污水處理曝氣風機選擇及能耗分析
我國是一個水資源貧國，人均水資源擁有量只有2200m3，僅為世界平均水平的1/4，目前全國2/3的大中城市面臨缺水。隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，工業(yè)化的普及，產(chǎn)生了大量的污水，在沿海工業(yè)發(fā)達地區(qū)大中小城市甚至農(nóng)村幾乎見不到一條清潔的河流，因此污水處理是關(guān)系到國計民生的重要大事。
為了對污水進行處理，國內(nèi)外對處理方法進行了大量研究，并形成了五花八門的污水處理技術(shù)，但其中使用量最大、使用最普及也最成熟的技術(shù)是活性污泥法。在該法中為了向水中充氧，必須向水中鼓入大量空氣，因而必須選用合適的鼓風機。由于在整個污水處理工程中風機所消耗的能量占了整個系統(tǒng)所消耗能量的一半以上，因而風機的選型顯得特別重要。
因為在污水處理系統(tǒng)中，對風機有其自身要求：風機的風量可由化學耗氧量算得，而風機的風壓決定于水深（曝氣頭端面到水面的距離）。在污水處理系統(tǒng)設(shè)計時必須考慮管道、閥門、彎頭及曝氣頭的壓力損耗，一般在水深的基礎(chǔ)上增加9.8kPa。
新系統(tǒng)剛投入運行時，壓力一般都在設(shè)計范圍內(nèi)，可隨著使用時間的推移，由于曝氣頭微孔的堵塞，管道閥門的銹蝕，特別是曝氣頭損壞，大量污泥流入管道并沉積，使管道流通面積減小，從而使系統(tǒng)阻力大幅增加，因此在系統(tǒng)設(shè)計時要特別考慮這一點。
除此之外還必須綜合考慮風機能耗、噪聲及價格等因素。下面我們就以上幾個方面進行一些探討。
1、在污水處理系統(tǒng)中通常使用的風機基本類型
常用的形式有容積式鼓風機和旋渦式鼓風機，其中容積式鼓風機，主要有回轉(zhuǎn)風機、羅茨鼓風機；旋渦式鼓風機主要有多級離心式風機、單級高速離心式風機。市面上的單級高速離心式風機又分為空氣懸浮鼓風機、磁懸浮鼓風機。
旋片式風機僅在每天處理幾百立方的小型污水處理系統(tǒng)中有所應(yīng)用，而旋渦式風機在早期小型污水處理系統(tǒng)中有應(yīng)用，現(xiàn)已被淘汰。下面僅就羅茨式、多級離心式及單級高速離心式風機的選型進行討論。
（1）由容積式風機與離心式風機的流量特性來看，顯然羅茨風機更適用于污水處理系統(tǒng)，其原因是羅茨鼓風機流量是硬特性，即當水處理系統(tǒng)阻力增加時，其出口壓力也隨著增加，但其輸出氣體的流量卻變化很小，從而可以維持水處理系統(tǒng)的曝氣量幾乎不變（在風機強度及電動機功率滿足的情況下）；而離心式鼓風機則不同，其風量隨阻力的增加而大幅減少。當阻力增加到一定壓力時，風機輸出風量為零，整個系統(tǒng)將無法曝氣。
如蘇州一家公司的污水處理廠，選用多級離心風機曝氣，開始使用時很正常，隨著使用時間的延續(xù)，曝氣池水翻滾的強度越來越小，最終不再曝氣。建議其將污水池水位下降1m后，水池又正常曝氣。后來將多級離心風機換為三葉型羅茨風機，一直延用至今。因此在污水處理系統(tǒng)中選用離心式鼓風機要特別注意，選用風機的壓力一定要留有充分余地。
（2）水處理系統(tǒng)在選用離心式風機時，特別要注意防止風機產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。因為在風機運行中由于系統(tǒng)阻力的增加，造成風量的減小，當流量減小到某一最小值時就會在風機流道中出現(xiàn)嚴重的旋轉(zhuǎn)脫離，流動嚴重惡化，使鼓風機出口壓力突然大大下降，由于風機總是和水處理管網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合工作的，這時管網(wǎng)中的壓力并不馬上降低，于是管網(wǎng)中的氣體壓力反大于風機出口處的壓力，從而氣體發(fā)生倒流，一直至管網(wǎng)中的壓力下降至風機的出口壓力為止，這時倒流停止，風機又開始向管網(wǎng)供氣，經(jīng)過風機的流量又增大，風機又恢復正常工作，當網(wǎng)管中的壓力又恢復原來壓力時，風機的流量又減少，風機的出口壓又突然減小，系統(tǒng)中又產(chǎn)生倒流，如此周而復始就在系統(tǒng)中產(chǎn)生周期性的氣流震蕩現(xiàn)象，這就是風機的喘振現(xiàn)象，往往造成風機的重大事故。
是不是發(fā)生喘振還和系統(tǒng)管網(wǎng)有關(guān)，管網(wǎng)的容量越大，則喘振的振幅越大，頻率越低，管網(wǎng)的容量越小，則喘振的振幅越小，頻率越高。當幾臺風機并網(wǎng)使用時，有時還會出現(xiàn)單臺機出現(xiàn)喘振的現(xiàn)象，因為一個系統(tǒng)當設(shè)計施工完畢后其系統(tǒng)的阻力將隨著系統(tǒng)內(nèi)所流通的風量增加而增加，當系統(tǒng)阻力增加至某臺風機的喘振點時，此機就會產(chǎn)生風機的喘振現(xiàn)象，因此除對風機的壓力保留一定的余地外，還必須對管網(wǎng)系統(tǒng)作一定的設(shè)計計算。
2、選用的風機必須能耗低
由于風機的能耗占了水處理系統(tǒng)總能耗的一半以上，因此選用的風機應(yīng)盡量低能耗。下面就污水處理中常用的離心風機及羅茨鼓風機的能耗進行對比：
（1）現(xiàn)在有許多設(shè)計院及高等院校在污水處理系統(tǒng)設(shè)計時常采用多級離心鼓風機，認為多級離心鼓風機能耗及噪聲都比羅茨鼓風機低，甚至有關(guān)領(lǐng)導部門曾想在污水處理系統(tǒng)中淘汰羅茨鼓風機。其實我國的羅茨鼓風機設(shè)計制造技術(shù)在近20年來已有了長足進步，特別羅茨鼓風機設(shè)計制造成功并批量投產(chǎn)，其各項指標特別是噪聲及能耗指標有了大幅度下降，絲毫不遜于多級離心式鼓風機。
（2）國產(chǎn)羅茨鼓風機與單級高速離心鼓風機能耗比較，在我國污水處理系統(tǒng)中使用的單級高速離心鼓風機極大多數(shù)都是引進國外產(chǎn)品，主要是丹麥HV-TUBO公司及英國豪頓公司的產(chǎn)品，該二公司風機都采用進風口導葉及擴壓器導葉控制，流量調(diào)節(jié)范圍寬，同時高效值范圍大。我國在污水處理系統(tǒng)中僅從丹麥HV-BUTO公司引進的風機從1990年開始到現(xiàn)在有近千臺。國內(nèi)沈陽鼓風機廠在1995年引進了日本國川崎重工株式會社單級高速離心風機技術(shù)。2000年后又有重慶通用機械公司、杭州制氧氣廠、南通金通靈公司等單位自主研發(fā)了單級高速離心風機，但國產(chǎn)風機及引進技術(shù)風機流量調(diào)節(jié)都僅采用進口導葉控制，因而高效工況區(qū)都不如丹麥HV-BUTO公司及英國豪頓公司寬。
單級高速離心鼓風機的能耗確比國產(chǎn)三葉型羅茨鼓風機低，但并不象丹麥HV-TURBO公司樣本所宣傳的那樣節(jié)能達30%～40%，至于重通公司的能耗顯得高，可能是樣本上提供的是配套電機功率而非軸功率造成。而國產(chǎn)三葉型羅茨鼓風機正向高速方向發(fā)展，隨著速度的提高能耗會進一步降低，從而能耗將會更進一步接近單級高速離心風機。
（3）國產(chǎn)三葉羅茨鼓風機與L型二葉型羅茨鼓風機及國外三葉型羅茨鼓風機的性能對比：L型二葉羅茨鼓風機是80年代中期，當時的機械工業(yè)部組織全國幾家重點羅茨鼓風機生產(chǎn)廠家聯(lián)合設(shè)計的節(jié)能產(chǎn)品，列入國家第八批節(jié)能產(chǎn)品目錄。國產(chǎn)三葉羅茨鼓風機的能耗較L型二葉羅茨鼓風機的能耗低1.2%～21%。值得一提的是L型二葉羅茨鼓風機樣本中所提供的軸功率隱瞞了風機的起始功率。如加上空載起始功率，則國產(chǎn)羅茨鼓風機的節(jié)能效果將顯得更大。
3、水處理系統(tǒng)所選用的風機還必須噪聲低
污水處理是為了保護環(huán)境，不能為了污水處理而給環(huán)境帶來二次污染，因此在為污水處理系統(tǒng)選用風機時，對風機的噪聲必須認真考慮，國產(chǎn)三葉羅茨鼓風機的噪聲比多級離心式要低。同時從表中可以看到國產(chǎn)三葉羅茨鼓風機與同類型的兩葉型羅茨鼓風機相比噪聲要低3.8~10dB(A),比德國AERZEN公司的三葉羅茨鼓風機噪聲也要低6~14dB(A)左右。
4、價格的對比
各類風機價格對比如上表所示。從上表可看出國產(chǎn)三葉型羅茨鼓風機的價格是多級離心鼓風機的1/2不到；是國產(chǎn)單級高速離心鼓風機的1/5不到；是進口單級高速離心鼓風機的1/12不到，因而在價格上國產(chǎn)羅茨鼓風機有絕對的優(yōu)勢。
從以上分析對比可看出，在污水處理中選用國產(chǎn)羅茨鼓風機較選用多級離心鼓風機更合理，其噪聲及能耗都較低而價格僅后者1/2不到，且不用擔心風機會產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。而單級高速離心風機確實能耗及噪聲較低，但即使選用國產(chǎn)單級高速離心風機其價格仍是國產(chǎn)羅茨風機的5倍以上。若選用進口風機，其價格則為國產(chǎn)三葉羅茨鼓風機的12倍左右。由于昂貴的價格，因而妨礙了它在污水處理曝氣系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用。因此在污水處理系統(tǒng)中選用風機時要權(quán)衡綜合考慮。
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