空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)在污水處理廠中的應(yīng)用

宋文清

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院，上海200092）

0 前言

目前，隨著污水處理率要求的提高，全國(guó)各大城市興建了大量污水處理廠。在這些城市污水處理廠中，處理工藝大多是采用活性污泥法的鼓風(fēng)曝氣。鼓風(fēng)曝氣是將壓縮空氣通過(guò)管道送入曝氣池的擴(kuò)散設(shè)備，以氣泡形式分散進(jìn)入混合液，使氣泡中的氧迅速擴(kuò)散轉(zhuǎn)移到混合液中，供給活性污泥中的微生物。因此，鼓風(fēng)機(jī)成了污水處理領(lǐng)域重要的工藝設(shè)備之一。污水處理廠鼓風(fēng)機(jī)的能耗占總能耗比例較大，約占到整個(gè)污水廠能耗的30%～50%。選擇高效、節(jié)能的鼓風(fēng)機(jī)對(duì)污水處理廠的投資大小和運(yùn)行管理費(fèi)用具有重要的意義。

1 污水廠常用鼓風(fēng)機(jī)工作原理分析

目前，污水處理廠常用鼓風(fēng)機(jī)的機(jī)型主要有羅茨風(fēng)機(jī)、單級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)，近幾年又出現(xiàn)了空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)和磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)等。下面主要對(duì)羅茨風(fēng)機(jī)、單機(jī)離心鼓風(fēng)機(jī)和空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)從工作原理等方面進(jìn)行分析。

1.1 羅茨風(fēng)機(jī)

羅茨風(fēng)機(jī)是容積式鼓風(fēng)機(jī)。由于轉(zhuǎn)子的不斷旋轉(zhuǎn),被抽氣體從進(jìn)氣口吸入到轉(zhuǎn)子與泵殼之間的空間內(nèi),再經(jīng)排氣口排出。由于吸氣后空間是全封閉狀態(tài)，所以在泵腔內(nèi)氣體沒(méi)有壓縮和膨脹。但當(dāng)轉(zhuǎn)子頂部轉(zhuǎn)過(guò)排氣口邊緣，空間與排氣側(cè)相通時(shí),由于排氣側(cè)氣體壓強(qiáng)較高,則有一部分氣體返沖到空間中去,使氣體壓強(qiáng)突然增高。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),氣體排出泵外。

羅茨風(fēng)機(jī)屬于恒流量風(fēng)機(jī)，其特點(diǎn)是強(qiáng)制流量，在設(shè)計(jì)壓力范圍內(nèi)，管網(wǎng)阻力變化時(shí)其流量變化很??；在流量要求穩(wěn)定而阻力變化幅度較大的工作場(chǎng)合，可予自動(dòng)調(diào)節(jié)，故工作適應(yīng)性較強(qiáng)。與離心風(fēng)機(jī)相比價(jià)格低，而它的噪音大，存在潤(rùn)滑油向氣缸滲漏的缺點(diǎn)，同時(shí)其風(fēng)量調(diào)節(jié)只能采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速法和旁路放風(fēng)閥法，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速法效率較低，旁路放風(fēng)閥法則造成能量浪費(fèi)，因此只適用于小型污水處理廠。

1.2 單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)

當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪中葉片之間的氣體也跟著旋轉(zhuǎn)，并在離心力的作用下甩出這些氣體，氣體流速增大，使氣體在流動(dòng)中把動(dòng)能轉(zhuǎn)換為靜壓能，然后隨著流體的增壓，使靜壓能又轉(zhuǎn)換為速度能，通過(guò)排氣口排出氣體，而在葉輪中間形成了一定的負(fù)壓。由于入口呈負(fù)壓，使外界氣體在大氣壓的作用下立即補(bǔ)入，在葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)作用下不斷排出和補(bǔ)入氣體，從而達(dá)到連續(xù)鼓風(fēng)的目的。同等功率下，風(fēng)壓和風(fēng)量一般成反比。

單級(jí)離心風(fēng)機(jī)屬于恒壓風(fēng)機(jī)，工作的主參數(shù)是風(fēng)壓，輸出的風(fēng)量隨管道和負(fù)載的變化而變化，風(fēng)壓變化不大。它采用滑動(dòng)齒輪軸承，通過(guò)齒輪加速方式運(yùn)行，技術(shù)成熟。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)速一定時(shí)風(fēng)壓比較穩(wěn)定；通過(guò)調(diào)節(jié)出口導(dǎo)葉系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)；需要潤(rùn)滑循環(huán)系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等。一般在大中型污水處理廠中采用。

1.3 空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)

它也是離心鼓風(fēng)機(jī)的一種。但由于采用了高速直聯(lián)電機(jī)，與常規(guī)的依靠齒輪增速形式的風(fēng)機(jī)有本質(zhì)的區(qū)別。由于沒(méi)有了齒輪增速，大大減少了因?yàn)闄C(jī)械傳動(dòng)和機(jī)械摩擦而產(chǎn)生的能源消耗，大大提升了效率。

空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)依靠空氣力場(chǎng)使軸承懸浮并保持高速運(yùn)轉(zhuǎn)。這種軸承與傳統(tǒng)的滾柱軸承不同，運(yùn)行時(shí)回轉(zhuǎn)軸和軸承之間沒(méi)有物理接觸點(diǎn)，所以無(wú)需潤(rùn)滑油，能量損耗低；通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，精度較高；冷卻方式為進(jìn)風(fēng)自冷卻；具有高效、節(jié)能、低噪音、運(yùn)行可靠和長(zhǎng)期無(wú)需維修保養(yǎng)的特點(diǎn)。適宜在大中型污水處理廠中采用。

2 鼓風(fēng)機(jī)性能綜合比較

針對(duì)污水處理廠常用的羅茨風(fēng)機(jī)、單機(jī)離心鼓風(fēng)機(jī)和空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行綜合比較，如表1所列。

表1 鼓風(fēng)機(jī)綜合比較表

從表1中可知，空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)在效率、節(jié)能、風(fēng)量調(diào)節(jié)和安裝維護(hù)上具有一定的優(yōu)勢(shì)。在污水處理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

蕪湖市三山區(qū)濱江污水處理廠位于安徽省蕪湖市三山區(qū)濱江工業(yè)園內(nèi)。近期規(guī)模為3萬(wàn)m3/d，中期規(guī)模為6萬(wàn)m3/d，遠(yuǎn)期規(guī)模為14萬(wàn)m3/d。現(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)模為近期3萬(wàn)m3/d，處理工藝采用多模式A/A/O污水處理工藝，出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)后排入長(zhǎng)江。

3.2 鼓風(fēng)機(jī)形式

采用的鼓風(fēng)機(jī)形式：空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)（見(jiàn)圖1）

數(shù)量：3臺(tái)（2用1備）

單機(jī)流量：70 m3/min

風(fēng)壓：7 m H2O

單機(jī)功率：115 kW

每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口處配置過(guò)濾器。在出風(fēng)口設(shè)置電動(dòng)旁通閥及消音器，在出風(fēng)管上設(shè)止回閥和手動(dòng)蝶閥。風(fēng)機(jī)整體采用隔音罩密封，整體布置簡(jiǎn)潔，噪音低。

鼓風(fēng)機(jī)采用變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量。冷卻方式為進(jìn)風(fēng)自冷卻。過(guò)濾后的空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)壓縮后排到集氣總管，每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)根據(jù)流程要求自動(dòng)控制其流量變化。其能耗比較見(jiàn)表2所列。

表2 鼓風(fēng)機(jī)能耗比較表

由表2可知，按電費(fèi)0.60元/度計(jì)算，采用空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)能耗較單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)節(jié)省約12%，較羅茨風(fēng)機(jī)節(jié)省31%。由于污水處理廠鼓風(fēng)機(jī)的能耗占總能耗比例較大，選擇效率高、節(jié)能的空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)可以大大節(jié)約運(yùn)行成本。

3.3 鼓風(fēng)機(jī)房布置

鼓風(fēng)機(jī)房平面尺寸為20.35 m×8.63 m，其土建尺寸按中期規(guī)模設(shè)施，設(shè)備按近期規(guī)模配置。房間內(nèi)共設(shè)有6個(gè)機(jī)位。近期配置3臺(tái)（2用1備）鼓風(fēng)機(jī)，中期再增加3臺(tái)，共6臺(tái)（4用2備）。

空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)外形尺寸較小，重量較輕，鼓風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)無(wú)需起吊裝置及機(jī)械通風(fēng)裝置。鼓風(fēng)機(jī)房平面布置見(jiàn)圖2所示。

4 結(jié)語(yǔ)

空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)是近幾年來(lái)興起的一種新型的離心鼓風(fēng)機(jī)。該風(fēng)機(jī)具有效率高、較其他風(fēng)機(jī)更為節(jié)能的特點(diǎn)；且由于其外形尺寸小、重量輕，可節(jié)約鼓風(fēng)機(jī)房的土建成本；同時(shí)其安裝和維護(hù)都相對(duì)比較簡(jiǎn)單。因此，空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)在污水處理廠中有比較廣闊的應(yīng)用前景。

[1]段立文，黃志雄.淺析污水處理廠風(fēng)機(jī)選型[J].環(huán)境技術(shù).2005，(01).