污水處理曝氣風(fēng)機(jī)選擇及能耗分析
為了對污水進(jìn)行處理，國內(nèi)外對處理方法進(jìn)行了大量研究，并形成了五花八門的污水處理技術(shù)，但其中使用量最大、使用最普及也最成熟的技術(shù)是活性污泥法。在該法中為了向水中充氧，必須向水中鼓入大量空氣，因而必須選用合適的鼓風(fēng)機(jī)。由于在整個污水處理工程中風(fēng)機(jī)所消耗的能量占了整個系統(tǒng)所消耗能量的一半以上，因而風(fēng)機(jī)的選型顯得特別重要。
因?yàn)樵谖鬯幚硐到y(tǒng)中，對風(fēng)機(jī)有其自身要求：風(fēng)機(jī)的風(fēng)量可由化學(xué)耗氧量算得，而風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓決定于水深（曝氣頭端面到水面的距離）。在污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時必須考慮管道、閥門、彎頭及曝氣頭的壓力損耗，一般在水深的基礎(chǔ)上增加9.8kPa。
新系統(tǒng)剛投入運(yùn)行時，壓力一般都在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，可隨著使用時間的推移，由于曝氣頭微孔的堵塞，管道閥門的銹蝕，特別是曝氣頭損壞，大量污泥流入管道并沉積，使管道流通面積減小，從而使系統(tǒng)阻力大幅增加，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時要特別考慮這一點(diǎn)。
除此之外還必須綜合考慮風(fēng)機(jī)能耗、噪聲及價(jià)格等因素。下面我們就以上幾個方面進(jìn)行一些探討。
1、在污水處理系統(tǒng)中通常使用的風(fēng)機(jī)基本類型
常用的形式有容積式鼓風(fēng)機(jī)和旋渦式鼓風(fēng)機(jī)，其中容積式鼓風(fēng)機(jī)，主要有回轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)、羅茨鼓風(fēng)機(jī)；旋渦式鼓風(fēng)機(jī)主要有多級離心式風(fēng)機(jī)、單級高速離心式風(fēng)機(jī)。市面上的單級高速離心式風(fēng)機(jī)又分為空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)、磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)。
旋片式風(fēng)機(jī)僅在每天處理幾百立方的小型污水處理系統(tǒng)中有所應(yīng)用，而旋渦式風(fēng)機(jī)在早期小型污水處理系統(tǒng)中有應(yīng)用，現(xiàn)已被淘汰。下面僅就羅茨式、多級離心式及單級高速離心式風(fēng)機(jī)的選型進(jìn)行討論。
（1 ）由容積式風(fēng)機(jī)與離心式風(fēng)機(jī)的流量特性來看，顯然羅茨風(fēng)機(jī)更適用于污水處理系統(tǒng)，其原因是羅茨鼓風(fēng)機(jī)流量是硬特性，即當(dāng)水處理系統(tǒng)阻力增加時，其出口壓力也隨著增加，但其輸出氣體的流量卻變化很小，從而可以維持水處理系統(tǒng)的曝氣量幾乎不變（在風(fēng)機(jī)強(qiáng)度及電動機(jī)功率滿足的情況下）；而離心式鼓風(fēng)機(jī)則不同，其風(fēng)量隨阻力的增加而大幅減少。當(dāng)阻力增加到一定壓力時，風(fēng)機(jī)輸出風(fēng)量為零，整個系統(tǒng)將無法曝氣。
如蘇州一家公司的污水處理廠，選用多級離心風(fēng)機(jī)曝氣，開始使用時很正常，隨著使用時間的延續(xù)，曝氣池水翻滾的強(qiáng)度越來越小，最終不再曝氣。建議其將污水池水位下降1m后，水池又正常曝氣。后來將多級離心風(fēng)機(jī)換為三葉型羅茨風(fēng)機(jī)，一直延用至今。因此在污水處理系統(tǒng)中選用離心式鼓風(fēng)機(jī)要特別注意，選用風(fēng)機(jī)的壓力一定要留有充分余地。
（2）水處理系統(tǒng)在選用離心式風(fēng)機(jī)時，特別要注意防止風(fēng)機(jī)產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。因?yàn)樵陲L(fēng)機(jī)運(yùn)行中由于系統(tǒng)阻力的增加，造成風(fēng)量的減小，當(dāng)流量減小到某一最小值時就會在風(fēng)機(jī)流道中出現(xiàn)嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離，流動嚴(yán)重惡化，使鼓風(fēng)機(jī)出口壓力突然大大下降，由于風(fēng)機(jī)總是和水處理管網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合工作的，這時管網(wǎng)中的壓力并不馬上降低，于是管網(wǎng)中的氣體壓力反大于風(fēng)機(jī)出口處的壓力，從而氣體發(fā)生倒流，一直至管網(wǎng)中的壓力下降至風(fēng)機(jī)的出口壓力為止，這時倒流停止，風(fēng)機(jī)又開始向管網(wǎng)供氣，經(jīng)過風(fēng)機(jī)的流量又增大，風(fēng)機(jī)又恢復(fù)正常工作，當(dāng)網(wǎng)管中的壓力又恢復(fù)原來壓力時，風(fēng)機(jī)的流量又減少，風(fēng)機(jī)的出口壓又突然減小，系統(tǒng)中又產(chǎn)生倒流，如此周而復(fù)始就在系統(tǒng)中產(chǎn)生周期性的氣流震蕩現(xiàn)象，這就是風(fēng)機(jī)的喘振現(xiàn)象，往往造成風(fēng)機(jī)的重大事故。
是不是發(fā)生喘振還和系統(tǒng)管網(wǎng)有關(guān)，管網(wǎng)的容量越大，則喘振的振幅越大， 頻率越低，管網(wǎng)的容量越小，則喘振的振幅越小，頻率越高。當(dāng)幾臺風(fēng)機(jī)并網(wǎng)使用時，有時還會出現(xiàn)單臺機(jī)出現(xiàn)喘振的現(xiàn)象，因?yàn)橐粋€系統(tǒng)當(dāng)設(shè)計(jì)施工完畢后其系統(tǒng)的阻力將隨著系統(tǒng)內(nèi)所流通的風(fēng)量增加而增加，當(dāng)系統(tǒng)阻力增加至某臺風(fēng)機(jī)的喘振點(diǎn)時，此機(jī)就會產(chǎn)生風(fēng)機(jī)的喘振現(xiàn)象，因此除對風(fēng)機(jī)的壓力保留一定的余地外，還必須對管網(wǎng)系統(tǒng)作一定的設(shè)計(jì)計(jì)算。
2、選用的風(fēng)機(jī)必須能耗低
由于風(fēng)機(jī)的能耗占了水處理系統(tǒng)總能耗的一半以上，因此選用的風(fēng)機(jī)應(yīng)盡量低能耗。下面就污水處理中常用的離心風(fēng)機(jī)及羅茨鼓風(fēng)機(jī)的能耗進(jìn)行對比：
（1）現(xiàn)在有許多設(shè)計(jì)院及高等院校在污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時常采用多級離心鼓風(fēng)機(jī)，認(rèn)為多級離心鼓風(fēng)機(jī)能耗及噪聲都比羅茨鼓風(fēng)機(jī)低，甚至有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)部門曾想在污水處理系統(tǒng)中淘汰羅茨鼓風(fēng)機(jī)。其實(shí)我國的羅茨鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)在近20年來已有了長足進(jìn)步，特別羅茨鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)制造成功并批量投產(chǎn)，其各項(xiàng)指標(biāo)特別是噪聲及能耗指標(biāo)有了大幅度下降，絲毫不遜于多級離心式鼓風(fēng)機(jī)。
（2）國產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)與單級高速離心鼓風(fēng)機(jī)能耗比較，在我國污水處理系統(tǒng)中使用的單級高速離心鼓風(fēng)機(jī)極大多數(shù)都是引進(jìn)國外產(chǎn)品，主要是丹麥HV-TUBO公司及英國豪頓公司的產(chǎn)品，該二公司風(fēng)機(jī)都采用進(jìn)風(fēng)口導(dǎo)葉及擴(kuò)壓器導(dǎo)葉控制，流量調(diào)節(jié)范圍寬，同時高效值范圍大。我國在污水處理系統(tǒng)中僅從丹麥HV-BUTO公司引進(jìn)的風(fēng)機(jī)從1990年開始到現(xiàn)在有近千臺。國內(nèi)沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠在1995年引進(jìn)了日本國川崎重工株式會社單級高速離心風(fēng)機(jī)技術(shù)。2000年后又有重慶通用機(jī)械公司、杭州制氧氣廠、南通金通靈公司等單位自主研發(fā)了單級高速離心風(fēng)機(jī)，但國產(chǎn)風(fēng)機(jī)及引進(jìn)技術(shù)風(fēng)機(jī)流量調(diào)節(jié)都僅采用進(jìn)口導(dǎo)葉控制，因而高效工況區(qū)都不如丹麥HV-BUTO公司及英國豪頓公司寬。
單級高速離心鼓風(fēng)機(jī)的能耗確比國產(chǎn)三葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)低，但并不象丹麥HV-TURBO公司樣本所宣傳的那樣節(jié)能達(dá)30%～40%，至于重通公司的能耗顯得高，可能是樣本上提供的是配套電機(jī)功率而非軸功率造成。而國產(chǎn)三葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)正向高速方向發(fā)展，隨著速度的提高能耗會進(jìn)一步降低，從而能耗將會更進(jìn)一步接近單級高速離心風(fēng)機(jī)。
（3）國產(chǎn)三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)與L型二葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)及國外三葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)的性能對比：L型二葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)是80年代中期，當(dāng)時的機(jī)械工業(yè)部組織全國幾家重點(diǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家聯(lián)合設(shè)計(jì)的節(jié)能產(chǎn)品，列入國家第八批節(jié)能產(chǎn)品目錄。國產(chǎn)三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的能耗較L型二葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的能耗低1.2%～21%。值得一提的是L型二葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)樣本中所提供的軸功率隱瞞了風(fēng)機(jī)的起始功率。如加上空載起始功率，則國產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)的節(jié)能效果將顯得更大。
3、水處理系統(tǒng)所選用的風(fēng)機(jī)還必須噪聲低
污水處理是為了保護(hù)環(huán)境，不能為了污水處理而給環(huán)境帶來二次污染，因此在為污水處理系統(tǒng)選用風(fēng)機(jī)時，對風(fēng)機(jī)的噪聲必須認(rèn)真考慮，國產(chǎn)三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的噪聲比多級離心式要低。同時從表中可以看到國產(chǎn)三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)與同類型的兩葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)相比噪聲要低3.8~10dB(A),比德國AERZEN公司的三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲也要低6~14dB(A)左右。
4、價(jià)格的對比
各類風(fēng)機(jī)價(jià)格對比如上表所示。從上表可看出國產(chǎn)三葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)的價(jià)格是多級離心鼓風(fēng)機(jī)的1/2不到；是國產(chǎn)單級高速離心鼓風(fēng)機(jī)的1/5不到；是進(jìn)口單級高速離心鼓風(fēng)機(jī)的1/12不到，因而在價(jià)格上國產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)有絕對的優(yōu)勢。
從以上分析對比可看出，在污水處理中選用國產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)較選用多級離心鼓風(fēng)機(jī)更合理，其噪聲及能耗都較低而價(jià)格僅后者1/2不到，且不用擔(dān)心風(fēng)機(jī)會產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。而單級高速離心風(fēng)機(jī)確實(shí)能耗及噪聲較低，但即使選用國產(chǎn)單級高速離心風(fēng)機(jī)其價(jià)格仍是國產(chǎn)羅茨風(fēng)機(jī)的5倍以上。若選用進(jìn)口風(fēng)機(jī)，其價(jià)格則為國產(chǎn)三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的12倍左右。由于昂貴的價(jià)格，因而妨礙了它在污水處理曝氣系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用。因此在污水處理系統(tǒng)中選用風(fēng)機(jī)時要權(quán)衡綜合考慮。純水設(shè)備， 無錫純水設(shè)備,無錫水處理設(shè)備，無錫去離子水設(shè)備, 醫(yī)用GMP純化水設(shè)備。
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