某城市生活污水處理廠曝氣風(fēng)機改造工程案例

俞健 王磊

（1.昆山建邦環(huán)境投資有限公司，江蘇昆山 215300；2.昆山建工環(huán)境投資有限公司，江蘇昆山 215300）

1 引言

曝氣系統(tǒng)是城市污水處理廠的核心單元，通常來說，曝氣風(fēng)機是污水處理廠最耗能設(shè)備之一，其能耗大小取決于風(fēng)機曝氣量和風(fēng)機效率等因素，一般能占到污水廠總能耗的50%左右。因此，有效節(jié)約曝氣系統(tǒng)的能耗對污水處理廠節(jié)能降耗具有至關(guān)重要的作用。城市生活污水廠常用風(fēng)機類型為羅茨風(fēng)機、多級離心風(fēng)機、磁懸浮風(fēng)機、空氣懸浮風(fēng)機等［1］。常見的風(fēng)機技改方案有加裝變頻器調(diào)速［2］、風(fēng)機葉片延長［3］、循環(huán)水冷卻驅(qū)動［4］、繼電器改PLC［5］、更換風(fēng)機等。

2018 年以前中小型城鎮(zhèn)生活污水廠曝氣風(fēng)機使用羅茨風(fēng)機較為廣泛，而羅茨風(fēng)機的效率普遍偏低，越來越難以滿足不斷提標(biāo)中的生活污水處理需求。江蘇省昆山市某典型污水廠自2020 年開始將曝氣系統(tǒng)羅茨風(fēng)機技術(shù)全部改為高效能磁懸浮風(fēng)機，經(jīng)過前后能耗情況對比分析，給生活污水廠曝氣系統(tǒng)節(jié)能降耗提供一定的借鑒。

2 工程背景

2.1 工程概況

江蘇省昆山市某污水廠是國家太湖流域水污染防治“十五”規(guī)劃治理項目，總規(guī)模為2.75 萬t/d。工程分二期建設(shè)，一期工程規(guī)模1.25 萬t/d，采用氧化溝工藝，采用表面曝氣；二期工程規(guī)模1.5萬t/d，生化系統(tǒng)采用MBR 膜處理工藝，深度處理采用臭氧消毒工藝。

2.2 設(shè)備參數(shù)

該污水廠二期采用MBR 膜處理工藝，能耗較一般A2O 污水廠更高。MBR 工藝曝氣系統(tǒng)一共配套6 臺羅茨風(fēng)機。其中，生化池曝氣風(fēng)機2 臺75 kW（1用1 備）和膜池膜擦洗風(fēng)機3 臺90 kW（2 用1 備），生化池、膜池都是獨立管路供氣；另外，還配置1 臺132 kW（兼用），通過閥門控制可向生化池、膜池切換供氣，此次技改為75 kW 生化池曝氣鼓風(fēng)風(fēng)機。風(fēng)機具體參數(shù)見表1。

表1 曝氣系統(tǒng)風(fēng)機參數(shù)

3 風(fēng)機技改分析

3.1 風(fēng)機技改前狀況

經(jīng)過對水量、水質(zhì)穩(wěn)定階段數(shù)據(jù)統(tǒng)計，二期生化池曝氣系統(tǒng)羅茨風(fēng)機運行噸水電耗平均為0.243 kW·h/m3，占污水廠總能耗的50%。同時，羅茨風(fēng)機在運行中存在以下問題：（1）現(xiàn)場運行風(fēng)機雖安裝了變頻設(shè)備，但調(diào)節(jié)范圍小，節(jié)能效果不明顯，由于風(fēng)機效率低，目前生化池曝氣需開啟2 臺風(fēng)機；（2）現(xiàn)場運行噪音大，雖安裝了隔音罩，仍存在一定的噪音污染；（3）風(fēng)機故障率高，維修頻次高。

3.2 技改方案

3.2.1 技改風(fēng)機的參數(shù)匹配

根據(jù)生化池需氧量、需風(fēng)量、池深等相關(guān)參數(shù)對各類風(fēng)機進(jìn)行比對，技改前后參數(shù)對比見表2。

表2 風(fēng)機技改前后參數(shù)對比

3.2.2 改造費用

風(fēng)機技改總費用見表3。

表3 風(fēng)機技改總費用

磁懸浮鼓風(fēng)機自帶智能變頻控制，可實現(xiàn)恒壓、恒流量、溶解氧連鎖等多種控制，調(diào)節(jié)范圍在50%～100%，可以根據(jù)處理量及時調(diào)節(jié)風(fēng)量，做到最大程度的節(jié)能。

3.2.3 安裝

充分利用現(xiàn)場原風(fēng)機位置，拆除1 臺效率低下的風(fēng)機，讓出位置，并對基礎(chǔ)進(jìn)行修整，保留1 臺羅茨風(fēng)機作為備用；出風(fēng)管柔性接頭通過管路連接到現(xiàn)有主管上，連接管路上安裝手動蝶閥、止回閥、放空閥。安裝圖例見圖1。

圖1 安裝圖例

安裝技術(shù)要求：（1）鼓風(fēng)機需安裝在灰塵少、濕度低、通風(fēng)散熱狀況良好的風(fēng)機房內(nèi)。（2）用叉車、行車或吊車搬運風(fēng)機時需保持設(shè)備垂直、不可受到?jīng)_擊。（3）鼓風(fēng)機應(yīng)安裝在平整牢固且周圍無震源的基礎(chǔ)上，水平度需在0.01 以內(nèi)，尺寸符合圖紙要求。（4）為保證鼓風(fēng)機運行的安全可靠性及維護保養(yǎng)的方便性，鼓風(fēng)機四周至少預(yù)留1 m 空間，頂部預(yù)留2 m 空間。（5）風(fēng)機就位后先將支撐腳杯調(diào)節(jié)至80 mm 左右高度（便于電纜線穿入），再用水平尺通過調(diào)節(jié)風(fēng)機底部支撐腳杯調(diào)整設(shè)備水平，水平度符合要求（不大于0.01）后將腳杯上部螺母頂死底板。（6）風(fēng)機電氣安裝需由合格的持證電工完成。打開動力電源斷路器蓋板，從底部穿入一根符合風(fēng)機規(guī)格要求的四芯（TN-C 系統(tǒng)）動力電纜，壓制接線端子并連接，用熱縮管標(biāo)識清楚。（7）鼓風(fēng)機排氣管道需由專業(yè)焊工及管道工施工，按GB 50236—2011《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工規(guī)范》中要求執(zhí)行。

注意事項：（1）按圖紙要求順次連接各閥門及管件，順序不可裝錯。（2）連接管道前需在出風(fēng)口法蘭處加薄板盲板，防止雜物掉進(jìn)風(fēng)機，管道連接完成后再撤去。（3）波紋管、止回閥、放空閥、手動蝶閥方向不可裝錯，箭頭指示方向與氣流一致。（4）風(fēng)機放空管需穿出風(fēng)機房且不可多臺風(fēng)機共用一個放空管。（5）管道連接時需制作支架，支架位置要根據(jù)現(xiàn)場狀況及風(fēng)機位置合理布置，既要確保管路不壓迫風(fēng)機，又不能妨礙風(fēng)機維護。支架頂部用“U”型管卡與管道固定，支架底板用膨脹螺栓與地面固定。（6）管路連接完成后，松開金屬波紋管補償器螺桿上的定位螺母，使其處于工作狀態(tài)。

3.3 技改后效果評估

磁懸浮高速離心式鼓風(fēng)機由高效三元流葉輪和磁懸浮高速電機直接耦合驅(qū)動，高速直驅(qū)，徹底消除摩擦，消除傳動損失和多余能耗；理論上可比現(xiàn)狀羅茨風(fēng)機節(jié)能30%以上。

選取運行一段時間后污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)、水量、溫度等變化相對穩(wěn)定和一致的時間段進(jìn)行比較。利用現(xiàn)場管道上配有的壓力表和流量表，在磁懸浮風(fēng)機和羅茨風(fēng)機分別運行時，記錄風(fēng)機出口壓力、溫度和流量，并記錄實時電壓和電流。經(jīng)過連續(xù)穩(wěn)定運行一段時間，進(jìn)行一個季度用電量比對，技改前和技改后能耗情況統(tǒng)計見表4。

表4 風(fēng)機技改前后能耗對比

從投資收益角度看，根據(jù)季度統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算全年可節(jié)省電費約19.11 萬元（電費單價按0.64 元/kW·h計），原羅茨風(fēng)機每年維修保養(yǎng)費用約2 萬元，按實際總投資40 萬元計算，預(yù)計不到2 年可回收投資成本。

從運行穩(wěn)定角度看，磁懸浮鼓風(fēng)機自身帶智能變頻控制器，調(diào)節(jié)范圍在50%～100%，可以很好地適應(yīng)現(xiàn)場工況環(huán)境和進(jìn)水水質(zhì)變化，調(diào)節(jié)更靈活可靠。

從環(huán)境改善角度看，由于磁懸浮鼓風(fēng)機沒有任何機械摩擦，運行噪音控制在85 dB 以內(nèi)，大大降低噪音污染，改善現(xiàn)場環(huán)境。

從后期運維角度看，磁懸浮高速離心鼓風(fēng)機采用磁懸浮軸承，風(fēng)機運轉(zhuǎn)無接觸、無摩擦，所以不需要潤滑系統(tǒng)，節(jié)省潤滑油，風(fēng)機本身免維護。

4 結(jié)論

通過對該城市生活污水廠曝氣風(fēng)機改造前后的對比分析，磁懸浮風(fēng)機技改羅茨風(fēng)機后曝氣系統(tǒng)能耗從0.243 kW·h/m3降低至0.174 kW·h/m3，能耗可降低47.2%，節(jié)能降耗效果明顯。在工藝運行方面，改造后各項參數(shù)能滿足工藝調(diào)控需求，提高了工藝的穩(wěn)定性；現(xiàn)場整體環(huán)境得到較大改善，噪音明顯降低，員工職業(yè)健康得到有效保障，同時維護保養(yǎng)頻次降低。從投資回報周期來看，本工程曝氣系統(tǒng)改造投資回報周期不到2 年，具有較好的可實施性。