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1、北京地区水污染控制工程设备应用调查高玉杰 崔伟 丛鑫(北京石油化工学院环境工程系 北京 102617)摘 要：水处理设备对于保证污水处理厂的正常运行非常关键，设备的好坏直接影响到污水处理的效果。通过到威嘉、高碑店等几家污水处理厂进行专业实习，作者对其中水处理设备的应用情况进行了调查。本文详细介绍了在预处理阶段、生化处理阶段以及污泥处理阶段所应用的主要设备，以提高人们对各阶段污水处理设备的整体认识，为我国污水处理厂水处理设备的选择提供一定帮助。关键词：水处理设备；预处理；生化处理；污泥的处理前言 北京市是全国政治和文化中心，只有努力建设清洁、优美的城市生态环境，才能更好地为党政军首脑机关正常开展
2、工作服务，为日益扩大的国际交往服务，为国家教育、科技和文化事业的发展服务，为市民的工作和生活服务。否则，将严重影响首都的整体形象，不利于我国的对外开放。北京市是严重缺水的城市，随着经济和社会的发展，北京市水资源供需矛盾不断加剧，水资源总量不足已成为制约发展的主要因素。在这次专业实习过程中，我们所到的黄村污水处理厂、威嘉污水处理厂、高碑店污水处理厂等均属于北京城市排水集团有限责任公司(简称排水集团)。该集团是经北京市人民政府批准，于2002年2月正式组建的国有独资公司，以水污染治理为主营业务。目前，排水集团负责运营北京市城区高碑店污水处理厂等7座大中型污水处理厂、3座再生水回用设施、1座污泥消纳
3、设施，3000余公里排水管线及百余公里再生水管线。排水集团按照现代企业制度的要求，强化内部管理，实行了以降低成本、提高效益为目标的经济责任制。通过对所到几家污水处理厂污水处理设备的认真调查，本文对北京地区各污水处理厂预处理阶段、生化处理阶段以及污泥的处理阶段应用的主要设备进行了详细介绍。1.预处理阶段1.1 格栅除污机格栅除污机是给排水处理中不可缺少的设备，供水厂源水进水口、污水及雨水提升泵站、污水处理厂等的进水口处都设有格栅除污机，清除各种各样的垃圾和漂浮物，以达到保护其他机电设备正常运行和减轻后续工序处理负荷的目的。格栅除污机的形式、种类繁多，不同的场合、不同的水量与水质，均有不同的要求，
4、因此格栅除污机被列为非标准系列产品。(1)固液分离机北京市污水处理厂的固液分离设备大多是国产设备，其中江苏宜兴泉溪环保有限公司的HF型回转式固液分离机得到广泛应用。HF型回转式固液分离机是一种可以连续自动拦截并清除流体中各种形状杂物的水处理专用设备，可广泛地应用于城市污水处理、自来水行业、电厂进水口，同时也可以作为纺织、食品加工、造纸、皮革等行业废水处理工艺中的前级筛分设备，是目前我国最先进的固液筛分设备之一，填补了国内空白。如图1所示，HF型回转式固液分离机是由一种独特的耙齿装配成一组回转格栅链，在电机减速器的驱动下，耙齿链进行逆水流方向回转运动。耙齿链运转到设备的上部时，由于槽轮和弯轨的导
5、向，使每组耙齿之间产生相对自清运动，绝大部分固体物质靠重力落下。另一部分则依靠清扫器的反向运动把粘在耙齿上的杂物清扫干净。图1 HF型回转式固液分离机HF型回转式固液分离机的最大优点是自动化程度高、分离效率高、动力消耗小、无噪音、耐腐蚀性能好，在无人看管的情况下可保证连续稳定工作，设置了过载安全保护装置，在设备发生故障时，会产生声光报警并自动停机，可以避免设备超负荷工作。 (2)转鼓式格栅除污机转鼓式格栅除污机又称细栅过滤器或螺旋格栅机，是一种集细格栅除污机、栅渣螺旋提升机和栅渣螺旋压榨机于一体的设备，转鼓式格栅除污机近年来在污水处理工程中得到越来越广泛的应用。该设备主要由鼓栅、螺旋压榨输送机
6、、减速电机、清洗装置等组成，设计精巧，集过滤、挤压、脱水、输送为一体，结构紧凑，如图2所示。格栅片按栅间隙制成鼓形栅筐，处理水从栅筐前流入，通过格栅过滤，流向水池出口，栅渣被截留在栅面上，当栅内外的水位差达到一定值时，安装在中心轴上的旋转齿耙回转清污，当清渣齿耙把污物扒集至栅筐顶点的位置时(时钟1 2点)，开始卸渣(能靠自重下坠的栅渣卸入栅渣槽)；而后又后转150，被栅筐顶端的清渣齿板把粘附在耙齿上的栅渣自动刮除，卸入栅渣槽。栅渣由槽底螺旋输送器提升，至上部压榨段压榨脱水后外运。图2 转鼓式格栅除污机该设备的特点是：转鼓式格的筛网在设备运行过程中实现自清洗，砂石和硬物无损设备，筛网不会堵塞；设
7、备采用全不锈钢结构材质，经酸洗钝化处理，抗腐蚀，使用寿命长，全封闭结构，无臭味烦恼；可连续工作，无高速运转部件，能源消耗低，噪音低；转鼓式格栅与流道成一定倾斜角度，过水面积大，螺旋输送机保证挤压、脱水、排渣，脱水后栅渣的含固率75%；鼓栅水下轴承采用耐磨、耐腐蚀的聚四氟乙烯滑动轴承，无需加注油脂，以确保机械长期免维护运转；鼓栅冲洗装置(两排)采用独特的喷嘴设计，将冲洗水由原来柱状水体改变成线状水体喷出，使整个鼓栅面无冲洗死角，确保有效卸污及表面清洁。其结构及安装方式如图3所示：图3 转鼓式格栅除污机结构及安装方式其局限之处在于流道面积不能太大，目前最大直径在1.5m左右，水位不能太深。在使用过
8、程中一些长纤维挂在栅网上不能自动清除，出现板结现象，加大清洗水压也难以解决这个问题。另外，该种设备运行过程一直需要带压水冲洗，冲洗水用量较大，运行成本不低。1.2 砂水分离器砂水分离器用于污水处理厂沉砂池，将沉砂池排出的砂水混合液进行砂水分离。螺旋式砂水分离器是现在普遍应用的一种砂水分离器。图4 螺旋式砂水分离器砂水混合液从分离器一端顶部输入水箱，混合液中重度圈套的如砂粒等将沉积于槽形底部，在螺旋的推动下，砂粒沿斜置的U型槽底提升，离开液面后继续推移一段距离，在砂粒充分脱水后经排砂口卸至盛砂桶。而与砂分离后的水则从溢流口排出并送往厂内进水池。特点：分离效率可达96%98%，可分离出粒径0.2m
9、m的颗粒；采用无轴螺旋，无水中轴承，维护方便；结构紧凑，重量轻；新型的传动装置，其关键部件减速器为先进的轴装式，不用联轴器，安装对中方便；衬条为快装式，便于更换；螺旋轴向位置可调，便于调整其尾端和箱壁的安全间隙。2 生化处理设备2.1 电机污水处理厂中间处理是整个污水厂的主要用电部分，该部分设电机带动整个工艺流程的进行，氧化沟、二沉池、污泥浓缩池等各部分需电机的带动。电机的主要生产厂家是瑞士的ABB公司。ABB公司提供多种多样的DC电机，如图5所示，适合各个应用领域。丰富的经验和新产品的开发巩固的该公司在电机制造领域内的地位。图5 ABB电机2.2 沉淀池排泥设备污水处理厂的二沉池以及污泥浓缩
10、池均需要刮泥设备，其中刮泥机分为周边传动和中心传动两种。(1)周边传动吸(刮)泥设备周边传动刮泥机由中心旋转支承、导流筒、工作桥、刮臂架、刮泥板、驱动机构、走轮等部件组成。它不同于悬挂式中心传动刮泥机是以旋转支承为圆心，以工作桥为半径，由驱动装置带动走轮在池周平面上或钢轨上行走，从而带动刮板，来完成刮泥集泥动作的。具有运行平稳，污泥刮集效果好等特点。图6 周边传动刮污机(2)中心传动吸(刮)泥设备中心传动刮泥机的工作原理：驱动装置推动工作桥沿池平面旋转，工作桥带动刮臂旋转，固定于刮臂上的刮板将泥由池边逐渐刮至池中心的集泥斗中。刮泥板为曲线形，受力均匀，刮泥彻底，当池底遇有障碍物时，能自动让耙，
11、保护机器不受损伤，如图所示。图7 周边进水周边出水二沉池平面图图8 周边进水周边出水二沉池剖面图2.3 离心鼓风机丹麦HV-TURBO鼓风机由于其优良的性能得到全球的关注，截至2004年底，已有5000多台HV-TURBO公司的鼓风机在世界上42个国家中运行，其数量和应用范围正在不断地增加。其中，有超过500台HV-TURBO公司的风机在中国市政污水处理行业中运行，占单级离心风机市场份额的70%以上。图9 离心鼓风机HV-TURBO生产的离心式鼓风机，该风机可通过调节进、出口导叶来调整供气量，效率较高且节能显著。3. 污泥的处理与处置设备3.1污泥输送泵污泥泵有单螺杆泵、三叶泵、转子泵等类型。
12、3.1.1单螺杆泵(1)结构与工作原理单螺杆泵一种内啮合偏心回转的容积泵，泵的主要构件：一根单头螺旋的转子和一个通常用弹性材料制造的具有双关螺旋的定子，当转子在定于型腔内绕定子的轴线作行星回转时，转定子之间形成的密闭腕就沿转子螺线产生位移；因此就将介质连续地、均速地、而且容积恒定地从吸入口送到压出端，基于这件特性，单螺杆泵特别适合于下列工况的工作。输送高粘度介质，根据泵的大小不同可以输送粘度从37000-200000厘泊的介质。泵的特点：能输送高固体含量的介质；流量均匀压力稳定，低转速时更为明显；流量与泵的转速成正比，因而具有良好的变量调节性；一泵多用可以输送不同粘度的介质；泵的安装位置可以任
13、意倾斜；适合输送敏性物品和易受离心力等破坏的物品；体积小，重量轻，噪声低，结构简单，维修方便。泵的选用的规格是根据被输送液体的性质和流量、压力来决定的，而泵的转速则由输送液体的粘度和腐蚀性、作为主要参数来选择，才能确保泵的可靠运行。(2)主要生产厂家德国seepex-西派克公司是世界范围内专业制造单螺杆泵的顶级跨国性公司。主要产品有：Seepex-西派克BTQ型泵体长度与BN型泵相同，进料口为矩形斗式结构，带有松动并推送介质的螺旋叶片。矩形进料口可与BN直联泵的法兰吸入口互换，适用于输送团体颗粒含量612%的液体，如图10所示。图10 BTQ型污泥泵Seepex-西派克BTI型(如图11所示)
14、与BT型有所不同，它带有料斗，破碎搅拌桨，螺旋送料器，从皮带式脱水机、离心脱水机或其它类似设备上输出的高浓缩废液或脱水泥饼，固体颗粒含量1845%，都能由此类泵顺利输送，破碎搅拌桨同时能用于对污泥进行调质处理，通过均匀混入细石灰，把含固量2030%的污泥，调质到含固量3545%的泥饼。 图11 BTI型污泥泵3.1.2转子泵转子泵的工作原理是：依靠两同步反向转动的转子(齿数为24)在旋转过程中于进口处产生吸力(真空度)，从而吸入所要输送的物料。两转子将转子室分隔成几个小空间，如图12所示，并按abcd的次序运转。运转至位置a时，只有室中充满介质；到位置b时，B室中封闭了部分介质；到位置C时，A
15、室中也封闭了介质；到位置d时，A室B室与室相通，介质即被输送至出料口。如此循环往复，介质(物料)即被源源不断地输出。 图12 转子泵工作原理示意图 3.1.3离心泵其中主要构件为旋转的叶轮和固定的泵壳(蜗形壳)，如图13所示。叶轮为直接对液体作功的部件，上面有48片后弯叶片，泵壳为一蜗形转能装置。离心泵在启动前需先向壳内充满被输送的液体，启动后泵轴带动叶轮一起旋转，迫使叶片间的液体旋转。液体在惯性离心力的作用下，自叶轮中心被甩向外周并获得了能量，使流向叶轮外周的液体的静压强增高，流速增大，可高达1520m/s。 液体离开叶轮进入泵壳后，因壳内流道逐渐扩大而使液体减速，部分动能转换成静压能。只要
16、叶轮不断地旋转，液体便连续地被吸入和排出。 离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮，液体在惯性离心力的作用下获得能量以提高压强。 图13 多级离心泵示意图3.1.4比较(1)转子泵与离心式泵的比较：离心式泵由于其结构简单，造价低而得到了广泛的应用。它与转子泵比较主要有以下几点区别：转子泵属容积式泵，输送流量可以较精确的控制也可方便地制成变量泵。而离心泵的输出流量是不能控制的，随着阻力的增加而下降；转子泵有较强的自吸能力，而离心泵在运转前必须先充满液体。转子泵的转速很低，一般在200rmp至600rmp之间，被输送的物料被平稳地输出而其成份不会受到破坏。而离心泵的转速很高，被输送物料受
17、到强力的撞击以及离心力的作用，所以离心泵在输送混合物时经常产生物质成份不一的现象，使成品的质量下降。而万用输送泵正是解决这一问题的最佳选择，所以它特别适用于输送混合料甚至含有固体颗粒的物料。转子泵可用于输送粘度很高的物质，所以又称胶体泵。而离心泵无此特性。 转子泵可以方便地制成输出压力较高的品种，如150kgf/cm2，适宜于长距离或高阻力定量输送。转子泵的制作较复杂精密，成本高，这也是它与离心泵相比最大的特点。(2)转子泵与螺杆泵(浓浆泵)比较：二者同属容积式泵，所以其性能基本相近能稳输送高粘度的物质，都有较高的输送压力。但螺杆泵有一最大的缺点决定了它在有卫生要求的场合的不适用性，由螺杆的非
18、流线型曲面以及腔室内众多的驻点决定了它不可能成为卫生级泵，腔壁四氟或橡校料的损坏更可能对被输送物质造成污染。而转子泵由于转子的流线结构以及转子室中基本没有死点和非金属件，故严格来说在食品饮料、医药等卫生要求较高的行业中，转子泵更适合应用，特别是现在的生产线的自动化程度越来越高，同时越来越多的采用了在线(就地)清洗(CIP)，这就更显示了选择转子泵的重要性。3.2污泥脱水设备自来水厂的污泥脱水机械，目前主要采用的有带式压滤机、膜式板框压滤机和离心脱水机三种类型。加入适量PAM等化学调理剂的水厂浓缩污泥经脱水机械脱水后的泥饼运出厂外进行填地、作垃圾填埋场覆盖材料或资源化利用等处置。 三类污泥脱水机
19、械的基本特点分别简述如下： (1)带式压滤机 带式压滤机可连续自动化运行，进行污泥压滤脱水工作的同时，进行滤布的连续用水冲洗。设备投资较少，能耗较低，噪声小，但污泥脱水过程中的污泥截留率较低，机房水、气环境较差，脱水污泥的含固率较低，脱水设备占地较大。较小干泥量的水厂可考虑选用。 (2)板框压滤机 目前推广应用新型的膜式板框压滤机。对进泥含固率要求较低，一般23即可；而出泥含固率高于带式压滤机和离心脱水机，可减少脱水泥饼的外运处置费用。运行过程是周期性地泵入污泥压滤和脱除泥饼的间歇过程；根据滤布堵塞情况，一定的运行周期后冲洗滤布一次，整个操作过程较繁杂。个别滤布或橡胶隔膜损坏易及时更换后恢复正
20、常运行。设备投资大，占地大，噪声较小。 (3)离心脱水机 离心脱水机可连续自动化运行，设备效率高，占地小，管理方便，机房环境清洁，是近几年推广应用较快的污泥脱水机。主要缺点是噪声大，离心机高速旋转，旋转叶片等部件要求耐磨性强，以延长使用寿命。离心机制造材质和加工精度要求严格，以保障长期自动连续稳定运行。设备投资较大。应用于污泥脱水中的卧式螺旋离心机有以下特点:生产能力大、占用场地小、连续运行、节省人力、全封闭式操作、环境良好、絮凝剂消耗少、脱水时仅加药35 kg/T.DS左右、固相回收率高，95%99 %、经脱水后泥饼含水率可达75%80%(普通型)和65%75%(特干型机)。迄今为止，各主要
21、工业发达国家均有完整的产品系列，目前销往国内污水处理厂的国外品牌主要有:瑞典Alfa-Laval公司，德国Westfalia公司。图14为Alfa-Laval公司生产的离心脱水机。图14 Alfa-Lava离心脱水机其具有连续操作、处理能力大、单位耗电量小、结构紧凑、维修方便等优点。尤其适合对滤布再生有困难，以及浓度、粒度变化范围较大的悬浮液的分离。图15所示为Westfalia公司的离心脱水机。图15 Westfalia离心脱水机3.3 絮凝剂投加设备在给水处理中,为去除悬浮物和胶体杂质而投加的主要药剂叫做絮凝剂。在絮凝剂的使用方面，北京市的绝大多数污水处理厂均采用聚丙烯酰胺作为絮凝剂，某些
22、污水处理厂也采用无机絮凝剂聚合氯化铝。絮凝剂的投加在污泥脱水之前，有利于污泥终处理的进行。絮凝剂投加设备一般由搅拌机、搅抖槽、贮液槽、计量泵(同时投加可改为射流器)组成，如图16所示。图16 絮凝剂投加设备 加药装置根据所需药剂浓度，在搅拌箱内配制，经搅拌器搅拌均匀后投入溶液箱、用计量泵(加药泵)向投药点或指定的系统中输送所配制的溶液。成套加药装置具有结构紧凑、安全简单、操作使用简便等特点。还可根据用户不同工艺流程的要求，进行有针对性的设计、配置必要的部件，实现功能适合(如自动远程控制)、经济实用。选用加药装置时，首先根据系统需要投加溶液量来确定选用规格(包括计量泵参数、搅拌箱容积、溶液箱容积
23、及现场条件)，再根据投加情况，确定投加方式(一般采用“一开一备”的方式)。4 结束语经过近50年的发展，我国水工业设备学科已逐渐走向完善。但国产设备在整机可靠性、自动化、人性化方面较国外机器还有一些差距有待提高。北京市的大多污水处理厂的核心设备仍是国外产品，给我国的水处理设备的发展造成不利的影响，但我们在引进国外先进设备的同时，可以学习其产品的设计原理和方法，学为己用。要提高我国水工业产业化的水平，关键是抓好水工业设备，特别是高水平的水工业专用机械设备，这是我国水工业设备产业的当务之急。参考文献：1孙启才，金燕五.离心机原理结构与设计计算B.北京:机械工业出版社，1987:81-82.2马泽民
24、，张剑鸣.国外压榨式卧螺沉降离心机发展概况闭.过滤与分离，1995,(3):30-35.4 Leung W.W.-F. Torque Requirement for High-Solids Centrifu Sludge Dewatering J.Filtration & Separation, 1998, 35(6)：882-887.5 Walker N.C. The Dry Solids Decanter centrifuge: Capacity Scaling.Filtration&Separation, 2000, 37(4):324-328.The Investigation of
25、Application of Equipments Usedin Water Pollution Control Engineering in BeijingAbstract: Water treating equipments play a key role in the regular running in wastewater treatment plants. Whether the equipments are effective will influence the result of the water treatment. Through the investigation i
26、n some wastewater treatment plants,such as Weijia and Gao Beidian, this paper introduced detailedly the main equipments in primary treatment, biochemical treatment and sludgy treatment. The main purpose is to strengthen peoples recognition of water treating equipments in every stage and help the wastewater treatment plants to choose the proper equipments.Key words: Water treating equipments, primary treatment, biochemical treatment, sludge treatment.(指导教师：陈家庆)
