曝气风机压力和能耗升高的处理方法

李瑞峰，马金金，李治刚

(鲁泰纺织股份有限公司，山东淄博 255100)

1 基本情况

鲁泰集团某厂区拥有1座设计能力为5 000 m3/d的污水处理站，主要处理漂染、整理等工序产生的工业废水，处理后污水达标排放，满足《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB 4287—2012)中表2间接排放的指标要求。污水处理站采用“水解酸化+缺氧/好氧(AO)+后物化”的处理工艺，具有良好的脱氮除磷效果。

好氧池为推流式曝气池，有效容积约为4 200 m3，有效水深为6.7 m，池内污泥浓度保持2 500～4 000 mg/L，溶解氧维持在2.5～3.0 mg/L。采用罗茨风机、螺杆风机进行充氧曝气，罗茨风机主要对好氧池前端1/6容积的部分进行曝气，剩余部分采用螺杆风机进行曝气。罗茨风机选用三叶型罗茨风机，额定流量为44.6 Nm3/min，升压为68.6 kPa，功率为75 kW；螺杆风机额定流量为110 Nm3/min，升压为75 kPa，功率为250 kW。好氧池曝气方式为微孔曝气，采用可提升式管式曝气器，规格有Φ65 mm×600 mm、Φ65 mm×750 mm、Φ65 mm×1 000 mm，膜片材质为EPDM，曝气器安装深度为6.5 m。

2 遇到的问题及原因

2.1 遇到的问题

罗茨风机、螺杆风机为变频控制，正常情况下风机排气压力低于80 kPa，罗茨风机运行频率为28～40 Hz，螺杆风机频率在25～30 Hz。AO系统运行半年后，风机排气压力逐渐增加，排气压力高达85～90 kPa，需增加风机频率才能满足曝气池的需要量。由于风机排气压力增加，风机电流增加、能耗增加，风机耗电量达到1.22 kW·h/(t水)。

风机的运行压力过高，无法正常运行，曝气量也无法进一步提高，经常出现“喘震”现象，风机和供气管路经常发生震动，风机故障率增加，长期维持高风压运行会缩短风机的使用寿命[1]。风机排气压力大大超过额定升压，导致风机流量降低，无法满足好氧池的需氧量，溶解氧降低至2.5 mg/L，甚至低于2 mg/L，影响COD、氨氮的去除效果，导致二沉池出水COD、氨氮上升，造成后物化加药量增加，综合水处理成本增加。

2.2 原因分析

2.2.1 管式曝气器膜片结垢

印染过程使用大量的硫酸钠、碳酸钠、烧碱，导致印染废水呈碱性。污水中和印染过程均需投加大量的硫酸，导致污水中含有大量的硫酸盐，浓度可达3 000 mg/L。同时，北方地区自来水中钙、镁离子浓度较高，总硬度约为300 mg/L(以CaCO3计)。

在缺氧/好氧系统中，缺氧池的主要作用是反硝化脱氮，反硝化过程中，污水的碱度会逐渐增加。好氧池的主要作用是在碳化有机物的同时实现硝化作用，将氨氮转化为硝态氮。硝化过程中，污水的碱度逐渐降低，好氧池后端的碱度低于前端。由于反硝化的作用，污水在进入好氧池时碱度上升，同时，污水中本来就含有的高浓度硫酸根离子、钙离子在高碱度的状态下更易结垢，导致曝气器膜片上的微孔逐渐堵塞，风机曝气阻力增大。

在进行管式曝气器检查时，膜片表面有白色的沉淀物，其不能被盐酸清洗，推测应为硫酸钙。曝气池前端的风机(罗茨风机)比后端的风机(螺杆风机)排气压力更高。罗茨风机排气压力达到90 kPa，说明曝气池前端管式曝气器污堵更加严重。

2.2.2 风机选型不合理

罗茨风机和螺杆风机具有噪声大、效率低、运行维护费用高、能耗高的特点[2]。选用的罗茨风机和螺杆风机升压分别为68.6 kPa和75 kPa，在管式曝气器污堵、曝气阻力增大时不能满足工况需求。

2.2.3 供气流量分布不合理

推流式曝气池污染物负荷沿程递减分布，导致好氧池前端需氧量大、溶解氧浓度偏低，末端需氧量低、溶解氧浓度偏高。这不仅不利于污染物降解，还会造成能源浪费[3]。

3 采取的对策

(1)更换管式曝气器膜片材质

将膜片材质由EPDM更换为聚氨酯，聚氨酯材质的管式曝气器具有良好的抗结垢能力。

(2)曝气风机更换为磁悬浮风机

磁悬浮风机具有效率高、能耗低、噪音低、维护简单等优点，虽一次性投入费用较高，但在长期运行过程中节约电耗及维护费用[2]。采购1台磁悬浮风机，额定流量为120 m3/min，升压为80 kPa，功率为200 kW。

(3)调整曝气流量分配

曝气池空气管道呈枝状布置，每个曝气区域分别由1根支管控制，实行单独供气。通过各曝气支管阀门开度的调节，保持曝气池前端阀门全开，随着水流方向，阀门开度逐渐递减，曝气池后端阀门开度约1/4。调整后，好氧池前端的曝气量增大，满足需氧量的需求。

4 效果总结及经验

对曝气池风机压力和能耗升高的问题进行分析，确定导致风压增大的原因，并通过管式曝气器、曝气风机的更换，调整曝气流量分配。好氧池溶解氧稳定维持在2.5～3.0 mg/L，风机出气压力保持在80 kPa以下。经过改造后，风机耗电量降低至0.77 kW·h/(t水)，节约能耗36.89%。本文的经验可为印染行业污水处理系统的改造提供重要借鉴。