白生云

(太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030002)

活性污泥系統(tǒng)是采用人工強(qiáng)化生物反應(yīng)池中微生物的新陳代謝作用，以加速污水中有機(jī)物降解的過程，其中主要的強(qiáng)化措施就是人為的向生物反應(yīng)池中曝氣，這樣既使空氣中的氧溶于水中以供給微生物需氧化污水中有機(jī)物所需的足夠的溶解氧，又使微生物與污水充分接觸。曝氣系統(tǒng)是污水處理過程中能耗最大的工序，污水生物處理能耗(主要用于曝氣供氧)占總能耗的60%以上，降耗研究對整個(gè)污水廠的節(jié)能運(yùn)行意義重大［1］。

1 污水廠曝氣鼓風(fēng)機(jī)工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

目前用于曝氣的鼓風(fēng)機(jī)有:羅茨鼓風(fēng)機(jī)、低速多級離心鼓風(fēng)機(jī)、單級高速離心鼓風(fēng)機(jī)、空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)及磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)等五大類，污水廠應(yīng)用較多的是羅茨鼓風(fēng)機(jī)和離心鼓風(fēng)機(jī)?？諝鈶腋‰x心鼓風(fēng)機(jī)自2002年進(jìn)入我國市場，逐步得到市場認(rèn)可。磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)于2004年進(jìn)入國內(nèi)市場，業(yè)績不多，磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)仍需要進(jìn)一步得到市場檢驗(yàn)和認(rèn)可。

1)羅茨鼓風(fēng)機(jī)。羅茨鼓風(fēng)機(jī)由機(jī)殼、墻板、葉輪、進(jìn)出口消聲器等四大部分組成。工作原理:輸送的風(fēng)量與轉(zhuǎn)數(shù)成比例，三葉型葉輪每轉(zhuǎn)動一次由2個(gè)葉輪進(jìn)行3次吸、排氣。與二葉型相比，氣體脈動性小，振動也小，噪聲低。風(fēng)機(jī)2根軸上的葉輪與橢圓形殼體內(nèi)孔面、葉輪端面和風(fēng)機(jī)前后端蓋之間及風(fēng)機(jī)葉輪之間始終保持微小的間隙，在同步齒輪的帶動下風(fēng)從風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口沿殼體內(nèi)壁輸送到排出的一側(cè)。2)低速多級離心鼓風(fēng)機(jī)與單級高速離心鼓風(fēng)機(jī)。離心式風(fēng)機(jī)由機(jī)殼、主軸、葉輪、軸承傳動機(jī)構(gòu)及電機(jī)等組成。工作原理:根據(jù)動能轉(zhuǎn)換為勢能的原理，利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪將氣體加速，然后減速、改變流向，使動能轉(zhuǎn)換成勢能(壓力)。在單級離心風(fēng)機(jī)中，氣體從軸向進(jìn)入葉輪，氣體流經(jīng)葉輪時(shí)改變成徑向，然后進(jìn)入擴(kuò)壓器。在擴(kuò)壓器中，氣體改變了流動方向造成減速，這種減速作用將動能轉(zhuǎn)換成壓力能。壓力增高主要發(fā)生在葉輪中，其次發(fā)生在擴(kuò)壓過程。在多級離心風(fēng)機(jī)中，用回流器使氣流進(jìn)入下一葉輪，產(chǎn)生更高壓力。3)空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)。2002年，韓國推出高新技術(shù)產(chǎn)品空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)，KTURBO率先進(jìn)入中國，隨后NEUROS也進(jìn)入中國，2007年3月成立的TURBOMAX也有了一些應(yīng)用業(yè)績?？諝鈶腋‰x心鼓風(fēng)機(jī)是由空氣懸浮軸承、高效葉輪、高速電機(jī)、變頻系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、進(jìn)風(fēng)過濾系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等構(gòu)成。電機(jī)主軸通過高速馬達(dá)高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)主軸和軸承之間形成空氣膜，空氣膜產(chǎn)生壓力使軸承懸浮狀態(tài)同時(shí)帶動葉輪。因采用主動式無油空氣懸浮軸承，不需要潤滑裝置，所以構(gòu)造簡單而精確。4)磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)。磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)是采用磁懸浮軸承的透平設(shè)備的一種。其主要結(jié)構(gòu)是鼓風(fēng)機(jī)葉輪直接安裝在點(diǎn)擊軸延伸端上，而轉(zhuǎn)子被垂直懸浮于主動式磁性軸承控制器上。其核心是磁懸浮軸承和永磁電機(jī)技術(shù)結(jié)構(gòu)。磁懸浮離心式鼓風(fēng)機(jī)采用了高速永磁同步電機(jī)的直驅(qū)結(jié)構(gòu)，將離心葉輪和電機(jī)驅(qū)動一體化集成設(shè)計(jì)。它通過內(nèi)置的位移傳感器實(shí)時(shí)檢測轉(zhuǎn)軸的振動。將得到的信號送入磁懸浮軸承控制器進(jìn)行調(diào)理、運(yùn)算，產(chǎn)生控制電流，再將該電流輸入磁軸承線圈，產(chǎn)生電磁力，從而實(shí)現(xiàn)軸承的懸浮。永磁同步電機(jī)的主要作用是驅(qū)動轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)，它通過變頻器產(chǎn)生頻率可控的電流，將此電流輸入電機(jī)定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場，帶動轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)。風(fēng)機(jī)的主要功能實(shí)現(xiàn)鼓風(fēng)，隨轉(zhuǎn)軸一同做高速旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動空氣從蝸殼的進(jìn)氣口進(jìn)入，空氣在蝸殼的導(dǎo)向與增壓作用下成為具有一定流速與壓力的氣體，最后從蝸殼的出氣口鼓出，從而實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)。

2 各類風(fēng)機(jī)性能綜合的比較

通過對各類風(fēng)機(jī)主要項(xiàng)目的比較可以揚(yáng)長避短，便于根據(jù)要求選取。

各類曝氣鼓風(fēng)機(jī)的主要項(xiàng)目比較見表1。

表1 各類曝氣鼓風(fēng)機(jī)主要項(xiàng)目比較表

3 節(jié)能原理與流量調(diào)節(jié)

3.1 節(jié)能原理

改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以改變泵的性能曲線，在管路曲線保持不變情況下，使工作點(diǎn)改變，這種調(diào)節(jié)方式稱為變速調(diào)節(jié)。當(dāng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高時(shí)，風(fēng)機(jī)的性能曲線上移，工作點(diǎn)上移，流量增加;反之，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降時(shí)，其性能曲線下降，工作點(diǎn)下移，流量減少，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)［2］。

3.2 流量調(diào)節(jié)

風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)中工作，其工作點(diǎn)是風(fēng)機(jī)的性能曲線與管路性能曲線的交點(diǎn)，要改變這個(gè)工作點(diǎn)，就應(yīng)該從改變管路性能曲線或改變風(fēng)機(jī)性能曲線這兩個(gè)途徑著手。1)改變管路性能曲線。改變管路性能曲線常采用壓出管上閥門節(jié)流與吸入管上閥門節(jié)流兩種方法，分述如下:a.壓出管上閥門節(jié)流。利用開大或關(guān)小泵或風(fēng)機(jī)壓出管上閥門開度，從而改變管路的抗阻系數(shù)S，使管路性能曲線改變，以達(dá)到流量調(diào)節(jié)的目的。此種調(diào)節(jié)方法十分簡單，因?yàn)樗强扛淖冮y門阻力來改變流量的，當(dāng)擬減小流量時(shí)，就需額外增加阻力，故不太節(jié)能。b.吸入管上閥門節(jié)流。當(dāng)關(guān)小風(fēng)機(jī)吸入管上閥門時(shí)，實(shí)際上也改變了風(fēng)機(jī)的性能曲線，所以比壓力節(jié)流有利。2)改變風(fēng)機(jī)性能曲線。此調(diào)節(jié)法，在管路及閥門都不做任何改變即管路性能曲線不變的條件下，來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)性能曲線。通常所采用的方法有:改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，改變風(fēng)機(jī)進(jìn)口導(dǎo)流閥的葉片角度等。此外，羅茨鼓風(fēng)機(jī)也可采用旁通放風(fēng)閥來減小生物池曝氣量。

4 鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)的自動控制

曝氣量的控制對好氧活性污泥生物的處理效果有著至關(guān)重要的作用，同時(shí)也是決定鼓風(fēng)處理單元能耗大小的重要環(huán)節(jié)。供氧量包括生化反應(yīng)的需要量和維持混合液2 mg/L的溶解氧。由于進(jìn)水水質(zhì)、水量以及工藝自身對氧的需求，鼓氣量的大小通常通過在線DO及OPR來控制，對氣量的調(diào)整通常伴隨整個(gè)污水生物處理過程，為此自控系統(tǒng)的建立及運(yùn)行管理至關(guān)重要。

隨著對節(jié)能減排的日益重視，工頻截流閥調(diào)節(jié)的高耗能運(yùn)行方式逐步被改造為變頻調(diào)速方式。自控可實(shí)現(xiàn)改變變頻運(yùn)行狀態(tài)，切換變頻與工頻，在滿足曝氣的前提下實(shí)現(xiàn)節(jié)能。自控系統(tǒng)通過對曝氣系統(tǒng)的同步動態(tài)控制，實(shí)現(xiàn)對生物池DO值的控制，將DO控制與鼓風(fēng)機(jī)控制有機(jī)結(jié)合，通過在線溶解氧分析儀反饋的數(shù)值，迅速而精確地調(diào)整空氣調(diào)節(jié)針閥的開度。根據(jù)曝氣池中的溶解氧濃度，由現(xiàn)場PLC自動調(diào)節(jié)控制，供氣量可節(jié)省10%［3］。

5 結(jié)語

各類鼓風(fēng)機(jī)均有自身的特點(diǎn)，鼓風(fēng)機(jī)選型及鼓風(fēng)機(jī)數(shù)量要充分考慮調(diào)節(jié)氣量的需求，應(yīng)從設(shè)計(jì)階段開始，選擇合理的處理工藝，考慮到水質(zhì)的變化，使用節(jié)能的設(shè)備，以便于在污水廠運(yùn)行中通過控制，使得污水處理廠不僅能達(dá)到預(yù)期處理效果，而且使鼓風(fēng)單元能耗降到最低，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

［1］谷成國，宋劍鋒.城市污水處理廠鼓風(fēng)曝氣階段的節(jié)能降耗研究［J］.環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2008，34(5)：17-18.

［2］郭仁寧，王海剛.變頻泵和風(fēng)機(jī)的節(jié)能分析［J］.2007，28(6)：25-26.

［3］陳國雄.某城市污水處理廠曝氣系統(tǒng)技術(shù)改造的應(yīng)用效能［J］.廣州化工，2011，39(17)：41-42.