好氧活性污泥法污水处理鼓风机选型及节能

白生云

(太原市市政工程设计研究院，山西太原 030002)

活性污泥系统是采用人工强化生物反应池中微生物的新陈代谢作用，以加速污水中有机物降解的过程，其中主要的强化措施就是人为的向生物反应池中曝气，这样既使空气中的氧溶于水中以供给微生物需氧化污水中有机物所需的足够的溶解氧，又使微生物与污水充分接触。曝气系统是污水处理过程中能耗最大的工序，污水生物处理能耗(主要用于曝气供氧)占总能耗的60%以上，降耗研究对整个污水厂的节能运行意义重大［1］。

1 污水厂曝气鼓风机工作原理、结构及特点

目前用于曝气的鼓风机有:罗茨鼓风机、低速多级离心鼓风机、单级高速离心鼓风机、空气悬浮离心鼓风机及磁悬浮离心鼓风机等五大类，污水厂应用较多的是罗茨鼓风机和离心鼓风机。空气悬浮离心鼓风机自2002年进入我国市场，逐步得到市场认可。磁悬浮离心鼓风机于2004年进入国内市场，业绩不多，磁悬浮离心鼓风机仍需要进一步得到市场检验和认可。

1)罗茨鼓风机。罗茨鼓风机由机壳、墙板、叶轮、进出口消声器等四大部分组成。工作原理:输送的风量与转数成比例，三叶型叶轮每转动一次由2个叶轮进行3次吸、排气。与二叶型相比，气体脉动性小，振动也小，噪声低。风机2根轴上的叶轮与椭圆形壳体内孔面、叶轮端面和风机前后端盖之间及风机叶轮之间始终保持微小的间隙，在同步齿轮的带动下风从风机进风口沿壳体内壁输送到排出的一侧。2)低速多级离心鼓风机与单级高速离心鼓风机。离心式风机由机壳、主轴、叶轮、轴承传动机构及电机等组成。工作原理:根据动能转换为势能的原理，利用高速旋转的叶轮将气体加速，然后减速、改变流向，使动能转换成势能(压力)。在单级离心风机中，气体从轴向进入叶轮，气体流经叶轮时改变成径向，然后进入扩压器。在扩压器中，气体改变了流动方向造成减速，这种减速作用将动能转换成压力能。压力增高主要发生在叶轮中，其次发生在扩压过程。在多级离心风机中，用回流器使气流进入下一叶轮，产生更高压力。3)空气悬浮离心鼓风机。2002年，韩国推出高新技术产品空气悬浮鼓风机，KTURBO率先进入中国，随后NEUROS也进入中国，2007年3月成立的TURBOMAX也有了一些应用业绩。空气悬浮离心鼓风机是由空气悬浮轴承、高效叶轮、高速电机、变频系统、冷却系统、进风过滤系统及控制系统等构成。电机主轴通过高速马达高速旋转，同时主轴和轴承之间形成空气膜，空气膜产生压力使轴承悬浮状态同时带动叶轮。因采用主动式无油空气悬浮轴承，不需要润滑装置，所以构造简单而精确。4)磁悬浮离心鼓风机。磁悬浮离心鼓风机是采用磁悬浮轴承的透平设备的一种。其主要结构是鼓风机叶轮直接安装在点击轴延伸端上，而转子被垂直悬浮于主动式磁性轴承控制器上。其核心是磁悬浮轴承和永磁电机技术结构。磁悬浮离心式鼓风机采用了高速永磁同步电机的直驱结构，将离心叶轮和电机驱动一体化集成设计。它通过内置的位移传感器实时检测转轴的振动。将得到的信号送入磁悬浮轴承控制器进行调理、运算，产生控制电流，再将该电流输入磁轴承线圈，产生电磁力，从而实现轴承的悬浮。永磁同步电机的主要作用是驱动转轴的旋转，它通过变频器产生频率可控的电流，将此电流输入电机定子产生的旋转磁场，带动转轴高速旋转。风机的主要功能实现鼓风，随转轴一同做高速旋转的叶轮带动空气从蜗壳的进气口进入，空气在蜗壳的导向与增压作用下成为具有一定流速与压力的气体，最后从蜗壳的出气口鼓出，从而实现了风机的鼓风。

2 各类风机性能综合的比较

通过对各类风机主要项目的比较可以扬长避短，便于根据要求选取。

各类曝气鼓风机的主要项目比较见表1。

表1 各类曝气鼓风机主要项目比较表

3 节能原理与流量调节

3.1 节能原理

改变风机转速可以改变泵的性能曲线，在管路曲线保持不变情况下，使工作点改变，这种调节方式称为变速调节。当风机的转速升高时，风机的性能曲线上移，工作点上移，流量增加;反之，风机的转速下降时，其性能曲线下降，工作点下移，流量减少，从而实现风机的调节［2］。

3.2 流量调节

风机在管网中工作，其工作点是风机的性能曲线与管路性能曲线的交点，要改变这个工作点，就应该从改变管路性能曲线或改变风机性能曲线这两个途径着手。1)改变管路性能曲线。改变管路性能曲线常采用压出管上阀门节流与吸入管上阀门节流两种方法，分述如下:a.压出管上阀门节流。利用开大或关小泵或风机压出管上阀门开度，从而改变管路的抗阻系数S，使管路性能曲线改变，以达到流量调节的目的。此种调节方法十分简单，因为它是靠改变阀门阻力来改变流量的，当拟减小流量时，就需额外增加阻力，故不太节能。b.吸入管上阀门节流。当关小风机吸入管上阀门时，实际上也改变了风机的性能曲线，所以比压力节流有利。2)改变风机性能曲线。此调节法，在管路及阀门都不做任何改变即管路性能曲线不变的条件下，来调节风机性能曲线。通常所采用的方法有:改变风机转数，改变风机进口导流阀的叶片角度等。此外，罗茨鼓风机也可采用旁通放风阀来减小生物池曝气量。

4 鼓风曝气系统中风机的自动控制

曝气量的控制对好氧活性污泥生物的处理效果有着至关重要的作用，同时也是决定鼓风处理单元能耗大小的重要环节。供氧量包括生化反应的需要量和维持混合液2 mg/L的溶解氧。由于进水水质、水量以及工艺自身对氧的需求，鼓气量的大小通常通过在线DO及OPR来控制，对气量的调整通常伴随整个污水生物处理过程，为此自控系统的建立及运行管理至关重要。

随着对节能减排的日益重视，工频截流阀调节的高耗能运行方式逐步被改造为变频调速方式。自控可实现改变变频运行状态，切换变频与工频，在满足曝气的前提下实现节能。自控系统通过对曝气系统的同步动态控制，实现对生物池DO值的控制，将DO控制与鼓风机控制有机结合，通过在线溶解氧分析仪反馈的数值，迅速而精确地调整空气调节针阀的开度。根据曝气池中的溶解氧浓度，由现场PLC自动调节控制，供气量可节省10%［3］。

5 结语

各类鼓风机均有自身的特点，鼓风机选型及鼓风机数量要充分考虑调节气量的需求，应从设计阶段开始，选择合理的处理工艺，考虑到水质的变化，使用节能的设备，以便于在污水厂运行中通过控制，使得污水处理厂不仅能达到预期处理效果，而且使鼓风单元能耗降到最低，从而实现节能。

［1］谷成国，宋剑锋.城市污水处理厂鼓风曝气阶段的节能降耗研究［J］.环境保护科学，2008，34(5)：17-18.

［2］郭仁宁，王海刚.变频泵和风机的节能分析［J］.2007，28(6)：25-26.

［3］陈国雄.某城市污水处理厂曝气系统技术改造的应用效能［J］.广州化工，2011，39(17)：41-42.