題。
 
潛水?dāng)嚢杵鞯姆诸悰]有嚴(yán)格明確的標(biāo)準(zhǔn),但不同產(chǎn)品本身的技術(shù)指標(biāo)與特性決定了其用途與應(yīng)用條件 ,可分為高轉(zhuǎn)
 
速 、小葉輪的產(chǎn)品 ,其作用偏重于混合攪拌;另一類是低轉(zhuǎn)
 
速 、大轉(zhuǎn)輪,其功能主要表現(xiàn)在推流和水力循環(huán)方面,前者稱
 
為 “攪拌器 ”,后者為“推進(jìn)器”。
 
“攪拌器”的轉(zhuǎn)速一般為 100 ～ 1 500 r/min,葉輪直徑通常在 900 mm以下。其特點(diǎn)是:流速高、紊流強(qiáng)烈、流場(chǎng)的流速梯度大、作用范圍小,這類產(chǎn)品適用于池體空間小或?qū)?GT 值有一定要求 ,以混合攪拌為主的處理單元中。如物化處理工藝中的混合池、反應(yīng)池 ,生化處理系統(tǒng)中的選擇池 (Selec-tor)、厭氧池等 。采用“攪拌器”,單位池容輸入的功率較大 , 使得可選用“攪拌器”的池型很多 ,對(duì)池體的水力學(xué)設(shè)計(jì)要求也不甚嚴(yán)格,因此其應(yīng)用較為靈活 ,易于掌握。 “推進(jìn)器”轉(zhuǎn)速一般都低于 60 r/min,葉輪直徑 1 200 ～ 2 500 mm,且直徑大于 1 800 mm的“推進(jìn)器”**為常用,其特點(diǎn)是:流場(chǎng)分布較為均勻、流速低緩、但作用范圍大,這類產(chǎn)品適用于對(duì) GT值沒有要求、池體空間較大,以水力循環(huán)、保持流速為目的的處理構(gòu)筑物中。 “推進(jìn)器 ”的單位池容功率消耗指標(biāo),主要取決于池體的水力學(xué)設(shè)計(jì)與“推進(jìn)器”的效率^[ 4-5] 。
 
在工程應(yīng)用方面 ,潛水?dāng)嚢杵髟谖鬯幚?域中主要有以下 4方面的用途。
 
(1)水力循環(huán)應(yīng)用 “推進(jìn)器”進(jìn)行水力循環(huán)是一種高效節(jié)能的手段。尤其在污水生化處理中的厭氧池、缺氧池和氧化溝中,其應(yīng)用十分廣泛。由于在這類池中只需提供必要的循環(huán)流速,就可以保持池內(nèi)的混合液呈懸浮狀態(tài) ,使微生物與基質(zhì)充分接觸,因此其池型多采用 Carousel池型 ,通過 “推進(jìn)器”輸入的能量,形成連續(xù)循環(huán)水流。這種設(shè)計(jì)不僅能有效地保持混合液懸浮,而且由于池內(nèi)循環(huán)水流的流量通常高于進(jìn)水流量數(shù)十倍,甚**上百倍,使池內(nèi)水流產(chǎn)生了巨大的稀釋均化能力,因而這種反應(yīng)器具有耐受沖擊負(fù)荷的優(yōu)良工藝特性。同樣在氧化溝設(shè)計(jì)中 ,表曝設(shè)備兼有充氧與水力循環(huán)的雙重功能。在工程中往往會(huì)因水質(zhì)和水量變化而需要調(diào)整充氧能力時(shí),難于兼顧池內(nèi)的循環(huán)流速,造成溝內(nèi)沉泥、積泥的問題。增設(shè) “推進(jìn)器 ”便可以有效地解決其積泥問題。而且進(jìn)行這項(xiàng)技術(shù)改造并不復(fù)雜,且投資有限。這種設(shè)計(jì)不僅可以用于生化處理系統(tǒng)中 ,還可以將其應(yīng)用到污水排海工程的預(yù)處理系統(tǒng)中。在污水泵站前 ,設(shè)置貯水池以均衡出水流量 ,保證放流管系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。
 
(2)提高傳氧效率在污水生化處理系統(tǒng)中極其重要,曝氣是維持好氧微生物正常代謝的基本手段 ,水下曝氣系統(tǒng)的傳氧效率又與水深有著直接的關(guān)系。在曝氣池中采用 “推進(jìn)器”將曝氣池設(shè)計(jì)成上述連續(xù)循環(huán)流池型,在循環(huán)流速的作用下,能夠改變由曝氣頭釋放 “氣泡 ”的路徑、增大“傳氧水深”,提高傳氧效率。采用這種設(shè)計(jì)通?？墒蛊貧庀到y(tǒng)的傳氧效率提高 15%左右,節(jié)省污水處理的能耗與運(yùn)行費(fèi)用。
 
(3)混合攪拌隨著污水生化處理技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了分格、分段處理的工藝。當(dāng)單格池容較小時(shí),可將每格設(shè)計(jì)成正方形平面或圓形平面,并在每格中設(shè)置一臺(tái) “攪拌器”。這類反應(yīng)器的布置方式十分靈活,在圓形池中可以布置任意位置,只要產(chǎn)生的推力與水流方向一致即可。在矩形池中則要求布置在池壁的夾角處,設(shè)計(jì)中應(yīng)注意水流方向的選擇。當(dāng)單池容積較大(如超過 800 m³ )時(shí),應(yīng)當(dāng)通過技術(shù)方案比較來確定采用“攪拌器”還是“推進(jìn)器 ”。一般而言,單池池容越大、池面越大 ,采用“推進(jìn)器”越經(jīng)濟(jì)。
 
(4)水體的水質(zhì)改善在許多受到污染的水體和污水處理所用的深度處理塘中,往往會(huì)遇到因水深較大、水流滯緩、水體表面復(fù)氧不能保證深水區(qū)溶氧要求時(shí) ,可以設(shè)置“攪拌器 ” 進(jìn)行“人工呼吸 ”,為深水區(qū)復(fù)氧,改善整個(gè)水體的水質(zhì)。這種“人工呼吸”技術(shù)是一種簡(jiǎn)單有效的水質(zhì)改善手段^[ 6] 。
4 潛水?dāng)嚢杵鞯膽?yīng)用前景
 
潛水?dāng)嚢杵魇且环N作用特殊、運(yùn)行簡(jiǎn)單可靠、易于安裝維護(hù)、且價(jià)格并不昂貴的設(shè)備,不論是新建工程項(xiàng)目,還是在原有項(xiàng)目的改造上 ,其都有廣泛的應(yīng)用前景。進(jìn)一步掌握這類設(shè)備的技術(shù)特性,合理正確地使用這種設(shè)備,對(duì)于推動(dòng)我G污水處理行業(yè)的技術(shù)裝備水平有著積極的意義。
 
G內(nèi)污水處理具有廣闊的市場(chǎng)前景,這也說明了在相關(guān)*域的研究還很薄弱,而且目前G內(nèi)污水處理設(shè)備大部分依靠進(jìn)口 ,美G的 AEROMIX公司已經(jīng)開始著手進(jìn)行了相關(guān)項(xiàng)目的研究,并有了初步的產(chǎn)品,但價(jià)格昂貴,不太適應(yīng)G內(nèi)市場(chǎng)的現(xiàn)狀。此外,近年來連續(xù)發(fā)生的干旱再次顯示出,污染使中G水源損失極為嚴(yán)重。而中G迅速進(jìn)行的工業(yè)化、城市化,不可避免地會(huì)加快農(nóng)村水污染速度,因此,研究和開發(fā)高效攪拌器對(duì)污水處理具有很大的現(xiàn)實(shí)意義^[ 7] 。