一種節能高效、立體螺旋式的雙曲面攪拌形式――雙曲面攪拌機，對于新建污水處理工程或原有污水處理廠升級改造科學貫徹國家節能減排戰略具有重要的濟經和社會意義攪拌　雙曲面　污水處理 節能

摘要 在污水處理工藝中，攪拌機械是輔以完成生化工藝必不可少的裝備，攪拌機的方式和效率直接影響到最終的工藝處理效果及處理成本，本文基于目前在水處理過程中常用的攪拌方式，介紹幾點關于傳統潛水攪拌機的節能技改方向以及一種節能高效、立體螺旋式的雙曲面攪拌形式――雙曲面攪拌機，對于新建污水處理工程或原有污水處理廠升級改造科學貫徹國家節能減排戰略具有重要的濟經和社會意義。

關鍵字：　攪拌　雙曲面　污水處理  節能

1. 前言

在市政、化工造紙及其它多種水處理工藝中，水體攪拌混合是其中關鍵工藝過程之一。傳統的攪拌機械分為立軸折槳式、水平（潛水）推進式以及其它混合形式，由于安裝的方式和葉槳形式決定了其攪拌形態，無論在能耗上還是在攪拌效果上均不太理想，不僅給污水廠的運營成本帶來不必要的增加，而且會直接影響到最終的工藝處理效果。據初步統計，在污水處理工藝過程中攪拌混合的能耗占總能耗的近二成。針對以上問題，我們經過多年的流體設備生產研發，借助同行的設計經驗，對傳流潛水攪拌推流設備進行了節能技術改造，取得了初步成果。同時我們會同國內科研院所研制成功了具有自主知識產權的雙曲面攪拌機 (ZL200620068740.X)。通過在北京高碑店污水廠、上海吳淞污水廠以及深圳水務集團等單位歷時多年的實際應用，獲得了良好的效果，如在深圳水務集團旗下常州城北污水廠及常州江邊污水廠的改建工程和新建工程中采用了近100臺套，取得了大面積推廣的成功經驗。填補了該類產品在國內的空白，并成為替代進口的首選產品。在此，我們將在制造和運行過程中的一些成功經驗與同行分享。 

2.技術改進路線

2.1潛水攪拌機

傳統潛水攪拌機在污水處理工藝中作為一種成熟的產品，在國內應用廣泛，它主要由潛水電機、葉輪和安裝系統組成（見圖1）。為簡化整機結構，多采用多級電機配合直聯結構；葉輪有鑄造、焊接等形式。傳統的潛水攪拌機雖具有結構緊湊、安裝維護較方便等特點，但由于葉輪形式及動力配備方案的因素，在能耗及效率方面具有一定的提升空間。針對以上的原因，同時兼顧產品可靠性，我們做出如下四項節能技術改進：

（一）、高效葉輪－－葉輪作為一個高速旋轉的部件，鑄件結構精度較差，難以保證葉輪的平衡性，我們將葉輪重新進行了水力測試研究，改進為全沖壓式焊接結構、后掠式葉輪，在水力效率及平衡性方面得到了有效提升。

（二）、節能動力－－針對傳統潛水攪拌機的多級電機能效較低、電機體積大、成本高等問題，我們提出了常規四級電機配套一體化高效斜齒輪減速機的動力方案。改進后的節能型潛水攪拌機的主要組成部分有潛水電機、減速機、葉輪及安裝系統組成（圖2）。同等條件下相比多級電機綜合效率

可提高約15%，實例對比情況可見下表（表1）

圖1

圖2

表1.節能型潛水攪拌機實例對比表

（三）、可靠密封－－潛水攪拌作為常期在液下工作的設備，密封是其可靠工作的最基本保障，對此我們設計兩道獨立機械密封，并在兩道機械密封中間的油室設置傳感器，配合獨有的接線盒設計，確保水下設備的長期可靠工作。    

（四）、耐久設計－－針對潛水攪拌通常為24h連續工作的特點，我們選配永久性潤滑軸承，設計達到壽命10萬小時，在正常情況下，基本確保該部件終身免維護。

2.2潛水推流器

　　傳統潛水推流器主要應用在氧化溝工藝及其它混合場所當中，主要結構為：潛水電機、擺線針輪減速器、香蕉形葉槳及安裝系統。存在的問題主要為減速機壽命較短、效率低，葉輪效率差等問題。對此，我們做出如下三項主要節能技術改進：

（一）、高效葉槳－－傳統的香蕉形葉槳在國內使用已有超過20年的使用歷史，其間很少有大的技術改進，在結構強度、水力外形、旋轉平衡性方面都存在很的提升空間。對此我們針對這種大直徑、低轉速的葉槳重新做了水力建模，研制推出了“闊葉型”葉槳，各性能得到了顯著提高，詳情可見如下對比情況（表2）。

表2.葉槳型式性能結構比較表

（二）、齒輪減速－－由于傳統機型使用的擺線針輪減速器其固有結構原因及國內裝配質量原因，存在壽命較短、發熱高，效率差等問題。我們選用了高效的斜齒輪減速機，并解決了該型減速機的潛水密封、水下潤滑及一體化裝配等技術難題，使整機的綜合性能得到了有效提升，可見如下對比情況（表3）。

表3.減速機性能對比表

（三）、雙軌安裝－－由于采用斜齒輪減速機、“闊葉型”葉槳，推力及效率大幅提高，雙導軌系統可提供更加有效、穩定的安裝效果，達到延長整機的使用壽命的效果，提高了系統的可維護性。

2.3雙曲面攪拌機

對比推流式攪拌機，我們研發了立體螺旋式攪拌方式，即雙曲面攪拌機。其體現為在雙曲面葉輪體上表面為雙曲線母線繞葉輪體軸線旋轉形成的雙曲面結構。其獨特的葉輪結構設計，最大限度地將流體特性與機械運動相結合。雙曲線的方程為xy=b曲線沿y軸旋轉而構成的曲面體；為了迎合水體流動，設計從葉輪的中心進水，這一方面減少了進水紊流，另一方面保證了液體對葉輪表面的壓力均勻，從而保證整機在運動狀態下的平衡。在漸開雙弧面上均布有八條導流葉片，借助液體自重壓力作補充進水獲得的勢能與葉輪旋轉時產生的離心力形成動能，液體在重力加速度的作用下經雙曲面結構過渡沿葉輪圓周方向作切線運動，在池壁的反射作用下，形成立體螺旋狀的循環水流，故可獲得在軸向（y）和徑向（x）方向的交叉水流。正是由于雙曲面攪拌機葉輪的結構特性和適當的安裝位置等特點，決定了它對懸浮物的防沉降均勻混合作用，在工作中可獲得理想的攪拌效果，能有效地消除攪拌死角。同時，由于其大比表面積葉輪可獲得大面積的水體交換。

雙曲面攪拌機整機由動力部分、軸動軸、底座、雙曲面葉輪體及安裝附件組成，為了滿足用戶不同工況條件下的使用，將安裝設計為干式(也稱立軸式)和潛水式兩種。

干式安裝，通過傳動軸利用橋架定位，由干式電機和減速機作動力，工作可靠，維護方便，它用于含固率高，水溫高，含有磨蝕性的液體中，葉輪具有自動糾偏功能，經過不斷技術改進，解決了懸臂軸的強度剛度技術問題，目前已做到軸長達10米，無水下軸承，運行較平穩。

潛水式安裝，可免去橋架，采用潛水電機為動力，利用設備自重定位，安裝靈活方便，適用在水深較深且水質穩定，不含磨蝕性的水體，水溫不大于40℃，PH值6~9之間，其特點是無噪音，無視覺障礙。

在上海市政工程設計研究院設計的深水集團常州城北污水廠改造新建項目中，采用改良A/A/O工藝，其中水解酸化池中厭缺氧段單池尺寸為52米×21米，池深9.1米，水深8.1米，總計布置60臺GSJ-2000型及GSJ-2500型雙曲面攪拌機，全部采用橋架式安裝。在那之后建設的常州江邊污水廠，業主原準備采用進口產品，由于常州城北廠的成功運用，最后還是選用36臺GSJ-2500型產品。經計算，僅常州城北污水廠采用雙曲面的攪拌功率為165kW，而傳統攪拌裝置只能解決“層流”，循環流量遠不如雙曲面攪拌機，如按照傳統攪拌方式其需要的攪拌功率約為243kW，可以看出其節能效果非常明顯。

三．效果與前景

經過技術改進的潛水攪拌機、潛水推流器及雙曲面攪拌機作為一種節能高效的混合攪拌裝置，在雙相固液或三相固液氣的攪拌均具有廣泛的運用前景。另隨著全社會環保意識的提高，國家節能減排政策及發展低碳經濟的戰略決策，經濟高效治理污水已越來越受到重視，國內中小城鎮污水治理率和出水標準要求逐步提高。目前各污水處理廠出水標準多要求由一級A提升至一級B，對脫磷除氮的要求更高，必然對高效節能的關鍵設備技術產生迫切的需求。增加厭氧攪拌反應或水解酸化過程，是目前應用比較普遍的方法，而攪拌混合設備又是該工藝段的關鍵設備，特別是雙曲面混合時的流態柔和均勻的水流特性在水體攪拌效果和節能方面更具有明顯優勢。所以，相信我們的技術改進與創新在污水處理工藝及其它攪拌混合場所必將發揮重要的作用。