曝氣風機壓力和能耗升高的處理方法

李瑞峰，馬金金，李治剛

(魯泰紡織股份有限公司，山東淄博 255100)

1 基本情況

魯泰集團某廠區擁有1座設計能力為5 000 m3/d的污水處理站，主要處理漂染、整理等工序產生的工業廢水，處理后污水達標排放，滿足《紡織染整工業水污染物排放標準》(GB 4287—2012)中表2間接排放的指標要求。污水處理站采用“水解酸化+缺氧/好氧(AO)+后物化”的處理工藝，具有良好的脫氮除磷效果。

好氧池為推流式曝氣池，有效容積約為4 200 m3，有效水深為6.7 m，池內污泥濃度保持2 500～4 000 mg/L，溶解氧維持在2.5～3.0 mg/L。采用羅茨風機、螺桿風機進行充氧曝氣，羅茨風機主要對好氧池前端1/6容積的部分進行曝氣，剩余部分采用螺桿風機進行曝氣。羅茨風機選用三葉型羅茨風機，額定流量為44.6 Nm3/min，升壓為68.6 kPa，功率為75 kW；螺桿風機額定流量為110 Nm3/min，升壓為75 kPa，功率為250 kW。好氧池曝氣方式為微孔曝氣，采用可提升式管式曝氣器，規格有Φ65 mm×600 mm、Φ65 mm×750 mm、Φ65 mm×1 000 mm，膜片材質為EPDM，曝氣器安裝深度為6.5 m。

2 遇到的問題及原因

2.1 遇到的問題

羅茨風機、螺桿風機為變頻控制，正常情況下風機排氣壓力低于80 kPa，羅茨風機運行頻率為28～40 Hz，螺桿風機頻率在25～30 Hz。AO系統運行半年后，風機排氣壓力逐漸增加，排氣壓力高達85～90 kPa，需增加風機頻率才能滿足曝氣池的需要量。由于風機排氣壓力增加，風機電流增加、能耗增加，風機耗電量達到1.22 kW·h/(t水)。

風機的運行壓力過高，無法正常運行，曝氣量也無法進一步提高，經常出現“喘震”現象，風機和供氣管路經常發生震動，風機故障率增加，長期維持高風壓運行會縮短風機的使用壽命[1]。風機排氣壓力大大超過額定升壓，導致風機流量降低，無法滿足好氧池的需氧量，溶解氧降低至2.5 mg/L，甚至低于2 mg/L，影響COD、氨氮的去除效果，導致二沉池出水COD、氨氮上升，造成后物化加藥量增加，綜合水處理成本增加。

2.2 原因分析

2.2.1 管式曝氣器膜片結垢

印染過程使用大量的硫酸鈉、碳酸鈉、燒堿，導致印染廢水呈堿性。污水中和印染過程均需投加大量的硫酸，導致污水中含有大量的硫酸鹽，濃度可達3 000 mg/L。同時，北方地區自來水中鈣、鎂離子濃度較高，總硬度約為300 mg/L(以CaCO3計)。

在缺氧/好氧系統中，缺氧池的主要作用是反硝化脫氮，反硝化過程中，污水的堿度會逐漸增加。好氧池的主要作用是在碳化有機物的同時實現硝化作用，將氨氮轉化為硝態氮。硝化過程中，污水的堿度逐漸降低，好氧池后端的堿度低于前端。由于反硝化的作用，污水在進入好氧池時堿度上升，同時，污水中本來就含有的高濃度硫酸根離子、鈣離子在高堿度的狀態下更易結垢，導致曝氣器膜片上的微孔逐漸堵塞，風機曝氣阻力增大。

在進行管式曝氣器檢查時，膜片表面有白色的沉淀物，其不能被鹽酸清洗，推測應為硫酸鈣。曝氣池前端的風機(羅茨風機)比后端的風機(螺桿風機)排氣壓力更高。羅茨風機排氣壓力達到90 kPa，說明曝氣池前端管式曝氣器污堵更加嚴重。

2.2.2 風機選型不合理

羅茨風機和螺桿風機具有噪聲大、效率低、運行維護費用高、能耗高的特點[2]。選用的羅茨風機和螺桿風機升壓分別為68.6 kPa和75 kPa，在管式曝氣器污堵、曝氣阻力增大時不能滿足工況需求。

2.2.3 供氣流量分布不合理

推流式曝氣池污染物負荷沿程遞減分布，導致好氧池前端需氧量大、溶解氧濃度偏低，末端需氧量低、溶解氧濃度偏高。這不僅不利于污染物降解，還會造成能源浪費[3]。

3 采取的對策

(1)更換管式曝氣器膜片材質

將膜片材質由EPDM更換為聚氨酯，聚氨酯材質的管式曝氣器具有良好的抗結垢能力。

(2)曝氣風機更換為磁懸浮風機

磁懸浮風機具有效率高、能耗低、噪音低、維護簡單等優點，雖一次性投入費用較高，但在長期運行過程中節約電耗及維護費用[2]。采購1臺磁懸浮風機，額定流量為120 m3/min，升壓為80 kPa，功率為200 kW。

(3)調整曝氣流量分配

曝氣池空氣管道呈枝狀布置，每個曝氣區域分別由1根支管控制，實行單獨供氣。通過各曝氣支管閥門開度的調節，保持曝氣池前端閥門全開，隨著水流方向，閥門開度逐漸遞減，曝氣池后端閥門開度約1/4。調整后，好氧池前端的曝氣量增大，滿足需氧量的需求。

4 效果總結及經驗

對曝氣池風機壓力和能耗升高的問題進行分析，確定導致風壓增大的原因，并通過管式曝氣器、曝氣風機的更換，調整曝氣流量分配。好氧池溶解氧穩定維持在2.5～3.0 mg/L，風機出氣壓力保持在80 kPa以下。經過改造后，風機耗電量降低至0.77 kW·h/(t水)，節約能耗36.89%。本文的經驗可為印染行業污水處理系統的改造提供重要借鑒。