SBR工艺配套用旋转式滗水器的结构设计与三维实体模拟

密 级 公 开 学 号 060400 毕 业 设 计（论 文） SBR工艺配套用旋转式滗水器 的结构设计与三维实体模拟 院（系、部）： 机械工程学院 姓 名： 王庭筠 年 级： 06 级 专 业： 环境工程 指导教师： 陈家庆 教师职称： 教授 2010年06 月 10 日北京 SBR工艺配套用旋转式滗水器的结构设计及三维实体模拟 2 北京石油化工学院 学位论文电子版授权使用协议 论文SBR工艺配套用旋转式滗水器的结构设计与三维实体模拟系本人在北京石油化工学院学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩。 本人系作品的唯一作者，即著作权人。现本人同意将本作品收录于“北京石油化工学院学位论文全文数据库”。本人承诺：已提交的学位论文电子版与印刷版论文的内容一致，如因不同而引起学术声誉上的损失由本人自负。 本人完全同意本作品在校园网上提供论文目录检索、文摘浏览以及全文部分浏览服务。公开级学位论文全文电子版允许读者在校园网上浏览并下载全文。 注：本协议书对于“非公开学位论文”在保密期限过后同样适用。 院系名称：机械工程学院环境工程系 作者签名：王庭筠 学 号：060400 2010年 6月 28日 SBR工艺配套用旋转式滗水器的结构设计及三维实体模拟 3 摘 要 在现今世界人口已达 60 亿的严峻形势下，人类生存环境不断恶化，自然资源日益减少。水特别是淡水也因被污染和过度利用而遭到破坏，水污染治理已成为人们所关注的重大课题。在当前污水处理领域，序批式活性污泥法污水处理技术(SBR)，是应用日趋广泛的处理技术之一。而对于一个成功的 SBR 系统而言，滗水器的性能至关重要，有必要加以深入研究。 旋转式滗水器是现在 SBR 污水处理工艺中最常用的设备之一， SBR 滗水器主要有三种形式:虹吸式、旋转式、套筒式，本文重点介绍螺杆传动式旋转式滗水器，并通过对动力学及水力学两方面分析，对螺杆传动旋转式滗水器进行了结构设计及三维造型模拟，对于旋转式滗水器的结构改进及未来发展趋势也进行了一定程度的讨论。 关键词：SBR 工艺 旋转式滗水器 螺杆传动 均量滗水 SBR工艺配套用旋转式滗水器的结构设计及三维实体模拟 4 Abstract The SBR process is used widely in wastewater treatment, and water decanters is the key equipment for this process. Decanters used for SBR were systematically studied through an analyzing their structure, operation principle, hydraulic characteristics. With the revolution of SBR process, various types of water decanters were developed. Rotary decanter is one of the common-used ones. In this thesis, dynamics and hydraulics of rotary decanter were mainly discussed, and the 3D-modle was also built to make the structure more pictorial. Key words：SBR process revolving decanter hydraulic characteristics SBR工艺配套用旋转式滗水器的结构设计及三维实体模拟 5 目 录 第一章 引 言 . 6 1.1 研究背景.6 1.2 间歇式活性污泥法工艺.6 1.3 滗水器结构.8 1.4 本文的工作内容.11 第二章 旋转式滗水器的动力学及水力学分析.13 2.1 设计参数的选用及设定.13 2.2 机构特征与设计关键分析.14 2.2 旋转式滗水器的动力学分析.16 2.3 旋转式滗水器的水力学分析.20 第三章 螺杆传动旋转式均量滗水器的结构设计 .27 3.2 滗水部件的尺寸计算.27 3.3 旋转部件的设计 .29 3.4 支撑部件的尺寸计算.29 3.5 电动执行器及减速器的构造及工作.31 3.6 滗水器与出水管的联结.33 第四章 计算机辅助设计及技术经济分析.34 4.1 计算机绘图.34 4.2 三维实体模拟造型.34 4.3 技术经济分析.36 第五章 结论与建议 .39 5.1 结论.39 5.2 建议.39 参 考 文 献 .40 .致 谢.41 SBR工艺配套用旋转式滗水器的结构设计及三维实体模拟 6 第一章 引 言 1.1 研究背景 水污染处理一直是世界关注的重点，最常用的生物处理法己从传统的活性污泥法和生物膜法衍生出很多新的工艺，如A/O工艺、氧化沟工艺、SBR工艺等。其中，SBR (sequencing Batch Reactor)工艺是目前研究和应用最活跃的热点工艺之一。随着SBR及其改进型工艺的开发和应用，与之配套的污水处理设备也得到了较大的发展。作为SBR工艺的核心设备，滗水器的性能直接影响工艺效率，有必要加以深入研究。在多种形式的SBR处理系统及其改良工艺中,处理水排出过程共同特点是集中滗水、变水位及大流量,同时需要滗水器能始终撇出上层液体并有效地避免污泥流失。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。对于一个SBR 处理系统而言,滗水器的工作性能对于系统的处理效果有着重要的影响。在滗水器的选择过程中,应综合考虑滗水效果、运行稳定性、系统改扩建与造价等多方面因素。故应具有投资省、效率高、节省占地面积及以下诸多特点。 1.2 间歇式活性污泥法工艺 活性污泥法是生物处理中效率最高的处理方法，也是世界上厂.泛普及的处理方法。英国的Andern和Lockett证实了通过把空气吹入生成的污泥中循环使用可以加速污水的净化，活性污泥法由此诞生。SBR工艺是在传统活性污泥法的基础上发展起来的，由美国Irvine教授在20世纪70 年代初开发。80年代初出现了连续进水的ICEAS工艺，随之Goranzy教授开发了 CASS和CAST工艺，90年代比利时的SEGHERS公司又开发了UNITANK系统，把经典SBR的时间推流与连续系统的空间推流结合了起来。同时，DAT-IAT工艺、C-TECH工艺、UniFED工艺也相继出现。我国也于80年代中期开始对SBR进行研究，目前应用已比较广泛。 SBR工艺配套用旋转式滗水器的结构设计及三维实体模拟 7 SBR工艺是一个非稳态工艺，在反应器内注满污水，然后按分批处理的模式运行。一个操作循环分五个阶段：进水、反应、沉淀、滗水、闲置。改变运行参数可实现好氧一厌氧一缺氧状态，通过对这些状态的精确控制可实现有机物的有效去除。 图 1-1 SBR 工艺流程示意图 SBR处理工序是间歇、周期性的，整个运行过程分成进水期、反应期、沉降期、排水期和闲置期，各个运行期在时间上按序排列，称为一个运行周期。SBR具有以下特点： (1) 工艺流程简单，不设二沉池，一般情况下也不用设调节池； (2) 污泥指数SVI较低，不需要污泥回流； (3) 反应推动力大，比有机物降解速率大、效率高，因此可以减少曝气池的有效容积与曝气时间； (4) 间歇曝气具有抑制丝状菌繁殖的作用； (5) 运行过程本身为好氧厌氧的交替过程，能够在单一的曝气池内实现脱氮除磷。 但是，传统SBR工艺仍存在严重的缺陷，操作复杂是SBR法的致命弱点，在该工艺发展初期，曝气头设计使得曝气过程中经常出现曝气头堵塞的情况。同时，尽管SBR工艺在大、中、小型规模的污水处理厂中均有所应用，但是受工艺特点和设SBR工艺配套用旋转式滗水器的结构设计及三维实体模拟 8 备性能参数的限制，SBR工艺反应池数量较多，监控、调节较复杂，对系统控制、设备维护保养要求较高。于是，随着SBR工艺的发展，改进这些缺陷的变形工艺相继出现。 1.3 滗水器结构 SBR工艺中，除处理工序中的中粗、细格栅、沉砂池外，其主体构筑物就是生化反应池，而提到生化反应池就决不能忽视其配套设备滗水器。 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。20世纪后，随着SBR技术的广泛应用，各种类型的滗水器也应运而生。 滗水器种类繁多，按动力划分可分为无动力式和机械驱动式。其中，无动力式旋转依靠电力和气源驱动，有浮筒式、虹吸式等；机械驱动式滗水有电动推杆式、绳索式、滑轨式等。按运转轨迹划分主要有旋转式，垂直升降式和固定式。按安装方式则可分为浮筒式和固定悬浮式。 1.3.1套筒式滗水器 套筒式滗水器有丝杠式和钢绳式两种。如图为套筒式垂直升降滗水器，包括传动装置、滗水槽、弹性橡胶接头、支架、伸缩套筒、排水干管，干管支架、天桥、排气管和伸缩式万向联轴器等部件组成。其基本原理都是在一个固定的平台上通过电机的运动，带动丝杠(或滚筒)上钢绳连接的浮动式水堰上下运动。堰的下端连接着若干条一定长度的直管，直管套在一个带有橡胶密封的套筒上，直管可随堰一起运动。套管的末端固定在反应池底，与底板下的排水管相连。上清液由堰流入，经套管导入排水管后，排出反应器。其结构如图1-2所示。 SBR工艺配套用旋转式滗水器的结构设计及三维实体模拟 9 图 1-2 套筒式滗水器结构示意图 1-传动装置；2-滗水槽；3-弹性橡胶接头；4-支架；5-伸缩管套；6-排水干管；7-干管支架；8-天桥；9-排气管；10-伸缩式万向联轴器 1.3.2 虹吸式滗水器 澳大利亚AAT公司在20世纪80年代开发出这种新型的SBR滗水器，其结构如图1-3所示。 图 1-3 AAT公司新型 SBR 虹吸式滗水器 该滗水器主要分为3大部分：排水短管、U型管部分及排水总管。 进水阶段开始后，系统内水位逐渐上升，由于静水压的作用，排水短管和U型管液面之间形成气封，气封使在正常进水及反应过程中没有处理的污水溢出反应SBR工艺配套用旋转式滗水器的结构设计及三维实体模拟 10 器；当水位通过堰臂上端时，最低滗水液位开关在此时将之关闭。反应及沉淀阶段结束后，放出部分被封的空气，滗水阶段开始。当水位降到最小滗水液位时，关闭放气电磁阀，最低滗水液位开关开启，此时出水流进入虹吸状态。 1.3.3 旋转式滗水器 目前SBR工艺中应用最广泛的滗水器。旋转式滗水器是应用于SBR法污水处理工艺中的一项关键设备，主要工作在排水期。旋转式滗水器能够追随水位的变化而变化，保证上清液的连续排出，且可以防止浮渣进入上清液而造成的二次污染，广泛适用