水力搅拌器在污水处理中的应用

　　搅拌器在石油化工、污水处理及其他生产领域的应用范围广阔，目前在石化行业的污水处理中，大量使用潜水搅拌器。该种设备结构紧凑、安装方便，但长期置于水下，维护成本较高。新型的水力搅拌器可很好的解决此问题。

　　一、背景

　　污水处理厂使用的推流器(潜水搅拌器)，是污水处理生产流程中的一种推流装置，在污水处理厂中数量众多且不可或缺，目前市面大都采用电动机直接驱动推流桨叶，放置于污水处理池中。由于其长年累月工作在复杂多变的污水中，且转速受推流桨叶限制，大多不是同步转速，因而往往需要配备减速箱，有的还有防爆等特殊要求，其工作环境苛刻，使用寿命较短，企业运行、维护成本较高。需要考虑合适的设备型式。

　　二、解决方案

　　经综合对比，参考循环水场水轮机的经验，采用直驱推流器的水力涡轮机可很好地解决该这一难题。这是一种利用水流能量驱动污水处理厂推流器的超低比转速微型水力涡轮机，推流桨叶通过键连接直接安装于涡轮机的输出轴上，利用外加水泵提供的、与之适应的富含水头能量的水流驱动，取代原特种电动机，不但满足其恶劣的工作环境，还大大延长了使用年限，大大降低了企业的运行、维护成本，具有良好的经济效益和社会效益。

　　利用外加水泵抽取推流器所在污水池水、或者污水处理厂处理过的合格水，形成一定水头、一定流量的高能水流，将之一对一、一对多接入所发明的驱动污水处理厂推流器的超低比转速微型水力涡轮机，驱动推流器按设计工况旋转，替代原来驱动的电动机，在技术上是可行的。由于这种驱动污水处理厂推流器的超低比转速微型水力涡轮机采用有能水流驱动，满足防爆要求;采用防腐材料制造，满足防腐要求;针对推流器非同步转速设计，满足同转速直联要求;采用多年连续工作设计，极大减少了检维修工作量。

　　三、设计选型

　　根据给定的原潜水搅拌器桨叶的额定转速、额定功率，确定直驱推流器的水力涡轮机的设计参数，设计转速n=680r/min，旋转方向按出流方向为顺时针;输出功率P=4kW，涡轮机驱动净水头H=20.38m，涡轮机转轮最大直径d=375mm。

　　根据涡轮机出力公式：P=9.8QHη，涡轮机出力P=4kW，初定涡轮机效率为η=85%，涡轮机静压水头H=20.38m，按经济流速3m/s计算，水轮机流量Q=0.023562m3/s，根据比转速公式ns=nPH54，得比转速ns=31.4075，流量Q=0.023562m3/s，取管道直径D=0.10m，得管道平均流速：vˉ=3m/s，选定涡轮机输水水管型号为DN100。

　　根据水轮机比转速及水轮机设计经验，该型水轮机宜采用冲击式水轮机，但考虑该水轮机出流为有压出流，因而必须发明一种新型的、适用于有压出流的、超低比转速的特种水轮机，以满足工作条件的限制，因而发明了直驱推流器的水力涡轮机。

　　四、结构型式

　　直驱推流器的水力涡轮机采用梯形蜗壳，分为四个部分：蜗壳、导叶部分、转轮部分、尾水部分。

　　蜗壳采用梯形蜗壳，在00~1800之间的每个断面为正方形，在1800~3600之间的每个断面为渐变的长方形，蜗壳设计的原则：蜗壳内的平均流速保持保持不变，蜗壳出流口为圆环形轴向出流，并且满足速度矩为常数。

　　导叶部分的主要功能是将流出蜗壳圆环形出水口、具有一定环量的水流，无冲角地引入到导叶栅的进口端(切向进水)，并在导叶栅的流道中加速并按照设计的出流角度流出导叶，进入涡轮机转轮的桨叶栅中;导叶部分第二个功能是作为蜗壳的连接部件、涡轮轴的前轴承安装着力部件;导叶部分的第三个功能是安装涡轮机的安装固定支架，固定整个涡轮机。

　　转轮部分由两个主要部件组成：带有桨叶栅的转轮和与导叶部分、尾水部分静连接的转轮围罩。转轮的主要组成为桨叶栅，来自于导叶栅的速度水流，无冲角地冲入转轮桨叶栅，将水流能量在桨叶栅中转化为旋转机械能后，轴向流出转轮，进入尾水部分;转轮通过轮毂的利用键安装于涡轮轴上;转轮围罩与导叶部分、尾水部分组成转轮室，创造出准轮的工作环境。

　　尾水部分主要是将转轮流出的水流的速度进一步降低，以尽可能多的吸收水流的动能量，提高涡轮机的能量转化效率；其另外的一个功能就是提供涡轮机后轴承的安装着力点。

　　下图为直驱推流器的水力涡轮机的结构示意图。

　　通过实验，直驱推流器的水力涡轮机输入水头20.4米、容积流量为84.45立方米每小时，效率85.3%，长度为465毫米，直径为352毫米的类圆柱形，满足推流器的安装要求。

　　由此，可构建一种新型的水力搅拌器系统，其由水泵、搅拌叶轮、水力搅拌机主机、安装系统(含管道、金属软接等组成)等组成。水力搅拌机为直联式结构，既有结构紧凑、能耗低、便于维护等优点，且有轴向推力大、自洁防缠绕的良好功能。如图2

　　通过现场数月的试验，该水力搅拌系统现场采用处理后的压舱水(有一定压力)可很好地解决搅拌需求，同时还能利用压舱水自有的压头，节省部分电能。

　　五、结语

　　综上所述，在介质温度不超过40℃、pH值在5-9之间、潜水深度不超过20m、介质中没有缠绕物和漂浮物的情况下，该类水力搅拌器可适用于污水处理厂曝气池、厌氧池和污泥池等含有悬浮物需混合、搅拌的场合。同时，工业流程中一些对操作安全性较高的环境，如含有金属盐、纸浆和纤维物质的水、含有一些磨损颗粒、碎渣与金属盐的某些工业污水处理过程均可有效使用。对潜水搅拌器具有很好的替代作用。（来源：中海油惠州石化有限公司）