空气悬浮风机在污水厂的应用及控制

马建林

摘 要：主要介绍一种新型曝气风机的原理、系统组成和在污水处理厂的应用及基本控制方式，使用和维护进行说明。

关键词：空气悬浮风机；污水处理厂；PLC；变频器；控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.038

0 前言

近些年来随着社会经济的发展，城市污水对整个水体造成的污染越来越严重，虽然很多城市都建有污水处理厂，但这些污水处理厂大都建设较早，绝大多数都是二级排放标准，对COD、氨氮、總P等污染物减排有限。为了改变这一状况，国家和地方都要求对这些老旧污水厂进行提标改造建设，新要求明确规定城市污水厂必需达到一级A排放标准。在这样的趋势下，一些新工艺、新设备被采用。而城市污水处理厂在运行中，电费占运行费用的50%或更高，其中曝气设备是大功率设备，所用电量占所有电量的50—60%，所以节约电能就可降低污水处理成本。因而在提标建设过程中各污水厂采用低能耗、高效率曝气设备至为重要。空气悬浮风机就在这样的背景下被一些污水处理厂选用。

1 空气悬浮式的风机原理和组成

（1）空气悬浮风机在本质上也是离心鼓风机，当电机转动带动风机叶轮旋转时，叶轮中叶片之间的气体也跟着旋转，并在离心力的作用下甩出这些气体，气体流速增大，使气体在流动中把动能转换为静压能，然后随着流体的增压，使静压能又转换为速度能，通过排气口排出气体，而在叶轮中间形成了一定的负压，由于入口呈负压，使外界气体在大气压的作用下立即补入，在叶轮连续旋转作用下不断排出和补入气体，从而达到连续鼓风的目的。但和普通离心风机比，它的特别之处在与它的电机是超高速永磁电机，每分钟高达十几万转，转子和叶轮直接连接，动力传输没有损耗。叶轮由钛合金制成，耐高温高压，5轴机械加工制造非常精密高效。轴承是空气悬浮轴承，主要包括径向轴承以及止推轴承等部件，启动前回转轴和轴承之间有物理性的接触，启动时回转轴和轴承相对运动，以形成流体动力场，在径向轴承内此流体动力形成浮扬力，这导致轴与轴承不同心。轴回转时在径向轴承里形成流体压力场，该流体压力场使轴处于悬浮状态而达到回转自如的目的。这种轴承与传统的滚珠轴承不同，没有物理接触点，构造简单，无需润滑油供给等附加装置，非接触式无震动，噪音很低，寿命长起动次数40000次以上。采用自身循环冷却方式，通过散热器将吸入的空气用水冷却发动机和变频器。整个个系统组成如图1。

（2）功能模式。空气悬浮离心鼓风机采用模块化设计，本身已集成了就地控制和变频系统于一体，不需要单独设立变频柜及操作柜。 由风机自身的控制面板就可以实现定速运转（RPM模式）、定流量运转（FLOW模式）、DO连接运转（DO-Link）、定负荷模式（POWER 模式）、定压运转（press 模式）、比例运转（PROPORTIONAL）的六种控制模式。程序在出厂时已经内嵌在PLC里，每种功能下电机电压、转数、功率输出程序也已经在变频器里写好，一般情况下只允许用户直接调度使用，不能随意更改。风机6种性能曲线如图2。

2 空气悬浮风机使用要点

（1）启动前注意的事项。风机运行前必须确认在出风管上的阀门打开。在阀门关闭状态下启动鼓风机因喘震可能会给鼓风机造成严重损伤。 确认曝气池水位，曝气池里没有水等的不符合条件下，禁止启动鼓风机。

（2）在控制器初始画面中把选择起停模式为现场（Local）或远程（Remote）。为避免SCADA与PLC系统通讯干扰就，厂家不建议由上位机直接起动风机。但是风机自带的PLC可以把电流、风量、压力、温度等数据上传至中控室监视。

（3）预测负荷压力和需要的空气流量，在性能曲线图上选择启动时的运转点。

（4）必须选择具有比预测负荷压力高达10%以上的压力范围的启动运转点。（选定SV值）。

3 工程实例

（1）工程概况。宁夏某市第一污水厂原建于2002年，设计能力为日处理城市生活污水6万吨，由3组卡鲁赛尔氧化沟组成，排放标准为城镇污水处理厂《城镇污水处理厂污染物排放标准》 （GB18918- 2002）二级。近年来根据国家和地方要求提标建设为一级A标准。新工艺采用MBBR工艺，曝气方式由原来的倒伞型表曝机（表爆机是曝气推流二合一功能）改为底部膜管曝气。

（2）曝气风机。曝气风机采用韩国某厂产250型空气悬浮风机数量： 4台（3用 1 备） 单机流量155m3/min，风压0.6bar， 单机功率190kW。图3为风机运行时界面。

在实际应用中，因为空浮风机送风效率非常高，一台风机完全可以满足2组MBBR生化池好氧区的需要。替代了改造前4台132KW表曝机。当然每组MBBR池还有新增10台7.5KW推流器完成推流功能和1台5KW硝化液回流泵。

由上表可看出改造前氧化沟设备总功率为548kW，实际工作电流为700A，改造后总功率为350kW，实际工作电流为640A，无论设备

功率及电流都明显减小，电流下降了约9%，实实在在节约了电能，经济效益明显。其实在很多时候将功率设置在85%即可满足曝气需要，大大降低运行电耗。

（3）日常维护。1）空气悬浮风机对进入的空气质量要求比较高，风机房要求全封闭，窗户上要安装卷帘棉防灰尘。风机吸入口的过滤网也要定期带到户外，利用压缩空气去除附在滤网上的灰尘。2）每天查看冷却液水位，变低时要及时补充。特别注意冷却水管接头长期使用老化会渗出冷却液，损坏其它电气设备。

4 结束语

空气悬浮风机有三大核心技术：高效永磁悬浮轴承，永磁高速同步电机及变频系统，精密制作的高精度叶轮，与传统罗茨风机或离心鼓风机相比能耗低、易操作、噪音低，调速范围宽，无需加油或使用润滑剂，无环境污染，在污水处理领域中前景广泛。

参考文献：

[1]郑志国.浅谈多极离心鼓风机与单极空气悬浮风机在污水处理厂的应用效果[J].黑龙江科技信息，2016（27）：32-33.

[2]谢荣焕，梁文逵，刘爱辉等.空气悬浮风机在污水厂节能降耗中的应用[J].中国给水排水，2014（15）：108-110.

[3]张彬彬，郭志涛，杨志林等.TURBOMMAX空气悬浮鼓风机及其在高原污水处理厂的应用[J].石油化工设备，2015，44（04）：81-84.