污水處理是當今環境保護部門和企業解決環境污染中廢水污染的一項重要措施 ,潛水攪拌器是一種新型、高效的潛水攪拌裝置 ,適用于工業和城市以及農村污水處理場曝氣池和厭氧池污水的處理。潛水攪拌器主要由潛水電機、密封機構、轉輪、手搖卷揚機構、電氣控制等部分組成。潛水攪拌器轉輪在電機的驅動下旋轉攪拌液體產生旋向射流,利用沿著射流表面的剪切應力進行混合,使流體以外的液體通過摩擦產生攪拌作用,在極度混合的同時,形成體積流,應用大體積流動模式得到受控流體的攪拌推流輸送^[ 1] 。
1 G內外發展情況
 
對G內幾家生產環保設備的公司(江蘇亞太水工機械集團有限公司和南京藍深集團公司)進行調研,結果表明,到目前為止,G內對潛水攪拌器的設計還停留在根據經驗和測繪進行設計,通過試驗來檢驗和分析 ,以對轉輪進行重新設計(如打磨葉片、改變葉片的安放角等),獲得不超功率、攪拌直觀效果較好的轉輪。通過周而復始的進行調整和修改,**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,需要花費很大的人力和財力 ,造成很大的浪費。
 
G內對潛水攪拌器的研究相對較少。同有些水力部件一樣,我G早期的潛水攪拌器基本都是進口的產品,只是在**近幾年,一些大的企業或是與G外的企業合資引進對方的技術,或是買一些G外的產品,對其進行測繪研究,從而形成自己的產品。
 
從 20世紀 90年代開始,南京藍深集團公司對潛水攪拌器進行了規模化的生產,也組織了一部分科研人員對其進行開發研究,但是很多都是在根據測繪的基礎上開發的 ,對于效果不好的潛水攪拌器對其進行打磨和葉片切割,從而形成了一系列產品。
 
1997年藍深集團公司對它的潛水攪拌器進行了產品鑒定 ,鑒定成果獲得了機械工業部的 3等獎。藍深集團是我G對潛水攪拌器研究開發投入較大的企業。其余的企業有的依靠測繪,有的靠引進技術來生產產品。藍深集團公司的成果盡管沒有實質性的突破進展,但是具有很好的參考價值。
G外潛水攪拌器**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**臺潛水攪拌器, 1992 年推出新一代的潛水攪拌器。總部設在瑞典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———ITT工業公司的全資子公司 ,是全球潛水泵、潛水攪拌器和曝氣系統的**供應商。飛力公司在流體技術*域已積累了 50多年的經驗,飛力的工程師掌握著當今世界上**先進的技術,用來設計各種流體產品。公司生產的產品被廣泛用于各行各業,尤其在污水處理、隧道、機場、礦山、港口、大樓、農業、水產養殖等行業擁有較高的市場占有率。在G際上,飛力公司一直是高效率、高質量、多用途產品的代名詞。今天 , ITT飛力在包括中G在內的 130多個G家都設有分公司或辦事機構。該公司所有的產品都通過了當今**為嚴格的生產標準,包括 ISO9001質量體系認證和 ISO14001、EMAS質量體系認證。在中G飛力公司中標了許多G家重點工程 (如上海市南區污水輸送干線改造工程)。從以上可以看出,飛力公司產品的質量好,攪拌效果好,所以在中G可以開拓更大的市場。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,需要 1臺以上的潛水攪拌器。
 
由于中G的污水處理工程項目很多,潛水攪拌器的市場巨大,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企業也都投入人力財力來開發研制潛水攪拌器,以**到中G來開拓市場^[ 2 -3] 。
2 農村生活污水的主要特點
 
農村生活污水來源廣, 水質相似;雜質多, 占總量的 0.1% ～1.0%,其余 99.0%以上是水 。 ①含大量有機物 ,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、蛋白質及其分解產物。一般不含毒物。②無機雜質以泥沙、礦物廢料及溶解鹽類居多。 ③適于微生物繁殖,含大量細菌和病原體。 ④肥效較高。 ⑤水量和水質與季節、居民生活狀況 、生活習慣用水量有關,年排放量約 100億 t,處理率 9%。
 
針對農村生活污水的特點 ,研究適合農村污水水質及水量的潛水攪拌器,對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,具有極大的社會效益和經濟效益。
 
研究是以流體力學、三相流混合理論、微生物生長動力學及其吸附、分解、沉降等理論為基礎,分析深池污水處理時所產生的流場、氧溶解等機理,并針對污水處理工藝、污水濃度、深池大小、形狀、深度等參數,研究污水在厭氧或好氧處理時 ,使用攪拌器進行深池污水處理的**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、節省成本 , 而且安裝方便、工作可靠、能迅速推廣。
3 潛水攪拌器的主要作用
 
潛水攪拌器的應用擴展了污水處理工藝設計的空間,為
 
一些新工藝、新技術的開發提供了條件。近年來,我G許多重點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攪拌器,并取得了滿意的效果。但由于人們認識的局限,目前在G內的污水處理工程中,這類設備還沒有得到更為廣泛的應用。潛水攪拌器的應用與設備的分類、池型的選擇以及池體的水力學設計有密切關系 ,因此 ,在工程應用方面要重點考慮這些問題。
 
潛水攪拌器的分類沒有嚴格明確的標準,但不同產品本身的技術指標與特性決定了其用途與應用條件 ,可分為高轉
 
速 、小葉輪的產品 ,其作用偏重于混合攪拌;另一類是低轉
 
速 、大轉輪,其功能主要表現在推流和水力循環方面,前者稱
 
為 “攪拌器 ”,后者為“推進器”。
 
“攪拌器”的轉速一般為 100 ～ 1 500 r/min,葉輪直徑通常在 900 mm以下。其特點是:流速高、紊流強烈、流場的流速梯度大、作用范圍小,這類產品適用于池體空間小或對 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、反應池 ,生化處理系統中的選擇池 (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 ,對池體的水力學設計要求也不甚嚴格,因此其應用較為靈活 ,易于掌握。 “推進器”轉速一般都低于 60 r/min,葉輪直徑 1 200 ～ 2 500 mm,且直徑大于 1 800 mm的“推進器”**為常用,其特點是:流場分布較為均勻、流速低緩、但作用范圍大,這類產品適用于對 GT值沒有要求、池體空間較大,以水力循環、保持流速為目的的處理構筑物中。 “推進器 ”的單位池容功率消耗指標,主要取決于池體的水力學設計與“推進器”的效率^[ 4-5] 。
 
在工程應用方面 ,潛水攪拌器在污水處理*域中主要有以下 4方面的用途。
 
(1)水力循環應用 “推進器”進行水力循環是一種高效節能的手段。尤其在污水生化處理中的厭氧池、缺氧池和氧化溝中,其應用十分廣泛。由于在這類池中只需提供必要的循環流速,就可以保持池內的混合液呈懸浮狀態 ,使微生物與基質充分接觸,因此其池型多采用 Carousel池型 ,通過 “推進器”輸入的能量,形成連續循環水流。這種設計不僅能有效地保持混合液懸浮,而且由于池內循環水流的流量通常高于進水流量數十倍,甚**上百倍,使池內水流產生了巨大的稀釋均化能力,因而這種反應器具有耐受沖擊負荷的優良工藝特性。同樣在氧化溝設計中 ,表曝設備兼有充氧與水力循環的雙重功能。在工程中往往會因水質和水量變化而需要調整充氧能力時,難于兼顧池內的循環流速,造成溝內沉泥、積泥的問題。增設 “推進器 ”便可以有效地解決其積泥問題。而且進行這項技術改造并不復雜,且投資有限。這種設計不僅可以用于生化處理系統中 ,還可以將其應用到污水排海工程的預處理系統中。在污水泵站前 ,設置貯水池以均衡出水流量 ,保證放流管系統的平穩運行。
 
(2)提高傳氧效率在污水生化處理系統中極其重要,曝氣是維持好氧微生物正常代謝的基本手段 ,水下曝氣系統的傳氧效率又與水深有著直接的關系。在曝氣池中采用 “推進器”將曝氣池設計成上述連續循環流池型,在循環流速的作用下,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。采用這種設計通常可使曝氣系統的傳氧效率提高 15%左右,節省污水處理的能耗與運行費用。
 
(3)混合攪拌隨著污水生化處理技術的發展,出現了分格、分段處理的工藝。當單格池容較小時,可將每格設計成正方形平面或圓形平面,并在每格中設置一臺 “攪拌器”。這類反應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,設計中應注意水流方向的選擇。當單池容積較大(如超過 800 m³ )時,應當通過技術方案比較來確定采用“攪拌器”還是“推進器 ”。一般而言,單池池容越大、池面越大 ,采用“推進器”越經濟。
 
(4)水體的水質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,往往會遇到因水深較大、水流滯緩、水體表面復氧不能保證深水區溶氧要求時 ,可以設置“攪拌器 ” 進行“人工呼吸 ”,為深水區復氧,改善整個水體的水質。這種“人工呼吸”技術是一種簡單有效的水質改善手段^[ 6] 。
4 潛水攪拌器的應用前景
 
潛水攪拌器是一種作用特殊、運行簡單可靠、易于安裝維護、且價格并不昂貴的設備,不論是新建工程項目,還是在原有項目的改造上 ,其都有廣泛的應用前景。進一步掌握這類設備的技術特性,合理正確地使用這種設備,對于推動我G污水處理行業的技術裝備水平有著積極的意義。
 
G內污水處理具有廣闊的市場前景,這也說明了在相關*域的研究還很薄弱,而且目前G內污水處理設備大部分依靠進口 ,美G的 AEROMIX公司已經開始著手進行了相關項目的研究,并有了初步的產品,但價格昂貴,不太適應G內市場的現狀。此外,近年來連續發生的干旱再次顯示出,污染使中G水源損失極為嚴重。而中G迅速進行的工業化、城市化,不可避免地會加快農村水污染速度,因此,研究和開發高效攪拌器對污水處理具有很大的現實意義^[ 7] 。