簡議污水處理機電設備中曝氣鼓風機的發展

康昊天

摘 要：近年來，我國對污水的處理越來越重視，各種先進的污水處理技術和處理設備不斷得到應用，增加了污水處理的能力，在環境保護和水資源再利用方面發揮了重要作用。曝氣鼓風機是現代污水處理中常用的機械設備，廣泛應用于污水處理行業。基于此，本文概述了曝氣機，闡述了污水處理過程中的鼓風曝氣方式及其要求，對污水處理中的曝氣鼓風機發展進行了論述分析。

關鍵詞：曝氣機；污水處理；鼓風曝氣方式；要求；曝氣鼓風機；發展

一、曝氣機的概述

污水處理機電設備中的曝氣機主要由潛水泵、射流器、散流器、軟管、吸氣管等構成。其是通過潛水泵上的散氣葉輪，將空氣形成的微氣泡直接注入到未經處理的污水中，與污水中在混凝劑和絮凝劑作用下形成的懸浮物絮團相結合，降低其密度，并且形成的氣泡群能夠對懸浮絮狀物團產生一種浮升作用，使懸浮絮狀物團浮上液面形成浮渣。利用刮渣機對浮渣進行處理，從而達到使懸浮物絮團從水中分離，凈化水體的目的。

二、污水處理過程中的鼓風曝氣方式及其要求

1、鼓風曝氣方式。其是由鼓風機、曝氣器和一系列連通的管線組成。鼓風機供應一定的風量，將空氣通過一系列管道輸送到安裝在池底部的曝氣器，通過曝氣器，使空氣形成不同尺寸的氣泡。氣泡在曝氣器出口形成，尺寸則取決于空氣擴散裝置的形式，氣泡經過上升和隨水循環環流動，最后在液面處破裂，這一過程產生氧向污水中轉移的作用。擴散器是整個鼓風曝氣系統的關鍵部件，它的作用是將空氣分散成空氣泡，增大空氣和混合液之間的接觸界面，把空氣中的氧溶解于水中。鼓風系統的曝氣器主要分為微氣泡、中氣泡、大氣泡、水力剪切、水力沖擊及空氣升液等類型。鼓風曝氣一般需要修建鼓風機房及布設大量鼓風管道，曝氣頭易堵塞，大型氧化池需要運行的功率大，但由于其相對于表面曝氣來說能耗小、維修簡單等，因而被較大范圍使用。

2、污水處理廠對鼓風機的要求。當污水處理工藝采用活性污泥法工藝時，曝氣鼓風機是處理工藝的核心設備之一。據相關統計，在城市污水處理中，鼓風機的風量與污水處理量（容積）的氣水比一般為3--10，在我國通常為6.7--7。在工業污水處理中，由于廢水濃度大，氣水比可高達35。在城市污水處理過程中，由于季節的變化，每天的污水處理量（負荷）和溶解氧濃度也變化，因此要求運行中的鼓風機在恒定壓力條件下自動調節所需的風量，而且要求流量調節范圍廣，調節效率高，以保證系統優化運行，達到高效節能目的。相關統計，污水處理廠能耗成本占其運營維護成本的40%--80%，主要集中在污水提升、曝氣供氧、污泥輸送與處理和混凝沉淀等，其中曝氣供氧過程中鼓風機的能耗占總能耗比例較大，整個污水處理廠能耗的50%--60%。因此，城市污水處理廠為降低運營成本，對曝氣鼓風機的節能性能提出嚴格要求。目前，絕大多數污水處理廠使用的曝氣鼓風機尺寸及重量較大，增加了地基處理及鼓風機房的土建投資，增加了安裝工程費用，且噪聲較大，維護成本較高。因此選擇低噪聲、安裝維護方便、且在污水處理廠全生命周期內成本最低的鼓風機是今后污水處理行業曝氣鼓風機的發展趨勢。

三、污水處理機電設備中曝氣鼓風機發展的分析

當前污水處理機電設備曝氣鼓風機中的羅茨鼓風機及低速多級離心鼓風機在污水處理廠中已逐步淘汰。齒輪增速單級高速離心鼓風機是國內外污水處理廠的主流產品。磁懸浮單級離心鼓風機及空氣懸浮單級離心鼓風機屬于最新形式的單級高速離心鼓風機，由于采用先進的變頻調速、磁懸浮軸承及空氣懸浮軸承等技術，滿足污水處理廠對曝氣鼓風機節能、環保、風量調節范圍廣泛、低噪聲、低振動及安裝維護方便等要求，是未來污水處理廠曝氣鼓風機的發展趨勢。

1、單級高速離心鼓風機。單級高速離心鼓風機是隨著“三元流動理論”在離心式壓縮機和鼓風機設計上的應用而發展起來的產品。據相關研究分析，單級高速離心鼓風機在設計上采用了三元流動設計理論，使單級離心式鼓風機效率高達82%以上，遠優于多級離心鼓風機，在結構上采用了軸向進氣導葉調節裝置，在恒定壓力下，流量調節為額定流量的65%一105%，使得在低負荷條件下運行也有較高的運行效率，這是低速多級鼓風機和羅茨鼓風機所沒有的優點。采用組裝式整體結構，電動機和鼓風機安裝在共用底座上，潤滑油系統緊湊安裝在機組底座內，與相同流量和壓力的多級離心鼓風機比較，節約消耗，重量大約輕70%，占地面積大約小50%。由于采用三元流動葉輪，比普通的二元流動葉輪直徑要小30%--40%，故轉子轉動慣量小，機組啟動和停車時間短，無需高位油箱和蓄能器，鼓風機轉速高達30000r/min。 由于單級高速離心鼓風機具有體積小、重量輕、效率高、節約能源、性能調節范圍廣泛和自動化水平高等特點，國外己取代了多級低速離心鼓風機，并得到廣泛應用，是目前污水處理廠中曝氣鼓風機的主流產品。

2、磁懸浮單級離心鼓風機。磁懸浮單級離心鼓風機是單級高速離心鼓風機的一種，其核心是磁懸浮軸承和永磁電動機技術。關鍵部件為磁力軸承，利用常導磁吸原理，通過電磁吸力來實現轉軸懸浮高速穩定無摩擦運轉。利用位置傳感器、功率放大器和PI運算器，實現對電動機轉軸實時狀態檢測、調整和故障診斷，其主動控制能力能夠有效抑制轉軸的不平衡振動，有完備和嚴格的斷電保護措施。磁懸浮單級離心鼓風機電機與葉輪直聯，無齒輪增速裝置，無任何機械接觸，無需潤滑油系統，沒有磨損及能量損耗，維護費用較低。采用變頻器調速調節風量，比節流閥節能，且風量調節范圍廣泛，一般為45%一100%。所有部件（高速電動機、變頻器、磁懸浮軸承）集成安裝在普通底座上，無需特殊固定基礎，設備體積小、重量輕、安裝操作方便，運行時低噪聲和無振動，噪聲80dB以下。

3、空氣懸浮單級離心鼓風機。空氣懸浮單級離心鼓風機也是一種新型的單級高速離心鼓風機，采用高速直聯電動機和空氣懸浮軸承兩大核心技術，具備磁懸浮單級離心鼓風機所具備的無齒輪增速裝置、無機械接觸、無潤滑系統、變頻調速調節風量、低噪聲、無振動和維護費用低等特點，所不同的是非接觸軸承采用空氣懸浮軸承。空氣懸浮軸承主要包括徑向軸承及止推軸承等部件，起動前回轉軸承和軸之間有接觸，起動時回轉軸和軸承相對運動，形成流體動力場，在徑向軸承內此液體動力形成浮力，導致軸與軸承不同心。軸回轉時在徑向軸承里形成流體壓力場，使軸承處于懸浮狀態，而無接觸。空氣懸浮單級離心鼓風機葉輪采用三維流動理論設計，采用SVS欽合金材料，抗變形能力強，選擇最佳效率角度設計，效率高達88%。采用空氣自冷卻技術，空氣流道設計合理，配有電動機散熱翼翅，200馬力以上大機型設有冷媒內循環系統，無需另設冷卻風扇或補充水，可確保鼓風機在炎熱的夏季仍保持可靠的工作性能。由于采用高速直聯電機、高效葉輪設計及空氣懸浮軸承技術，節能性能較好，據相關研究分析，與羅茨風機相比可節能25%--35%，與傳統多級離心鼓風機相比可節能15%一20%，與傳統單級高速離心鼓風機相比可節能10%--15%。

結束語

綜上所述，磁懸浮單級離心鼓風機與空氣懸浮單級離心鼓風機都采用了高速直聯電動機、變頻調速調節風量及非接觸軸承技術，無需潤滑系統，不會對環境造成二次污染，具備高效率、低噪聲、無振動和風量調節范圍廣泛等優點，滿足污水處理行業對曝氣鼓風機節能環保性能的要求。

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