SBR滗水器的设计及应用

摘要：SBR滗水器主要有三种形式：虹吸式、旋转式、套筒式，本文重点介绍旋转式滗水器的设计及应用。滗水器由撇水堰槽、下降管、水平管、水下轴承组成一体，以水平管为转轴上下旋转，撇水堰槽随之上下移动，将水面表层澄清水撇入，再经下降管汇入水平管，最后从出水管排出。滗水器设计包括确定撇水堰槽的形状、结构及撇水量，水平管轴与滑动轴承的配合特性，电动执行器的机械结构。

关键词：SBR 旋转式滗水器中图分类号：X703

文献标识码：C

文章编号：1000-4602(2000)10-0028-04

SBR反应池内水位是变化的，进水时水位由最低升至最高，出水时水位由最高降至最低，故SBR反应池出水管位置必须设在最低水位以下。间歇式出水要求集中大流量排放，能在较短的时间内完成出水任务，如果出水管形状与方向不当，出水时会带走大量活性污泥。因而，滗水器是SBR工艺排水的最好选择，它只撇出活性污泥沉淀后的上清水，在水位下降过程中保持水面平稳，不扰动下面的污泥层。

1 旋转式滗水器结构及工作原理

旋转式滗水器由撇水堰槽、下降管、水平管、轴承座、电动执行器、传动杆组成(见图1)。

撇水堰槽在SBR反应池水面上，水平管在反应池下部。撇水堰槽靠下降管支撑，并与下部水平管连成一体。水平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，水平管靠轴承座固定在池底的基础上，它是整个滗水器的转轴。在水平管中央位置有一旋转曲柄和传动杆、电动执行器相联。执行器驱动传动杆上下移动，传动杆推动曲柄使水平管在两只滑动轴承内转动。撇水堰槽随水平管转动而升降，其移动轨迹是绕水平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。

撇水堰槽起收水作用，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撇入堰槽。清水经过多根下降管向下汇入水平管，最后从排水管流出。

水平管与排水管之间用一个可转动密封接头和一个可挠曲柔性橡胶接头相连接，这样便解决了可旋转的水平管与固定不转的出水管的连接，也解决了可转动接头与水平管保持轴线同心度的问题。

滗水器设计要求撇水堰上沿必须与水平管轴线平行，水平管安装要求两端的水平误差＜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。

2 滗水器撇水堰槽设计

滗水器撇水堰槽呈长条形，前缘低、后缘高，单面进水。图2是撇水堰槽的三种特殊位置或状态。

图2a所示为下降管直立时的位置，水槽底板的水平方向与下降管垂直；后壁挡水板是一块夹角为120°的折板，上段直立，下段与底板成150°角；前壁堰板略微向后倾斜20°，与底板成70°角。图2b为下降管与水平成70°角，是在反应池最高水位开始排水状态。堰板处于直立是最佳撇水机位。图2c为下降管与水平成30°角，是排水至最低水位，堰板已倾斜至与水平成50°角，tan θ≤1.2，堰流量影响系数K＞0.95(可忽略不计)，后壁下段成直立状。设撇水堰板高为300 mm，挡水板上段180 mm，下段300 mm，底板宽250～300 mm，在滗水器直立时，后壁上沿高程比前壁上沿高50 mm。撇水槽采用δ＝5 mm不锈钢板制作。

挡渣板是盖在整个撇水槽上的活动盖板。挡渣板后边缘与撇水槽的后壁上边沿用铰链联接。挡渣板前边下方固定了泡沫塑料条状浮子。当撇水堰槽前缘浸入水中时，挡渣板被浮子托起。水面表层的澄清水，绕过浮子的下沿，经撇水堰板流入撇水槽。水面漂浮的杂物被拦截在挡渣板及条状浮子以外。设计要求浮子的浮力作用于挡渣板的力矩要大于挡渣板重力所形成的力矩。挡渣板选用δ=2 mm的不锈钢板制作。铰链为不锈钢柱形的铰链。

端板的作用：①封堵撇水槽两端。②遮挡漂浮物，防止杂质从挡渣板两端流入撇水槽，所以两个端板面积较大，挡渣板始终在两端板之间浮动。③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、平稳地撇水。

撇水堰流量计算：撇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撇水堰的流量。设计滗水器时不可能精确地计算各种条件下的撇水堰流量，但是必须准确地核算其撇水能力的变化范围，以确定滗水器排水量的性能参数，为此笔者设定撇水时某些特定条件，计算其最大撇水量与最小撇水量的可能(撇水堰的流量按标准堰计算公式核标)。

在最大流量时(如图2b)，撇水堰并非自由出流，下游为淹没出流，按淹没堰流量公式计算。设定：①撇水堰板高300 mm；②在最高水位开始排水时，撇水堰顶浸入水面H＝1 00 mm。③开始排水时为滗水器的最大撇水量，堰下游为淹没出流，Z/H=0.8，则Q1ma x=0.42×2g×0.13/2×3 600=211.7 m3/h。

设定滗水器的动作为步进式，即当滗水器向下旋转至堰顶水深H为100 mm时，即停止动作并保持一个时间t。当水位下降至堰顶水深H′为50 mm时，滗水器又作下旋动作。重复上述过程，每一个步进行程为50 mm。

滗水器最小设计流量按H′=50 mm计算。随着水位下降，堰上流量逐渐减小，下降管流速降低，水力损失减小，撇水槽内水位也随之降低。当H′=50 mm时，堰后水位已低于堰顶高度，堰流量按非淹没堰计算：

Q1min=m(2g)1/2H3/2＝0.416×(2g)1/2×0.053/2×3600=74.1 m3/h

滗水器在每一个步进周期中的水量变化如下：

①滗水器静止时，堰流量由Q1max→Q1min；

②滗水器下降一个步进行程，堰流量由Q1min→Q1max。

撇水器单宽流量Q1在74.1～211.7 m3/h之间变化。设计流量Q1取上述变化范围的中间值：100～200 m3/h。

滗水器排水能力：

Q=B³Q1

式中B——滗水器的总宽

3 下降管的设置

下降管设置原则：①按滗水器宽度B均匀分布；②下降管根数为偶数；③下降管间距≤1.0 m；④下降管直径按撇水堰单宽流量计算。

设计下降管流速：v=2.0 m/s

下降管：D=150 mm

最大流速：Q1max=211.7 m3/h时，vmax=3.33 m/s

最小流速：Q1min=74.1 m3/h时，vmin=1.17 m/s

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。

4 水平管设计

水平管管径按设计流速v=2.0 m/s，设计流量Q=BQ1进行计算。

举例：设B=4 m，则Q=4Q1=480 m3/h；水平管D=300 mm。下降管根数n=4，间距为1 m。水平管与下降管一般用法兰连接，水平管上设4只DN150法兰短管（见图3）。水平管长：

L=（n-1）³L1＋2L2

式中L1——下降管之间的间距，L1=1 000 mm