关于浮筒式滗水器改进为旋转式滗水器的设计

陈 俊，方跃飞，孙克钦

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

0 引言

序批式活性污泥法（SBR法）及其改良工艺（CASS工艺）处理城镇生活污水，因具有池型简单、占地面积小等特点，在城镇生活污水处理厂建设中得到了较多的应用。SBR或CASS生物处理池的工作过程主要分为进水曝气（常规2 h）、沉淀（常规1 h）和排水（常规1 h）。滗水器用于排水阶段，按时按量排放生物处理池的上清液，使SBR池或CASS池周而复始地循环运行。对于每天5万t规模以下的城镇生活污水处理厂，一般设2组CASS池（2条污水处理生产线），每组用4个CASS池来保证连续出水，每个CASS池设1～2台滗水器，滗水时间1 h，滗水深度1.2～2.0 m（通常取1.5 m）。

SBR滗水器主要有三种形式：虹吸式、旋转式、套筒式。但最常用的是旋转式滗水器，国内绝大部分都用旋转式滗水器。北方某城市污水厂采用的浮筒式滗水器由于不能正常使用停滞多年，最后采用旋转式滗水器设备进行改造的成功案列介绍[1-3]。

1 旋转式滗水器主要结构与原理

旋转式滗水器由滗水堰口、下降管、滗水主管、可进行360°旋转的回转支撑、滑动支撑、驱动装置、自动控制装置等组成。工作时在驱动装置的作用下，滗水堰口滗水器底部回转支撑中心线为轴向下作变速圆周运动 ，在此过程中SBR反应池中的上清液将通过滗水堰口流入滗水下降管、在经滗水主管排出。滗水工作完成后，滗水堰口以滗水器底部的回转支撑中心线为轴现向上作匀速圆周运动，使滗水堰口停在闲置位置，该改造方案滗水器闲置位置高出最高水位150 mm，待进水、生化、沉淀等工序完成后再进行下一次滗水过程。

2 改造方案简述

根据北方某污水厂提供的图纸，SBR池宽20 m，长43 m，要求每个SBR池滗水量为1 500 t/h，滗水深度为1 700 mm。原来一个SBR池内有两台浮筒式滗水器。出水孔之间距离为7 200 mm，出水孔距离池底3 200 mm。

（1）总体结构

采用双吊点旋转式滗水器结构，吊点之间距离为7 200 mm，下降管采用250 mm钢管，共9根；滗水主管采用530 mm钢管，采用三段结构；堰口长度共14 000 mm。

（2）土建改造

利用原来的出水孔预埋套管，滗水主管在此处采用三通结构，三通一端与出水主管连接，另两端与滗水主管连接，见图1。这样该套管起到一举两得作用，在不动原来排水孔的作用下，既起到排水作用，同时起到支撑作用。同时防止该套管作用力不够，我们在该三通套管底部采用三角支撑固定于墙壁上。同时滗水主管两端还有三角支撑固定于墙壁上，因此共有四个三角支撑固定于墙壁上，强度完全满足设备的重量要求和工作时的受力要求。中间有250 mm钢管横梁，同时在横梁上再复设一“吊梁”结构，加固强度。

图1 三通止水结构

采用这样的结构，优点是能保证一个池内两套滗水器能同时滗水，不会造成一个池内两个滗水器不同步现象，从而不会导致滗水器滗水不均匀现象。另一个优点是因为平台上面原来没有预埋钢板，采用双吊点可以分担平台的受力，从而保证土建强度。

（4）滗水器主管的构造与制造

我们将池内两个滗水器合二位一成一个整体滗水器进行制造，从而保证滗水器堰口的水平度，同时在主管中间加一隔板，防止两个滗水器产生紊流现象，使得每个滗水器各自将滗水水量流出池外。同时将出气管设置在每两个下降管中间的上侧，这样形成“三角架”的结构，这样既增加了滗水器的强度，同时又起到排气的作用，这也是与其他厂家的独特之处。

（5）滗水堰槽设计

滗水堰槽在SBR反应池水面上，滗水主管在反应池下部。滗水堰槽靠下降管支撑，并与下部滗

旋转式滗水器的转动是否灵活、平稳，关键是轴与轴承的配合。采用独特的结构，不仅里面采用石棉盘根，防止滗水主管与轴承支座之间旋转摩擦力过大，同时我们在外侧采用优质的丁晴橡胶与滗水主管之间进行唇形密封，防止滗水主管内水漏入池内。

轴承采用304不锈钢制作，与轴承座焊接在一起。两轴承的外侧各设置一对止推板，防止滗水主管水平方向移动。该结构已经应用于多处污水厂，用户反映良好。

（3）执行机构

采用双吊点结构，一套电动执行机构，吊点距离为7 200 mm，同时滗水器上吊点经过优化设计，水主管连成一体。滗水主管两端适当位置各固定一个环形的不锈钢轴套，并安装了两只滑动轴承，滗水主管靠轴承座固定在池底的基础上，它是整个滗水器的转轴。在滗水主管两侧位置有一传动杆与电动执行器相联。执行器驱动传动杆上下移动，传动杆推动吊耳使滗水主管在四只滑动轴承内转动。滗水堰槽随滗水主管转动而升降，其移动轨迹是绕滗水主管中心线的柱形弧面，上下移动的垂直距离以每周期的排水量而定。

滗水堰槽起收水作用，堰槽前壁是保持上沿水平的薄壁堰，将活性污泥沉淀后的上清水从水面表层滗入堰槽。清水经过多根下降管向下汇入滗水主管，最后从排水管流出。

滗水主管与排水管之间用一个可转动密封接头相连接，这样便解决了可旋转的滗水主管与固定不转的出水管的连接，也解决了可转动接头与滗水主管保持轴线同心度的问题。

滗水器设计要求滗水堰上沿必须与滗水主管轴线平行，滗水主管安装要求两端的水平误差小于3.0 mm，这样排水时才能保证堰上各处水量均匀，水流平稳，不会扰动污泥层，保证出水质量。

挡渣管是盖在整个滗水槽上的活动盖板。挡渣管后边缘与滗水槽的后壁上边沿用铰链联接。当滗水堰槽前缘浸入水中时，挡渣管被水托起。水面表层的澄清水，绕过挡渣管的下沿，经滗水堰板流入滗水槽。水面漂浮的杂物被拦截在挡渣管以外。设计要求水作用于挡渣管的浮力要基本等于挡渣板重力所形成的重力

端板的作用：a.封堵滗水槽两端。b.遮挡漂浮物，防止杂质从挡渣板两端流入滗水槽，所以两个端板面积较大，挡渣板始终在两端板之间浮动。c.防止水面有集中水流绕过挡渣板两端边沿进入滗水器，以保持滗水器均匀、平稳地滗水。

（6）滗水堰流量计算

滗水堰的流量与其浸入水面下的深浅H有关，与下降管的排水能力有关，反应池内水位高低也影响滗水堰的流量。设计滗水器时不可能精确地各种条件下的滗水堰流量，但是必须准确地核算其滗水能力的变化范围，以确定滗水器排水量的性能参数。具体可见下面计算。考虑到春夏季水量变化，该滗水器在滗水高度1 700 mm，堰流负荷为35 L/m·s时，最大滗水量可达到1 750 t/h。同时池内最低水位与池外水位差达到3 200 mm，流量完全能够保证。

（7）下降管的设置

下降管在设计流量时的水头损失应小于最低水位时排水水头；下降管最大流量时的水头损失应小于最高水位时的排水水头。下降管采用共9根250 mm钢管。

3 结构特点

（1）自动控制装置确保滗水器垂直下行速度恒定，既保证了后续水处理单元免受来水不均匀的冲击，又保证了不翻动沉泥和浮渣，确保了出水水质稳定。

（2）堰流负荷根据水质要求确定，取值合理；堰口设置微调装置确保滗水过程中堰口始终处于水平位置，从而确保了滗水器按设定的堰流负荷均匀滗水。

（3）采用机械先导驱动滗水原理，滗水过程不受水位和浮力影响，滗水堰口始终按照设定的垂直速度下行滗水。

（4）特殊设计的水下回转支承，采用密封式自润滑支承结构，具有密封可靠和磨擦小的特点；水上驱动装置同步驱动两边推杆，确保机器长期无故障运转。

（5）滗水主管和支管采用特制的厚薄均匀的不锈钢304专用滗水管，具有整体刚性好无变形，不偏重等特点，确保机器运转稳定和寿命持久。

（6）采用浮筒式挡渣装置，滗水开始前能推开堰口附近的浮渣，滗水过程能在堰口周围形成一个无浮渣出水区域，确保整个滗水过程浮渣均无法进入滗水堰和滗水管。

（7）设有过载保护装置保护滗水器各主要部件不因误操作或其它意外事故而损坏。

（8）优化设计的自动控制装置（变频器＋PLC可编程序控制器），具有根据污水厂工艺要求调整滗水速度、返程速度、滗水时间和停置时间的功能，并能实现过载保护和与中控室的联网控制。

4 主要设计计算

主要设计计算见表1。

表1 设计计算表

5 结语

北方某污水厂原来采用浮筒式滗水器，不能有效地滗去上清液，采用旋转式滗水器后使该污水厂起死回生，达到国家规定的污水厂设计量要求；同时在原来采用浮筒式滗水器设备的池体上进行改造采用旋转式滗水器，大大节省了土建费用；采用中控室集中控制，自动化程度高，目前使用状况非常好。

[1]上海市政工程设计研究院.给水排水设计手册(第九册)专用机械[M].北京：中国建筑工业出版社,2000.

[2]李金根,卢德纯.旋转式滗水器的均量滗水设计[J].中国给水排水,2003,19(5)：82-84.

[3]金宏,张大群,王长生.旋转式滗水器的开发设计[J].中国给水排水,2002,18(5)：56-57.