某城市生活污水处理厂曝气风机改造工程案例

俞健 王磊

（1.昆山建邦环境投资有限公司，江苏昆山 215300；2.昆山建工环境投资有限公司，江苏昆山 215300）

1 引言

曝气系统是城市污水处理厂的核心单元，通常来说，曝气风机是污水处理厂最耗能设备之一，其能耗大小取决于风机曝气量和风机效率等因素，一般能占到污水厂总能耗的50%左右。因此，有效节约曝气系统的能耗对污水处理厂节能降耗具有至关重要的作用。城市生活污水厂常用风机类型为罗茨风机、多级离心风机、磁悬浮风机、空气悬浮风机等［1］。常见的风机技改方案有加装变频器调速［2］、风机叶片延长［3］、循环水冷却驱动［4］、继电器改PLC［5］、更换风机等。

2018 年以前中小型城镇生活污水厂曝气风机使用罗茨风机较为广泛，而罗茨风机的效率普遍偏低，越来越难以满足不断提标中的生活污水处理需求。江苏省昆山市某典型污水厂自2020 年开始将曝气系统罗茨风机技术全部改为高效能磁悬浮风机，经过前后能耗情况对比分析，给生活污水厂曝气系统节能降耗提供一定的借鉴。

2 工程背景

2.1 工程概况

江苏省昆山市某污水厂是国家太湖流域水污染防治“十五”规划治理项目，总规模为2.75 万t/d。工程分二期建设，一期工程规模1.25 万t/d，采用氧化沟工艺，采用表面曝气；二期工程规模1.5万t/d，生化系统采用MBR 膜处理工艺，深度处理采用臭氧消毒工艺。

2.2 设备参数

该污水厂二期采用MBR 膜处理工艺，能耗较一般A2O 污水厂更高。MBR 工艺曝气系统一共配套6 台罗茨风机。其中，生化池曝气风机2 台75 kW（1用1 备）和膜池膜擦洗风机3 台90 kW（2 用1 备），生化池、膜池都是独立管路供气；另外，还配置1 台132 kW（兼用），通过阀门控制可向生化池、膜池切换供气，此次技改为75 kW 生化池曝气鼓风风机。风机具体参数见表1。

表1 曝气系统风机参数

3 风机技改分析

3.1 风机技改前状况

经过对水量、水质稳定阶段数据统计，二期生化池曝气系统罗茨风机运行吨水电耗平均为0.243 kW·h/m3，占污水厂总能耗的50%。同时，罗茨风机在运行中存在以下问题：（1）现场运行风机虽安装了变频设备，但调节范围小，节能效果不明显，由于风机效率低，目前生化池曝气需开启2 台风机；（2）现场运行噪音大，虽安装了隔音罩，仍存在一定的噪音污染；（3）风机故障率高，维修频次高。

3.2 技改方案

3.2.1 技改风机的参数匹配

根据生化池需氧量、需风量、池深等相关参数对各类风机进行比对，技改前后参数对比见表2。

表2 风机技改前后参数对比

3.2.2 改造费用

风机技改总费用见表3。

表3 风机技改总费用

磁悬浮鼓风机自带智能变频控制，可实现恒压、恒流量、溶解氧连锁等多种控制，调节范围在50%～100%，可以根据处理量及时调节风量，做到最大程度的节能。

3.2.3 安装

充分利用现场原风机位置，拆除1 台效率低下的风机，让出位置，并对基础进行修整，保留1 台罗茨风机作为备用；出风管柔性接头通过管路连接到现有主管上，连接管路上安装手动蝶阀、止回阀、放空阀。安装图例见图1。

图1 安装图例

安装技术要求：（1）鼓风机需安装在灰尘少、湿度低、通风散热状况良好的风机房内。（2）用叉车、行车或吊车搬运风机时需保持设备垂直、不可受到冲击。（3）鼓风机应安装在平整牢固且周围无震源的基础上，水平度需在0.01 以内，尺寸符合图纸要求。（4）为保证鼓风机运行的安全可靠性及维护保养的方便性，鼓风机四周至少预留1 m 空间，顶部预留2 m 空间。（5）风机就位后先将支撑脚杯调节至80 mm 左右高度（便于电缆线穿入），再用水平尺通过调节风机底部支撑脚杯调整设备水平，水平度符合要求（不大于0.01）后将脚杯上部螺母顶死底板。（6）风机电气安装需由合格的持证电工完成。打开动力电源断路器盖板，从底部穿入一根符合风机规格要求的四芯（TN-C 系统）动力电缆，压制接线端子并连接，用热缩管标识清楚。（7）鼓风机排气管道需由专业焊工及管道工施工，按GB 50236—2011《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》中要求执行。

注意事项：（1）按图纸要求顺次连接各阀门及管件，顺序不可装错。（2）连接管道前需在出风口法兰处加薄板盲板，防止杂物掉进风机，管道连接完成后再撤去。（3）波纹管、止回阀、放空阀、手动蝶阀方向不可装错，箭头指示方向与气流一致。（4）风机放空管需穿出风机房且不可多台风机共用一个放空管。（5）管道连接时需制作支架，支架位置要根据现场状况及风机位置合理布置，既要确保管路不压迫风机，又不能妨碍风机维护。支架顶部用“U”型管卡与管道固定，支架底板用膨胀螺栓与地面固定。（6）管路连接完成后，松开金属波纹管补偿器螺杆上的定位螺母，使其处于工作状态。

3.3 技改后效果评估

磁悬浮高速离心式鼓风机由高效三元流叶轮和磁悬浮高速电机直接耦合驱动，高速直驱，彻底消除摩擦，消除传动损失和多余能耗；理论上可比现状罗茨风机节能30%以上。

选取运行一段时间后污水处理厂进水水质、水量、温度等变化相对稳定和一致的时间段进行比较。利用现场管道上配有的压力表和流量表，在磁悬浮风机和罗茨风机分别运行时，记录风机出口压力、温度和流量，并记录实时电压和电流。经过连续稳定运行一段时间，进行一个季度用电量比对，技改前和技改后能耗情况统计见表4。

表4 风机技改前后能耗对比

从投资收益角度看，根据季度统计数据计算全年可节省电费约19.11 万元（电费单价按0.64 元/kW·h计），原罗茨风机每年维修保养费用约2 万元，按实际总投资40 万元计算，预计不到2 年可回收投资成本。

从运行稳定角度看，磁悬浮鼓风机自身带智能变频控制器，调节范围在50%～100%，可以很好地适应现场工况环境和进水水质变化，调节更灵活可靠。

从环境改善角度看，由于磁悬浮鼓风机没有任何机械摩擦，运行噪音控制在85 dB 以内，大大降低噪音污染，改善现场环境。

从后期运维角度看，磁悬浮高速离心鼓风机采用磁悬浮轴承，风机运转无接触、无摩擦，所以不需要润滑系统，节省润滑油，风机本身免维护。

4 结论

通过对该城市生活污水厂曝气风机改造前后的对比分析，磁悬浮风机技改罗茨风机后曝气系统能耗从0.243 kW·h/m3降低至0.174 kW·h/m3，能耗可降低47.2%，节能降耗效果明显。在工艺运行方面，改造后各项参数能满足工艺调控需求，提高了工艺的稳定性；现场整体环境得到较大改善，噪音明显降低，员工职业健康得到有效保障，同时维护保养频次降低。从投资回报周期来看，本工程曝气系统改造投资回报周期不到2 年，具有较好的可实施性。