在城市污水處理工藝中，活性污泥法具有投資少、處理效率高、運行經(jīng)驗成熟等特點而被廣泛使用。其曝氣系統(tǒng)通常采用鼓風(fēng)曝氣。實際運行中，污水的水質(zhì)、水量及環(huán)境等因素總處在變化之中，曝氣系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)曝氣池溶解氧含量的變化及時調(diào)節(jié)供氣量，以保證處理效果，并不致浪費能源。因此，在項目設(shè)計階段，業(yè)主和設(shè)計單位均高度重視鼓風(fēng)機的選型及調(diào)控方式的選擇。

例如某污水處理廠工程的初步設(shè)計，鼓風(fēng)設(shè)備采用了單級高速離心風(fēng)機，變頻控制調(diào)節(jié)風(fēng)量的方案。為了滿足污水處理工藝的要求，最大限度節(jié)能、降低建設(shè)投資，經(jīng)考察，并多次組織專家進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和論證，認(rèn)為針對該工程污水處理鼓風(fēng)曝氣工藝特點，采用進(jìn)口導(dǎo)葉是鼓風(fēng)機合理的調(diào)控方式。

1、工程概況及鼓風(fēng)機調(diào)控方案

1.1工程概況

某污水處理廠設(shè)計規(guī)模為處理污水量150000 m3/d，采用A-B法生物處理工藝。工程分二期建設(shè)，一期工程按80000 m3/d實施，二期達(dá)到設(shè)計處理能力，目前正在實施中。

1.2鼓風(fēng)機調(diào)控方案

在初步設(shè)計中，鼓風(fēng)曝氣裝置，設(shè)計選用單級高速離心鼓風(fēng)機?？紤]到污水處理量的不均衡性，為了節(jié)約能源，保證風(fēng)機出口壓力不變及各工藝構(gòu)筑物需氣量的要求，設(shè)計采用變頻調(diào)節(jié)的方式來控制鼓風(fēng)機風(fēng)量的變化。

主要設(shè)計參數(shù)如下：

出口相對風(fēng)壓：49 kPa

風(fēng)量：150 m3/min?臺(一期4臺)

進(jìn)氣溫度：25℃

進(jìn)氣壓力：98 kPa

排氣壓力：147 kPa

變頻器接受調(diào)節(jié)信號為4～20 MaDC

2、離心風(fēng)機調(diào)控方式的分析、選擇

離心風(fēng)機是目前應(yīng)用最廣泛的風(fēng)機，是風(fēng)機節(jié)能的主要對象。從調(diào)查中了解到，目前風(fēng)機運行中存在的主要問題是能源浪費嚴(yán)重。根據(jù)國家有關(guān)部門統(tǒng)計，風(fēng)機與泵的用電量占全國用電總量的40%左右[1]。造成風(fēng)機能耗大的主要原因是由于運行中的風(fēng)機大量采用檔板、閥門等調(diào)節(jié)方式。這種方式雖簡便易行，但在調(diào)節(jié)過程中將產(chǎn)生大量的能量損耗。因此，在污水處理工程中需經(jīng)常調(diào)節(jié)風(fēng)量的鼓風(fēng)機，應(yīng)選擇合適的調(diào)節(jié)方式，以降低能耗。

2.1離心風(fēng)機的工作原理及特性

單級高速離心風(fēng)機的工作原理是：原動機通過軸驅(qū)動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，氣流由進(jìn)口軸向進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的葉輪后變成徑向流動被加速，然后進(jìn)入擴(kuò)壓腔，改變流動方向而減速，這種減速作用將高速旋轉(zhuǎn)的氣流中具有的動能轉(zhuǎn)化為壓能(勢能)，使風(fēng)機出口保持穩(wěn)定壓力。

從理論上講，離心鼓風(fēng)機的壓力-流量特性曲線是一條直線，但由于風(fēng)機內(nèi)部存在摩擦阻力等損失，實際的壓力與流量特性曲線隨流量的增大而平緩下降，對應(yīng)的離心風(fēng)機的功率-流量曲線隨流量的增大而上升。當(dāng)風(fēng)機以恒速運行時，風(fēng)機的工況點將沿壓力-流量特性曲線移動。風(fēng)機運行時的工況點，不僅取決于本身的性能，而且取決于系統(tǒng)的特性，當(dāng)管網(wǎng)阻力增大時，管路性能曲線將變陡。

風(fēng)機調(diào)節(jié)的基本原理就是通過改變風(fēng)機本身的性能曲線或外部管網(wǎng)特性曲線，以得到所需工況。

2.2變頻調(diào)控原理與特性

隨著科技的不斷發(fā)展，交流電機調(diào)速技術(shù)被廣泛采用。通過新一代全控型電子元件，用變頻器改變交流電機的轉(zhuǎn)速方式來進(jìn)行風(fēng)機流量的控制，可以大幅度減少以往機械方式調(diào)控流量造成的能量損耗。

2.3進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)原理及特性：

進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)裝置即在鼓風(fēng)機吸風(fēng)入口附近裝設(shè)一組可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角的導(dǎo)葉-進(jìn)口導(dǎo)葉，其作用是使氣流在進(jìn)入葉輪之前發(fā)生旋轉(zhuǎn)，造成扭曲速度。導(dǎo)葉可繞自身軸轉(zhuǎn)動，葉片每轉(zhuǎn)動一個角度就意味著變換一個導(dǎo)葉安裝角，使進(jìn)入風(fēng)機葉輪的氣流方向相應(yīng)改變。

進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)風(fēng)量原理是：當(dāng)導(dǎo)葉安裝角θ=0°時，導(dǎo)葉對進(jìn)口氣流基本上無作用，氣流將以徑向流入葉輪葉片。當(dāng)θ>0°時，進(jìn)口導(dǎo)葉將使氣流進(jìn)口的絕對速度沿圓周速度方向偏轉(zhuǎn)θ角，同時對氣流進(jìn)口的速度有一定的節(jié)流作用，這種預(yù)旋和節(jié)流作用將導(dǎo)致風(fēng)機性能曲線下降，從而使運行工況點變化，實現(xiàn)風(fēng)機流量調(diào)節(jié)。

離心風(fēng)機采用進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)方式，在部分負(fù)荷運行時可獲得高效率和較寬的性能范圍，在保持出口壓力恒定條件下，工作流量可在50%～100%額定流量范圍內(nèi)變化[2]。調(diào)節(jié)深度愈大、省功愈多。如流量減少到額定流量的60%時，進(jìn)口導(dǎo)葉方式比進(jìn)口節(jié)流方式節(jié)省功率達(dá)17%之多[3]。此外，其結(jié)構(gòu)相對簡單，運行可靠，維護(hù)管理方便，初期投資低。因此，此工程中鼓風(fēng)機采用進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)流量，顯然是最佳調(diào)節(jié)方式。

3、結(jié)語

通過對變頻與導(dǎo)葉調(diào)節(jié)方式的原理與特點的分析，明確了在采用鼓風(fēng)曝氣的污水處理工藝中，鼓風(fēng)機調(diào)控方式的選擇，不能只考慮節(jié)能，而必須在滿足曝氣工藝對風(fēng)量、風(fēng)壓要求前提下，從流量變化范圍、風(fēng)機功率大小、調(diào)節(jié)裝置的技術(shù)復(fù)雜程度、可靠性及投資等方面綜合考慮，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，作出合理的選擇。

編輯：曲宏斌