一种污水处理智能搅拌装置及其搅拌方法与流程

1.本发明涉及搅拌设备技术领域，具体涉及一种污水处理智能搅拌装置及其搅拌方法。


背景技术：

2.搅拌器是污水处理工艺中的常见设备，其主要功能是使污水混合均匀，匀化水质，传统搅拌器的搅拌桨的叶片与水平面的倾角是固定不变的，而当搅拌桨的叶片与水平面的倾角是90
°
时，水平方向的搅拌效果最好，但垂直方向的搅拌效果差；当搅拌桨的叶片与水平面的倾角是45
°
时，由于叶片倾斜，产生水平方向和垂直方向的力，水平方向和垂直方向的搅拌效果均能得到保证。
3.实际上，当搅拌桨的叶片与水平面的倾角大于0
°
且小于90
°
时，均能产生水平方向和垂直方向的力；角度不同，力的大小则不同，导致水平方向和垂直方向的搅拌效果有所差异。
4.sbr池是sbr水处理方法的核心处理单元，承担了有机物降解、脱氮除磷和泥水分离等功能；为满足有机物降解和脱氮除磷等生化反应所需要的氧化条件，需控制sbr池中依次出现好氧、缺氧和厌氧的状态；在好氧条件下，通过曝气机通入大量空气，并通过搅拌器的作用，使得池内水质匀化，好氧微生物进行生化反应；在缺氧和厌氧条件下，曝气机不通入空气，并通过搅拌桨作用，使得池内水质匀化，兼性和厌氧微生物进行生化反应。
5.若搅拌桨的叶片与水平面的倾角固定不变为90
°
，则不能在垂直方向上产生较理想的搅拌效果，池内垂直方向上的水质匀化程度较差，易产生活性污泥沉底、局部溶解氧含量过低或过高等异常现象，最终导致出水水质不达标；若搅拌桨的叶片与水平面的倾角固定为45
°
不变时，虽然水平方向和垂直方向的搅拌效果均能得到保证，但由于涡流作用，水体表面产生漩涡，漩涡表面水流速度快，是良好的传质界面，尤其是在厌氧阶段，漩涡现象加快空气中的氧气进入水体，破坏厌氧条件，从而影响生化反应效果。


技术实现要素：

6.针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种污水处理智能搅拌装置及其搅拌方法，解决了现有污水处理工艺中难以通过搅拌桨控制水质匀化程度和氧化程度的问题。
7.为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
8.提供一种污水处理智能搅拌装置，其包括与曝气机连接的箱体，箱体的内部设置有竖直的第一转轴和第二转轴，第二转轴间隙设置在第一转轴的上方，第一转轴和第二转轴之间的端部均设置有呈圆台状的第一端面齿轮，两个第一端面齿轮之间的周向上均匀设置有若干呈圆台状的调节齿轮，调节齿轮的轴线水平设置，且调节齿轮分别与两个第一端面齿轮相啮合，调节齿轮的外侧端固定设置有搅拌浆叶；第二转轴的内部活动穿设有与第二转轴同轴转动的连接轴，连接轴的上、下两端均设置有第二端面齿轮，连接轴的下端贯穿两个第一端面齿轮并间隙设置在第一转轴的内部，且第一转轴的内部设置有与第二端面齿
轮相啮合的第三端面齿轮，箱体的上端设置有与连接轴上端的第二端面齿轮相啮合的第四端面齿轮，连接轴间隙设置在第三端面齿轮和第四端面齿轮之间，箱体的上端设置有驱动连接轴上下滑动的驱动机构，第四端面齿轮与调节电机转动连接，第二转轴的上端从箱体的顶部穿出并与驱动电机转动连接，驱动机构、调节电机、驱动电机和曝气机均与控制器电连接。
9.采用上述技术方案的有益效果为：本方案通过连接轴可实现第一转轴和第二转轴的连接和断开，当连接轴下端的第二端面齿轮与第一转轴内部的第三端面齿轮相啮合时，第一转轴和第二转轴通过连接轴传动连接，通过驱动电机可实现第一转轴和第二转轴的同步转动，从而实现搅拌浆叶的转动搅拌；当驱动机构驱动连接轴上滑直至连接轴上端的第二端面齿轮与第四端面齿轮相啮合时，第一转轴和第二转轴断开，通过调节电机可带动第二转轴转动，而第一转轴静止不动，使得第一转轴与第二转轴之间端部的两个第一端面齿轮发生相对转动，从而使设置在两个第一端面齿轮之间的调节齿轮发生转动，从而实现搅拌浆叶倾斜角度的调节，当倾斜角度调节好之后，通过驱动机构将连接轴下滑，使第一转轴和第二转轴通过连接轴重新连接为一体，从而实现搅拌浆叶倾斜角度的固定。
10.进一步地，第一转轴的下端安装在第一轴承座上，第一轴承座内设置有与第一转轴底部配合的推力球轴承，第二转轴安装在第二轴承座上，第一轴承座和第二轴承座分别固定设置在箱体的底部和顶部。
11.采用上述技术方案的有益效果为：第一轴承座和第二轴承座分别用于限位第一转轴和第二转轴，减少第一转轴和第二转轴转动时收到的弯曲应力，其中第一轴承座内的推力球轴承可承载第一转轴的重力以及连接轴下端的第二端面齿轮与第一转轴内部的第三端面齿轮相啮合时的轴向压力。
12.进一步地，连接轴的上端凸出第二转轴的上端，驱动机构包括固定套设在连接轴凸出部分上的推力球轴承，推力球轴承的两侧均设置有支撑块，两个支撑块分别与两个伸缩缸的伸缩端连接，伸缩缸与控制器电连接。
13.采用上述技术方案的有益效果为：通过伸缩缸的伸缩可带动连接轴上下滑动，其中推力球轴承起到传递驱动力的同时，使驱动机构不妨碍连接轴的转动。
14.进一步地，若干调节齿轮之间均通过限位件连接，限位件包括限位圈，限位圈的周向上设置有若干锥头，锥头的内侧端呈收缩状，且锥头的轴线与限位圈的径向重合，调节齿轮滑动套设在锥头上。
15.采用上述技术方案的有益效果为：限位件对调节齿轮起限位作用，由于第一端面齿轮和限位齿轮均呈圆台状，当发生转动时，在离心力的作用下，限位齿轮会逐渐向外侧滑动，而将调节齿轮滑动套设在锥头上，在不影响调节齿轮转动的前提下，使调节齿轮不会向外侧滑动，从而使若干调节齿轮稳固配合在两个第一端面齿轮之间的周向上。
16.进一步地，搅拌浆叶呈内侧端窄、外侧端宽的扁平状结构，提高了搅拌浆叶水平方向和竖直方向的搅拌效果；搅拌浆叶的内侧端设置有用于避让锥头的开口，防止搅拌浆叶在转动时其内侧端与锥头发生摩擦。
17.进一步地，箱体内壁的上端和下端均设置有溶解氧检测仪，且两个溶解氧检测仪的连线穿过箱体的中心，溶解氧检测仪与控制器电连接；通过将两个溶解氧检测仪分别设置在箱体内距离最远的两个点处，使两个溶解氧检测仪的检测值可代表整个箱体内污水的
溶解氧含量的状况，从而有利于对污水的匀化程度和溶解氧指标进行判断分析。
18.提供一种污水处理智能搅拌装置的搅拌方法，其包括以下步骤：
19.s1：设定污水处理智能搅拌装置的运行周期t和循环次数，将运行周期t 进行区间划分，设定0到t1区间为好氧曝气阶段，t1到t2区间为缺氧阶段，t2到 t区间为厌氧阶段；
20.s2：当处于好氧曝气阶段时，通过曝气机向箱体内通入大量空气，控制驱动电机使搅拌浆叶进行转动搅拌，使箱体内污水的水质匀化，好养微生物进行生化反应；
21.s3：当处于缺氧阶段时，曝气机停止供气，保持搅拌浆叶的转动搅拌，使箱体内污水的水质匀化，兼性微生物和厌氧微生物进行生化反应；
22.s4：当处于厌氧阶段时，通过两个溶解氧检测仪对箱体内部污水的溶解氧含量进行实时检测，并通过检测值计算分析出污水的匀化程度和氧化程度，调节搅拌浆叶的倾斜角度和转动速度，使污水始终保持在水质匀化程度好的厌氧环境下，厌氧微生物进行生化反应；
23.s5：执行完成一个运行周期t后，控制器重复执行下一个运行周期t，并重复执行步骤s2-s4，直至达到所设定的循环次数。
附图说明
24.图1为污水处理智能搅拌装置的第一转轴与第二转轴连接时的结构示意图。
25.图2为污水处理智能搅拌装置的第一转轴与第二转轴断开时的结构示意图。
26.图3为第一端面齿轮与调节齿轮的结构示意图。
27.图4为限位件的结构示意图。
28.图5为搅拌浆叶的结构示意图。
29.其中，1、箱体，2、第一转轴，3、第二转轴，4、第一端面齿轮，5、调节齿轮，6、搅拌浆叶，7、连接轴，8、第二端面齿轮，9、第三端面齿轮，10、第四端面齿轮，11、调节电机，12、驱动电机，13、第一轴承座，14、第一推力球轴承，15、第二轴承座，16、第二推力球轴承，17、支撑块，18、伸缩缸， 19、限位圈，20、锥头，21、开口，22、溶解氧检测仪，23、固定架，24、皮带。
具体实施方式
30.下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
31.如图1所示，本方案的污水处理智能搅拌装置包括与曝气机连接的箱体1，箱体1的内部设置有竖直的第一转轴2和第二转轴3，第二转轴3间隙设置在第一转轴2的上方，第一转轴2的下端限位安装在第一轴承座13上，第一轴承座 13内设置有与第一转轴2底部配合的第一推力球轴承14，第二转轴3限位安装在第二轴承座15上，第一轴承座13和第二轴承座15分别固定设置在箱体1的底部和顶部；其中第一轴承座13和第二轴承座15分别用于限位第一转轴2和第二转轴3，减少第一转轴2和第二转轴3转动时收到的弯曲应力；第一轴承座 13内的第一推力球轴承14可承载第一转轴2的重力和轴向压力。
32.如图2和图3所示，第一转轴2和第二转轴3之间的端部均设置有呈圆台状的第一端
面齿轮4，两个第一端面齿轮4之间的周向上均匀设置有三个呈圆台状的调节齿轮5，调节齿轮5的轴线水平设置，且调节齿轮5分别与两个第一端面齿轮4相啮合，调节齿轮5的外侧端固定设置有搅拌浆叶6。
33.如图1和图2所示，第二转轴3的内部活动穿设有与第二转轴3同轴转动的连接轴7，具体实施时可采用在连接轴7上设置多边形棱柱，在第二转轴3上设置与多边形棱柱配合的多边形通孔，即可实现连接轴7与第二转轴3同轴转动，同时连接轴7也可在第二转轴3的轴线上相对滑动；连接轴7的上、下两端均设置有第二端面齿轮8，连接轴7的下端贯穿两个第一端面齿轮4并间隙设置在第一转轴2的内部，且第一转轴2的内部设置有与第二端面齿轮8相啮合的第三端面齿轮9，箱体1的上端设置有与连接轴7上端的第二端面齿轮8相啮合的第四端面齿轮10，连接轴7间隙设置在第三端面齿轮9和第四端面齿轮10 之间，箱体1的上端设置有驱动连接轴7上下滑动的驱动机构，第四端面齿轮 10通过皮带24与调节电机11转动连接，其中调节电机11优选步进电机，以实现角度的精准调节，第二转轴3的上端从箱体1的顶部穿出，且第二转轴3的上端固定设置有传动齿轮，传动齿轮与驱动电机12通过皮带24传动连接，其中驱动电机12为调速电机，以实现转速的调节，驱动机构、调节电机11、驱动电机12和曝气机均与控制器电连接。
34.本方案通过连接轴7可实现第一转轴2和第二转轴3的连接和断开，当连接轴7下端的第二端面齿轮8与第一转轴2内部的第三端面齿轮9相啮合时，第一转轴2和第二转轴3通过连接轴7传动连接，通过驱动电机12可实现第一转轴2和第二转轴3的同步转动，从而实现搅拌浆叶6的转动搅拌；当驱动机构驱动连接轴7上滑直至连接轴7上端的第二端面齿轮8与第四端面齿轮10相啮合时，第一转轴2和第二转轴3断开，通过调节电机11可带动第二转轴3转动，而第一转轴2静止不动，使得第一转轴2与第二转轴3之间端部的两个第一端面齿轮4发生相对转动，从而使设置在两个第一端面齿轮4之间的调节齿轮5发生转动，从而实现搅拌浆叶6倾斜角度的调节，当倾斜角度调节好之后，通过驱动机构将连接轴7下滑，使第一转轴2和第二转轴3通过连接轴7重新连接为一体，从而实现搅拌浆叶6倾斜角度的固定。
35.特别地，虽然调节电机11在带动连接轴7转动时，会带动第二转轴3以及驱动电机12发生转动，但是由于搅拌浆叶6的倾斜角度只是在360度范围内调节，因此调节电机11的转速和转动角度均很低，因此在调节搅拌浆叶6的倾斜角度时，对驱动电机12的影响可以忽略不计。
36.如图1所示，连接轴7的上端凸出第二转轴3的上端，驱动机构包括固定套设在连接轴7凸出部分上的第二推力球轴承16，第二推力球轴承16的两侧均设置有支撑块17，两个支撑块17分别与两个伸缩缸18的伸缩端连接，两个伸缩缸18同步伸缩且均与控制器电连接；通过伸缩缸18的伸缩可带动连接轴7 上下滑动，其中第二推力球轴承16起到传递驱动力的同时，使驱动机构不妨碍连接轴7的转动。
37.如图3和图4所示，三个调节齿轮5之间均通过限位件连接，限位件包括限位圈19，限位圈19可避让连接轴7，限位圈19的周向上均匀分布有三个锥头20，锥头20的内侧端呈收缩状，且锥头20的轴线与限位圈19的径向重合，三个调节齿轮5分别滑动套设在三个锥头20上；由于第一端面齿轮4和限位齿轮均呈圆台状，当发生转动时，在离心力的作用下，限位齿轮会逐渐向外侧滑动，而将调节齿轮5滑动套设在锥头20上，在不影响调节齿轮5转动的前提下，使调节齿轮5不会向外侧滑动，从而使三个调节齿轮5稳固配合在两个第一端面齿轮4
之间的周向上。
38.如图5所示，搅拌浆叶6呈内侧端窄、外侧端宽的扁平状结构，提高了搅拌浆叶6水平方向和竖直方向的搅拌效果；搅拌浆叶6的内侧端设置有用于避让锥头20的开口21，防止搅拌浆叶6在转动时其内侧端与锥头20发生摩擦。
39.如图1所示，箱体1内壁的上端和下端均设置有溶解氧检测仪22，且两个溶解氧检测仪22的连线穿过箱体1的中心，溶解氧检测仪22与控制器电连接；通过将两个溶解氧检测仪22分别设置在箱体1内距离最远的两个点处，使两个溶解氧检测仪22的检测值可代表整个箱体1内污水的溶解氧含量的状况，从而有利于对污水的匀化程度和溶解氧指标进行判断分析。
40.如图1所示，箱体1的上端安装有固定架23，调节电机11、驱动电机12 和第四端面齿轮10均设置在固定架23上；通过固定架23使各部件连为一体，有利于整个搅拌装置工作时的稳定性。
41.下面提供本方案污水处理智能搅拌装置的搅拌方法，其包括以下步骤：
42.s1：设定污水处理智能搅拌装置的运行周期为60分钟，循环次数为x次，将运行周期60分钟进行区间划分，设定0到15分钟为好氧曝气阶段，15到30 分钟为缺氧阶段，30到60分钟为厌氧阶段；
43.s2：当处于0到15分钟的好氧曝气阶段时，通过曝气机向箱体1内通入大量空气，控制驱动电机12使搅拌浆叶6的搅拌速度为120r/min，使箱体1内污水的水质匀化，好养微生物进行生化反应；
44.s3：当处于15到30分钟的缺氧阶段时，曝气机停止供气，保持搅拌浆叶6 的搅拌速度，使箱体1内污水的水质匀化，兼性微生物和厌氧微生物进行生化反应；
45.s4：当处于30到60分钟的厌氧阶段时，通过两个溶解氧检测仪22对箱体 1内部污水的溶解氧含量进行实时检测，并通过检测值计算分析出污水的匀化程度和氧化程度，改变搅拌浆叶6的倾斜角度和转动速度，使污水保持在水质匀化程度好的厌氧环境下或趋向于水质匀化程度好的厌氧环境发展，促进厌氧微生物进行生化反应，具体包括：
46.s41：通过控制器使两个溶解氧检测仪22每隔1分钟进行一次检测，其检测值分别为d1和d2，并进行判断：
47.当∣d1-d2∣≤0.1mg/l，且max{d1，d2}≤0.2mg/l时，执行步骤s42；
48.当max{d1，d2}＞0.2mg/l时，执行步骤s43；
49.当∣d1-d2∣＞0.1mg/l，且max{d1，d2}≤0.2mg/l时，执行步骤s44；
50.s42：保持搅拌浆叶6的倾斜角度和转动速度不变，并通过控制器对连续执行步骤s42的次数进行计数，若连续执行步骤s42的次数大于四次时，则执行步骤s43，否则返回步骤s41；
51.s43：调节搅拌浆叶6的倾斜角度，使搅拌浆叶6与水平面的夹角减小15 度，调节驱动电机12的转速，使搅拌浆叶6的转动速度降低10r/min；
52.s44：调节搅拌浆叶6的倾斜角度，使搅拌浆叶6与水平面的夹角增大15 度，调节驱动电机12的转速，使搅拌浆叶6的转动速度提高10r/min；
53.s5：执行完成一个运行周期t后，控制器重复执行下一个运行周期t，并重复执行步骤s2-s4，直至达到所设定的x次循环。
54.其中搅拌浆叶6倾斜角度的调节方法包括：
55.a1：控制伸缩缸18的伸缩端上升，直至连接轴7上端的第二端面齿轮8与第四端面齿轮10相啮合；
56.a2：通过调节电机11带动连接轴7和第二转轴3发生转动，第二转轴3上的第一端面齿轮4带动调节齿轮5发生转动，从而实现搅拌浆叶6倾斜角度的调节；
57.a3：控制伸缩缸18的伸缩端下降，直至连接轴7下端的第二端面齿轮8与第三端面齿轮9相啮合，第一转轴2和第二转轴3通过连接轴7传动连接，使搅拌浆叶6的倾斜角度固定。
58.下面对上述搅拌方法的原理进行描述：
59.当∣d1-d2∣≤0.1mg/l，且max{d1，d2}≤0.2mg/l时，其中，∣d1-d2 ∣≤0.1mg/l表示水质的匀化程度较好，max{d1，d2}≤0.2mg/l表示水体处于厌氧环境，污水处于理想状态，因此保持搅拌浆叶6的倾斜角度和转动速度不变。
60.当∣d1-d2∣≤0.1mg/l，且max{d1，d2}＞0.2mg/l时，其中，∣d1-d2 ∣≤0.1mg/l表示水质匀化程度较好，max{d1，d2}＞0.2mg/l表示水体不处于厌氧环境，此时由于搅拌桨叶转速过快和搅拌桨叶与水平面之间夹角偏大，会产生较强涡流作用，水体表面产生较大漩涡，漩涡表面水流速度快，成为良好的传质界面，加快空气中的氧气进入水体，破坏水体的厌氧环境，从而影响厌氧微生物的生化反应效果，因此调节搅拌浆叶6的倾斜角度，使搅拌浆叶6与水平面的夹角减小15度，调节驱动电机12的转速，使搅拌浆叶6的转动速度降低10r/min，从而减弱涡流作用，阻止空气中的氧气快速进入水体，为厌氧微生物的生化反应提供厌氧环境。
61.当∣d1-d2∣＞0.1mg/l，且max{d1，d2}＞0.2mg/l时，其中，∣d1-d2 ∣＞0.1mg/l表示水质匀化程度较差，max{d1，d2}＞0.2mg/l表示水体不处于厌氧环境，此时，若提高转速，则会提高水质的匀化程度，但会增大涡流作用，不利于厌氧环境的形成；若降低转速，则会减小涡流作用，有利于厌氧环境形成，但降低了水质的匀化程度，而形成厌氧环境是厌氧反应阶段的先决条件，水质的匀化程度为次要条件，因此当厌氧环境与匀化程度二者之间不能同时满足时，优先考虑厌氧环境的形成；因此调节搅拌浆叶6的倾斜角度，使搅拌浆叶6与水平面的夹角减小15度，调节驱动电机12的转速，使搅拌浆叶6的转动速度降低10r/min，优先为厌氧微生物的生化反应提供厌氧环境。
62.当∣d1-d2∣＞0.1mg/l，且max{d1，d2}≤0.2mg/l时，其中，∣d1-d2 ∣＞0.1mg/l表示水质匀化程度较差，max{d1，d2}≤0.2mg/l表示水体处于厌氧环境，此时由于搅拌浆叶6搅拌不充分导致水质匀化程度较差，因此调节搅拌浆叶6的倾斜角度，使搅拌浆叶6与水平面的夹角增大15度，调节驱动电机 12的转速，使搅拌浆叶6的转动速度提高10r/min，从而到达提高水质匀化程度的目的。
63.当∣d1-d2∣≤0.1mg/l，且max{d1，d2}≤0.2mg/l连续出现四次以上时，表示匀化程度好水质且水体处于厌氧环境，通过降低搅拌浆叶6的转动速度和倾斜角度可降低运行功耗，以到达节能减排的目的。
64.综上所述，本方案通过齿轮的配合以及巧妙的结构设计，使搅拌浆叶6的倾斜角度实现360度的自由调节，并在厌氧阶段时，可根据箱体1内部污水的溶解氧含量的状况，实时调节搅拌浆叶6的倾斜角度和转动速度，从而有利于污水中好氧微生物、兼性微生物和厌氧
微生物进行生化反应，进而提高污水有机物降解、脱氮除磷和泥水分离的效果。