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摘要
氧化沟工艺作为活性污泥法的重要变型，凭借其结构简单、抗冲击负荷能力强、污泥龄长等优势，成为城市污水与工业废水处理的主流工艺之一。氧化沟潜水推进器作为氧化沟系统的核心动力设备，通过调控水流流态、维持混合液悬浮状态、促进污染物降解与污泥回流，直接影响污水处理效率与运行稳定性。本文从氧化沟工艺原理出发，系统分析潜水推进器的功能机制、技术特点及其对污水处理效果的影响，并探讨其选型优化与智能化升级方向，为污水处理厂的稳定运行提供理论支持。
引言
随着城市化进程加速与环保标准提升，污水处理厂需在有限占地面积内实现高效、低耗的污染物去除。氧化沟工艺通过延时曝气与循环流动设计，实现了同步硝化反硝化(SND)、污泥减量化等目标，但其运行效果高度依赖水流流态的稳定性。潜水推进器作为氧化沟内动力来源，其性能直接影响混合液溶解氧分布、污泥悬浮状态及污染物传质效率。研究潜水推进器的关键作用，对优化氧化沟工艺运行、降低能耗与提升出水水质具有重要意义。
1. 氧化沟工艺原理与潜水推进器的功能定位
1.1 氧化沟工艺特点
氧化沟是一种环形或椭圆形的闭合式曝气池，污水与活性污泥在沟内循环流动，通过曝气设备供氧并降解有机物。其核心优势包括：
长污泥龄（15 - 30d）：支持硝化菌与反硝化菌共生，实现同步脱氮；
低有机负荷（0.1 - 0.3kgBOD?/(kgMLSS·d)）：抗冲击负荷能力强，出水水质稳定；
简化流程：无需单独设置二沉池与污泥回流泵(依赖混合液悬浮状态实现内回流)。
1.2 潜水推进器的功能定位
潜水推进器是氧化沟内的“心脏”，其核心功能包括：
维持混合液循环流动：驱动污水与污泥形成连续环流，避免短流与死区；
促进溶解氧（DO）均匀分布：通过调控水流速度与方向，优化曝气器周边DO浓度；
保持污泥悬浮状态：防止污泥沉降堆积，确保微生物与污染物充分接触；
强化传质效率：推动污水与活性污泥、溶解氧、营养物质的混合，加速污染物降解。
2. 潜水推进器的关键技术特点
2.1 结构设计适配氧化沟流态
氧化沟内水流需同时满足“循环流动”与“局部扰动”的双重需求，潜水推进器通常采用以下设计：
低转速大直径叶轮：转速通常为30 - 100r/min，叶轮直径可达1 - 3m，通过低剪切力推动混合液形成平缓环流，避免污泥破碎；
可调角度叶轮：叶轮倾角可调(通常0° - 30°)，通过改变推流方向调控沟内流速分布(典型流速0.3 - 0.6m/s)，避免短流与死区；
双曲面或螺旋桨叶轮：双曲面叶轮适用于大流量低扬程场景(如矩形氧化沟)，螺旋桨叶轮则更适合小空间高流速需求(如圆形氧化沟)。
2.2 动力性能与能效优化
潜水推进器的功率通常为1.5 - 75kW，其能效比(单位能耗产生的流速)直接影响运行成本。高效推进器需满足：
高推力效率：通过CFD(计算流体动力学)模拟优化叶轮形状，推力效率可达60% - 75%；
变频调速控制：根据进水负荷动态调整转速(如夜间低流量时降低转速20% - 30%)，节能率可达20% - 40%；
耐磨与防腐设计：叶轮与壳体采用不锈钢(如316L)或高分子复合材料(如聚氨酯涂层)，抵抗污水中的悬浮物磨损与化学腐蚀。
3. 潜水推进器对污水处理效果的影响
3.1 溶解氧分布与脱氮效率
氧化沟内DO浓度需维持在0.5 - 2.0mg/L(硝化区)与0.2 - 0.5mg/L(反硝化区)，潜水推进器通过以下机制优化DO分布：
推动混合液绕流曝气器：使曝气产生的气泡均匀扩散，避免局部DO过高(>2.5mg/L抑制反硝化)或过低(<0.3mg/L导致硝化停滞)；
调控流速分区：在曝气区提高流速(0.5 - 0.6m/s)增强传质，在缺氧区降低流速(0.3 - 0.4m/s)延长污泥停留时间，促进反硝化反应。
案例：某污水处理厂通过调整潜水推进器角度与转速，将缺氧区DO浓度从0.6mg/L降至0.3mg/L，反硝化效率提升30%，总氮去除率从65%增至85%。
3.2 污泥悬浮与生物量稳定性
潜水推进器的推流作用可有效防止污泥沉降，维持MLSS(混合液悬浮固体浓度)在3000 - 5000mg/L。若推进器故障?；?，污泥将在2 - 4小时内发生沉降堆积，导致：
曝气区污泥浓度下降：微生物量减少，有机物降解速率降低；
缺氧区污泥膨胀：丝状菌过度繁殖，恶化出水SS(悬浮物)与COD(化学需氧量)。
3.3 传质效率与污染物去除
潜水推进器通过强化污水与活性污泥、溶解氧、营养物质的混合，加速以下反应：
有机污染物降解：BOD?去除率从80%(无推进器)提升至95%以上；
磷的释放与吸收：在厌氧区(若有)推动聚磷菌释放磷，在好氧区促进磷过量摄取，除磷效率可达80% - 90%。
4. 潜水推进器的选型与运行优化
4.1 选型关键参数
氧化沟尺寸与形状：矩形沟需多台推进器协同推流(通常每10 - 15m布置1台)，圆形沟可采用单台大功率推进器；
设计流量与流速：根据进水流量计算所需总推力(公式：F=ρQv，其中ρ为污水密度，Q为流量，v为目标流速)，选择匹配功率的推进器；
DO控制要求：高精度脱氮工艺需选择变频调速推进器，以实现DO精细化调控。
4.2 运行优化策略
分区控制：根据氧化沟功能分区(曝气区、缺氧区、厌氧区)调整推进器转速与角度，例如缺氧区降低转速以减少DO输入；
智能联动：与在线DO传感器、流量计数据联动，通过PLC自动调节推进器参数(如DO<0.5mg/L时提高转速)；
定期维护：每季度检查叶轮磨损情况，清理缠绕的纤维状污染物(如头发、塑料绳)，避免推力下降。
5. 应用案例与效益分析
5.1 城市污水处理厂案例
某日处理量10万m3的氧化沟污水处理厂，配置6台功率15kW的潜水推进器(叶轮直径2.2m)。运行数据显示：
污泥悬浮状态稳定，MLSS波动范围<5%；
出水COD≤30mg/L、NH? - N≤1.5mg/L、TN≤10mg/L，达标率>98%；
年电耗降低15%(通过变频调速与分区控制)。
5.2 工业废水处理案例
某化工园区污水处理厂采用氧化沟工艺处理高浓度有机废水(COD≤5000mg/L)，配置4台功率30kW的潜水推进器(双曲面叶轮)。通过调整推进器角度优化流速分布，解决了原工艺中局部DO不足导致的硝化效率低下问题，COD去除率从85%提升至92%。
6. 结论与展望
潜水推进器是氧化沟污水处理系统的核心动力设备，其性能直接影响溶解氧分布、污泥悬浮状态及污染物去除效率。未来发展方向包括：
智能化升级：集成AI算法(如强化学习)实现推进器参数自适应调节，进一步降低能耗；
新材料应用：开发耐磨耐腐蚀复合材料叶轮，延长设备寿命至10年以上；
多工艺耦合：与微孔曝气器、生物膜反应器等结合，提升脱氮除磷效率。
通过优化潜水推进器的设计与运行，可显著提升氧化沟工艺的稳定性与经济性，为污水处理厂的低碳运行提供关键技术支撑。
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