污水處理曝氣風(fēng)機(jī)選型及應(yīng)用為了對(duì)污水進(jìn)行處理，國(guó)內(nèi)外對(duì)處理方法進(jìn)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(fēng)機(jī)。由于在整個(gè)污水處理工程中風(fēng)機(jī)所消耗的能量占了整個(gè)系統(tǒng)所消耗能量的一半以上，因而風(fēng)機(jī)的選型顯得特別重要。

因?yàn)樵谖鬯幚硐到y(tǒng)中，對(duì)風(fēng)機(jī)有其自身要求：風(fēng)機(jī)的風(fēng)量可由化學(xué)耗氧量算得，而風(fēng)機(jī)的風(fēng)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(jì)時(shí)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(yùn)行時(shí)，壓力一般都在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，可隨著使用時(shí)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(jì)時(shí)要特別考慮這一點(diǎn)。

除此之外還必須綜合考慮風(fēng)機(jī)能耗、噪聲及價(jià)格等因素。下面我們就以上幾個(gè)方面進(jìn)行一些探討。

一、污水處理曝氣風(fēng)機(jī)的選型要求

常用的型式有容積式鼓風(fēng)機(jī)和離心式鼓風(fēng)機(jī)，其中容積式鼓風(fēng)機(jī)主要有回轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)、羅茨鼓風(fēng)機(jī);離心式鼓風(fēng)機(jī)主要有多級(jí)離心式風(fēng)機(jī)、單級(jí)高速離心式風(fēng)機(jī)。市面上的單級(jí)高速離心式風(fēng)機(jī)又分為空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)、磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)、單級(jí)高速離心齒輪增速式鼓風(fēng)機(jī)。

市場(chǎng)上的羅茨式、多級(jí)離心式及單級(jí)高速離心式風(fēng)機(jī)是目前各類污水處理廠常用的幾種曝氣風(fēng)機(jī)。

1. 羅茨式風(fēng)機(jī)和離心式風(fēng)機(jī)的選型對(duì)比

(1)從羅茨式風(fēng)機(jī)與離心式風(fēng)機(jī)的流量特性來(lái)看，顯然羅茨風(fēng)機(jī)適用于污水處理系統(tǒng)的范圍更廣，從小型污水處理站到大型污水處理廠都能見(jiàn)到它的身影，其原因是羅茨鼓風(fēng)機(jī)流量是硬特性，即當(dāng)水處理系統(tǒng)阻力增加時(shí)，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(fēng)機(jī)強(qiáng)度及電動(dòng)機(jī)功率滿足的情況下);而離心式鼓風(fēng)機(jī)則不同，其風(fēng)量隨阻力的增加而大幅減少。當(dāng)阻力增加到一定壓力時(shí)，風(fēng)機(jī)輸出風(fēng)量為零，整個(gè)系統(tǒng)將無(wú)法曝氣。

污水處理廠在選用多級(jí)離心風(fēng)機(jī)曝氣，開(kāi)始使用時(shí)很正常，隨著使用時(shí)間的延續(xù)，曝氣池水翻滾的強(qiáng)度越來(lái)越小，最終不再曝氣。在污水池水位下降一定深度后，水池又正常曝氣。將多級(jí)離心風(fēng)機(jī)換為三葉型羅茨風(fēng)機(jī)，則不會(huì)出現(xiàn)上述情況。因此在污水處理系統(tǒng)中選用離心式鼓風(fēng)機(jī)要特別注意，選用風(fēng)機(jī)的壓力一定要留有充分余地。

(2)污水處理系統(tǒng)在選用離心式風(fēng)機(jī)時(shí)，還要特別要注意防止風(fēng)機(jī)產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。因?yàn)樵陲L(fēng)機(jī)運(yùn)行中由于系統(tǒng)阻力的增加，造成風(fēng)量的減小，當(dāng)流量減小到某一最小值時(shí)就會(huì)在風(fēng)機(jī)流道中出現(xiàn)嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離，流動(dòng)嚴(yán)重惡化，使鼓風(fēng)機(jī)出口壓力突然大大下降，由于風(fēng)機(jī)總是和水處理管網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合工作的，這時(shí)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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)的出口壓力為止。這時(shí)倒流停止，風(fēng)機(jī)又開(kāi)始向管網(wǎng)供氣，經(jīng)過(guò)風(fēng)機(jī)的流量又增大，風(fēng)機(jī)又恢復(fù)正常工作;當(dāng)網(wǎng)管中的壓力恢復(fù)原來(lái)壓力時(shí)，風(fēng)機(jī)的流量又減少，風(fēng)機(jī)的出口壓又突然減小，系統(tǒng)中又產(chǎn)生倒流，如此周而復(fù)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(fēng)機(jī)的喘振現(xiàn)象，往往造成風(fēng)機(jī)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(dāng)幾臺(tái)風(fēng)機(jī)并網(wǎng)使用時(shí)，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)單臺(tái)機(jī)出現(xiàn)喘振的現(xiàn)象，因?yàn)橐粋€(gè)系統(tǒng)當(dāng)設(shè)計(jì)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(fēng)量增加而增加，當(dāng)系統(tǒng)阻力增加至某臺(tái)風(fēng)機(jī)的喘振點(diǎn)時(shí)，此機(jī)就會(huì)產(chǎn)生喘振現(xiàn)象，因此除對(duì)風(fēng)機(jī)的壓力保留一定的余地外，還必須對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)作一定的設(shè)計(jì)計(jì)算。

2. 選用的風(fēng)機(jī)必須能耗低

由于風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)應(yīng)盡量低能耗。下面就污水處理中常用的離心風(fēng)機(jī)及羅茨鼓風(fēng)機(jī)的能耗進(jìn)行對(duì)比：

(1)有許多設(shè)計(jì)院及高等院校在污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)常采用多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)，認(rèn)為多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)能耗及噪聲都比羅茨鼓風(fēng)機(jī)低，甚至有一段時(shí)間想在污水處理系統(tǒng)中淘汰羅茨鼓風(fēng)機(jī)。國(guó)內(nèi)的羅茨鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)近年來(lái)已有了長(zhǎng)足進(jìn)步，其各項(xiàng)指標(biāo)特別是噪聲及能耗指標(biāo)有了大幅度下降，絲毫不遜于多級(jí)離心式鼓風(fēng)機(jī)，尤其依靠自身的性價(jià)比在中小型污水處理廠曝氣系統(tǒng)應(yīng)用中處于絕對(duì)壟斷地位。

(2)國(guó)產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)與單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)(或單級(jí)高速離心齒輪增速式鼓風(fēng)機(jī))能耗比較，在我國(guó)污水處理系統(tǒng)中使用的單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)極大多數(shù)都是從引進(jìn)國(guó)外產(chǎn)品開(kāi)始，主要是丹麥HV-TUBO公司及英國(guó)豪頓公司的產(chǎn)品，該二公司風(fēng)機(jī)都采用進(jìn)風(fēng)口導(dǎo)葉及擴(kuò)壓器導(dǎo)葉控制，流量調(diào)節(jié)范圍寬，同時(shí)高效值范圍大。我國(guó)在污水處理系統(tǒng)中僅從丹麥HV-BUTO公司引進(jìn)的風(fēng)機(jī)從1990年開(kāi)始到現(xiàn)在有近千臺(tái)。國(guó)內(nèi)沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠在1995年引進(jìn)了日本國(guó)川崎重工株式會(huì)社單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)技術(shù)。2000年后又有重慶通用機(jī)械公司、杭州制氧氣廠、南通金通靈公司、無(wú)錫杰爾等單位自主研發(fā)了單級(jí)高速離心齒輪增速式鼓風(fēng)機(jī)，在大型污水處理廠有一些業(yè)績(jī)，但國(guó)產(chǎn)風(fēng)機(jī)及引進(jìn)技術(shù)風(fēng)機(jī)流量調(diào)節(jié)都僅采用進(jìn)口導(dǎo)葉控制，因而高效工況區(qū)都不如丹麥HV-BUTO公司及英國(guó)豪頓公司寬，因而在一些關(guān)鍵崗位，依舊還是這兩家產(chǎn)品。

單級(jí)高速離心齒輪增速式鼓風(fēng)機(jī)的能耗確比國(guó)產(chǎn)三葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)低，但并不像丹麥HV-TURBO 公司樣本所宣傳的那樣節(jié)能達(dá)30%～40%，至于國(guó)內(nèi)某些公司的能耗顯得高，可能是樣本上提供的是配套電機(jī)功率而非軸功率造成。而國(guó)產(chǎn)三葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)正向高速方向發(fā)展，隨著速度的提高能耗會(huì)進(jìn)一步降低，從而能耗將會(huì)更進(jìn)一步接近單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)。

(3)國(guó)產(chǎn)三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)與L型二葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)及國(guó)外三葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)的性能對(duì)比：L型二葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)是80年代中期，當(dāng)時(shí)的機(jī)械工業(yè)部組織全國(guó)幾家重點(diǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家聯(lián)合設(shè)計(jì)的節(jié)能產(chǎn)品，列入國(guó)家第八批節(jié)能產(chǎn)品目錄。國(guó)產(chǎn)三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的能耗較L型二葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的能耗低1.2%～21%。值得一提的是L型二葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)樣本中所提供的軸功率隱瞞了風(fēng)機(jī)的起始功率。如加上空載起始功率，則國(guó)產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)的節(jié)能效果將顯得更大。

3. 水處理系統(tǒng)所選用的風(fēng)機(jī)還必須噪聲低

污水處理是為了保護(hù)環(huán)境，不能為了污水處理而給環(huán)境帶來(lái)二次污染，因此在為污水處理系統(tǒng)選用風(fēng)機(jī)時(shí)，對(duì)風(fēng)機(jī)的噪聲必須認(rèn)真考慮，國(guó)產(chǎn)三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的噪聲比多級(jí)離心式要低。國(guó)產(chǎn)三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)與同類型的兩葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)相比噪聲要低3.8～10dB(A)，比德國(guó)AERZEN公司的三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲也要低6～14dB(A)左右。

4. 價(jià)格的對(duì)比

國(guó)產(chǎn)三葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)的價(jià)格是多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)的1/2不到;是國(guó)產(chǎn)單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)的1/5不到;是進(jìn)口單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)的1/12不到，因而在價(jià)格上國(guó)產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。

從以上分析對(duì)比可看出，在污水處理中如不是特別要求，選用國(guó)產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)較選用多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)更合理，其噪聲及能耗都較低而價(jià)格僅后者1/2不到，且不用擔(dān)心風(fēng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。而單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)確實(shí)能耗及噪聲較低，但即使選用國(guó)產(chǎn)單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)其價(jià)格仍是國(guó)產(chǎn)羅茨風(fēng)機(jī)的5倍以上。若選用進(jìn)口風(fēng)機(jī)，其價(jià)格則為國(guó)產(chǎn)三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的12倍左右。由于昂貴的價(jià)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(fēng)機(jī)時(shí)要權(quán)衡綜合考慮。

二、常使用曝氣風(fēng)機(jī)的類型和工作原理

上文已經(jīng)介紹了羅茨風(fēng)機(jī)和單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)(單級(jí)高速離心齒輪增速式鼓風(fēng)機(jī))，而單級(jí)高速離心齒輪增速式鼓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)，工作原理與離心式壓縮機(jī)一樣，只是有一個(gè)葉輪，輸出壓力1.9bar上下，最大只能做到2.7bar，這里不再作介紹。下面主要介紹近幾年在污水處理系統(tǒng)快速發(fā)展起來(lái)的空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)和空氣磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)。

1. 空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)

空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)是空氣在鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)下，會(huì)在轉(zhuǎn)子與箔片軸承表面之間產(chǎn)生動(dòng)壓效應(yīng)，形成一個(gè)高壓氣膜而將轉(zhuǎn)子托浮起來(lái)的一種鼓風(fēng)機(jī)。

(1)空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)主要包括葉輪、空氣懸浮軸承、變頻器、高速永磁電機(jī)及其結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)。電機(jī)主軸與風(fēng)機(jī)葉輪同軸，高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)由空氣懸浮軸承直接支撐。其主要核心技術(shù)是空氣懸浮軸承技術(shù)、高速永磁同步電動(dòng)機(jī)及其控制技術(shù)。空氣懸架軸承以空氣為工作介質(zhì)，以彈性平坦箔片為支撐面，以彈性波浪箔片為支撐構(gòu)件。

葉輪轉(zhuǎn)子與軸承接觸，但當(dāng)轉(zhuǎn)子進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，由于空氣的粘性和楔塊的作用，平面間會(huì)產(chǎn)生動(dòng)壓效應(yīng)。在箔片和轉(zhuǎn)子表面，使扁平箔和波紋箔發(fā)生彈性變形，將扁平箔推開(kāi)，然后使轉(zhuǎn)子處于懸浮狀態(tài)。不均勻的圓周氣壓使箔片軸承具有承受載荷的能力?；蛘吒?jiǎn)單地說(shuō)，在轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)期間，在轉(zhuǎn)子和箔片之間形成高壓氣膜，從而提升轉(zhuǎn)子。

由上可知，盡管在空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行之后，葉輪轉(zhuǎn)子沒(méi)有摩擦，但這并不意味著設(shè)備在整個(gè)過(guò)程中完全沒(méi)有摩擦。在箔軸承的啟動(dòng)和停止階段，當(dāng)速度低于臨界速度時(shí)，動(dòng)壓效應(yīng)不足以固定轉(zhuǎn)子。此時(shí)，軸承的內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子之間仍將存在接觸摩擦。這段時(shí)間很短，但是仍然有平的箔紙。薄膜的磨損問(wèn)題會(huì)縮短使用壽命，因此，在使用空氣懸架鼓風(fēng)機(jī)時(shí)，必須盡量減少頻繁的啟停操作。同時(shí)，為了提高動(dòng)壓軸承的使用壽命，還必須在軸承表面涂上高質(zhì)量的潤(rùn)滑涂層。

(2)空氣懸浮離心風(fēng)機(jī)技術(shù)特點(diǎn)

1)節(jié)能高效

采用懸浮軸承，無(wú)接觸損失和機(jī)械損失，實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)速無(wú)極變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，使得風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率可高達(dá)95%左右。

2)噪音低，體積小，安裝方便

所有部件(高速電動(dòng)機(jī)、變頻器、懸浮式軸承)集成安裝在普通底座上，無(wú)需特殊固定基礎(chǔ)，設(shè)備體積小、重量輕、安裝操作方便，運(yùn)行時(shí)低噪聲和無(wú)振動(dòng)，噪聲等級(jí)<80dB。

3)系統(tǒng)集成性高

鼓風(fēng)機(jī)本身已集成了就地控制和變頻系統(tǒng)于一體，不需要單獨(dú)設(shè)立變頻柜及操作柜。通過(guò)風(fēng)機(jī)自身的控制面板就可以實(shí)現(xiàn)各種功能的設(shè)定和對(duì)流體溫度、電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、出風(fēng)壓力、風(fēng)量、消耗功率等進(jìn)行參數(shù)的查詢，高效過(guò)濾器、冷卻系統(tǒng)、全自動(dòng)防喘震系統(tǒng)、停電和故障保護(hù)系統(tǒng)等都集中安裝于風(fēng)機(jī)機(jī)柜內(nèi)部，為操作工人帶來(lái)方便及減少操作事故的發(fā)生。

4)使用簡(jiǎn)單、維護(hù)簡(jiǎn)便、費(fèi)用低，壽命長(zhǎng)

鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)與葉輪直聯(lián)，無(wú)齒輪增速裝置，無(wú)任何機(jī)械接觸，無(wú)需潤(rùn)滑油系統(tǒng)，沒(méi)有磨損及能量損耗，維護(hù)費(fèi)用低，動(dòng)力傳遞效率達(dá)到95%以上。葉輪選用高強(qiáng)度航空鋁材、Ti 材質(zhì)，具有優(yōu)秀的耐磨、抗變形能力，使用壽命達(dá)30年以上。采用變頻器調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量，比節(jié)流閥節(jié)能，且風(fēng)量調(diào)節(jié)范圍廣泛，一般為50%～100%。

5)冷卻效率高

冷卻系統(tǒng)采用風(fēng)冷和水冷結(jié)合的方式，能夠有效保護(hù)電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的隨時(shí)啟停。

6)遠(yuǎn)程控制

采用了PLC+GPRS。不但可由中心控制室控制，若風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障，還可以實(shí)施遠(yuǎn)程維修調(diào)試。

(3)空氣懸浮風(fēng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)