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1、污水处理工艺中鼓风机调控方式的选择在城市污水处理工艺中，活性污泥法具有投资少、处理效率高、运行经验成熟等特点而被广泛使用。其曝气系统通常采用鼓风曝气。实际运行中，污水的水质、水量及环境等因素总处在变化之中，曝气系统应能根据曝气池溶解氧含量的变化及时调节供气量，以保证处理效果，并不致浪费能源。因此，在项目设计阶段，业主和设计单位均高度重视鼓风机的选型及调控方式的选择。太原市河西北中部污水处理厂工程的初步设计，鼓风设备采用了单级高速离心风机，变频控制调节风量的方案。为了满足污水处理工艺的要求，最大限度节能、降低建设投资，经考察，并多次组织专家进行技术经济分析和论证，认为针对本工程污水处理鼓风曝气工
2、艺特点，采用进口导叶是鼓风机合理的调控方式。 1工程概况及鼓风机调控方案 1.1工程概况 太原市河西北中部污水处理厂位于太原市汾河西岸，九院沙河入汾河口南岸，是国家投资的“双千亿”工程之一。设计规模为处理污水量 m 3/d，采用 A-B 法生物处理工艺。工程分二期建设，一期工程按 80000 m3/d 实施，二期达到设计处理能力，目前正在实施中。1.2鼓风机调控方案 在初步设计中，鼓风曝气装置，设计选用单级高速离心鼓风机。考虑到污水处理量的不均衡性，为了节约能源，保证风机出口压力不变及各工艺构筑物需气量的要求，设计采用变频调节的方式来控制鼓风机风量的变化。 主要设计参数如下： 出口相对风压：4
3、9 kPa 风量：150 m 3/min台（一期 4 台） 进气温度：25 进气压力：98 kPa 排气压力：147 kPa 变频器接受调节信号为 420 MaDC 鼓风曝气示意见图 1。 2离心风机调控方式的分析、选择 离心风机是目前应用最广泛的风机，是风机节能的主要对象。从调查中了解到，目前风机运行中存在的主要问题是能源浪费严重。根据国家有关部门统计，风机与泵的用电量占全国用电总量的 40左右 1。造成风机能耗大的主要原因是由于运行中的风机大量采用档板、阀门等调节方式。这种方式虽简便易行，但在调节过程中将产生大量的能量损耗。因此，在污水处理工程中需经常调节风量的鼓风机，应选择合适的调节方式
4、，以降低能耗。2.1离心风机的工作原理及特性 单级高速离心风机的工作原理是：原动机通过轴驱动叶轮高速旋转，气流由进口轴向进入高速旋转的叶轮后变成径向流动被加速，然后进入扩压腔，改变流动方向而减速，这种减速作用将高速旋转的气流中具有的动能转化为压能（势能），使风机出口保持稳定压力。 从理论上讲，离心鼓风机的压力-流量特性曲线是一条直线，但由于风机内部存在摩擦阻力等损失，实际的压力与流量特性曲线随流量的增大而平缓下降，对应的离心风机的功率-流量曲线随流量的增大而上升。当风机以恒速运行时，风机的工况点将沿压力-流量特性曲线移动。风机运行时的工况点，不仅取决于本身的性能，而且取决于系统的特性，当管网阻
5、力增大时，管路性能曲线将变陡。风机调节的基本原理就是通过改变风机本身的性能曲线或外部管网特性曲线，以得到所需工况。 2.2变频调控原理与特性 随着科技的不断发展，交流电机调速技术被广泛采用。通过新一代全控型电子元件，用变频器改变交流电机的转速方式来进行风机流量的控制，可以大幅度减少以往机械方式调控流量造成的能量损耗。 变频调节的节能原理： 图 2 中曲线 1 和 2 表示调速时的压力-流量曲线，曲线 3 和 4 表示节流调节时管路阻力特性曲线，曲线 5 表示恒速时功率-流量曲线，设 A 点为风机最大工况点。当风量需从 Q1减少到 Q2时，如果采用节流调节法，工况点由 A 到 B，风压增加到 H
6、2，由图中可看出轴功率P2下降，但减少的不太多。如果采用变频调节方式，风机工况点由A 到 C，可见在满足同样风量 Q2 情况下，风压 H3将大幅度下降，功率 P3随着显著减少。节省的功率损耗PHQ 2与图中面积 BH2H3C成正比。 由以上分析可知，变频调节是一种高效的调节方式。鼓风机采用变频调节，不会产生附加压力损失，节能效果显著，调节风量范围0100，适合调节范围宽，且经常处于低负荷下运行的场合。但是，当风机转速下降，风量减小时，风压将发生很大变化，由风机比例定律： Q 1/Q2(n 1/n2)，H 1/H2(n 1/n2)2，P 1/P2(n 1/n2)3 可知，当其转速降低到原额定转速
7、的一半时，对应工况点的流量、压力、轴功率各下降到原来的 1/2、1/4、1/8，这就是变频调节方式可以大幅度节电的原因。 根据变频调节这一特性，对于在污水处理工艺中，曝气池始终保持 5 m 正常液位(见图 1)，要求鼓风机在出口压力恒定的条件下，进行大范围的流量调节，当调节深度较大时，将会使风压下降过大，不能满足工艺要求。当调节深度较小时，则显示不出其节能的优势，反而使装置复杂，一次性投资增高（本工程中鼓风机采用变频调节比导叶调节增加一次性投资 20 万元）。因此，对本工程的曝气池需保持 5m 液位的工况条件下，采用变频调节方式显然是不合适的。 2.3进口导叶调节原理及特性：进口导叶调节装置即
8、在鼓风机吸风入口附近装设一组可调节转角的导叶-进口导叶，其作用是使气流在进入叶轮之前发生旋转，造成扭曲速度。导叶可绕自身轴转动，叶片每转动一个角度就意味着变换一个导叶安装角，使进入风机叶轮的气流方向相应改变。进口导叶调节风量原理是：当导叶安装角 0时，导叶对进口气流基本上无作用，气流将以径向流入叶轮叶片。当 时，进口导叶将使气流进口的绝对速度沿圆周速度方向偏转 角，同时对气流进口的速度有一定的节流作用，这种预旋和节流作用将导致风机性能曲线下降，从而使运行工况点变化，实现风机流量调节。进口导叶调节的节能原理通过图 31说明。 图 3 中曲线 1 为节流调节时功率-流量曲线，曲线 2 为进口导叶调
9、节时的功率-流量曲线。当进口导叶安装角由 10增大为 2或 3时，运行工况点由 M1移至 M2或 M3；流量由 Q1减小至 Q2或Q3；轴功率由 P 1减少至 P 2或 P 3。图中用剖面线表示的面积为进口导叶比节流调节节省的功率。 在本工程中，曝气池深度是固定的，鼓风机在保持出口压力恒定条件下，进行流量调节，即常量，变量时，管网的特性曲线近似于水平直线，鼓风机采用进口导叶调节，不必借助于改变管网特性曲线，可通过改变导叶的开闭角度，使风机的压力-流量性能曲线改变，流量的变化是通过将工况点移动到新的改变了的风机特性曲线上的方法实现的（见图 4）。 离心风机采用进口导叶调节方式，在部分负荷运行时可
10、获得高效率和较宽的性能范围，在保持出口压力恒定条件下，工作流量可在 50100额定流量范围内变化2。调节深度愈大、省功愈多。如流量减少到额定流量的 60时，进口导叶方式比进口节流方式节省功率达 17之多3。此外，其结构相对简单，运行可靠，维护管理方便，初期投资低。因此，本工程中鼓风机采用进口导叶调节流量，显然是最佳调节方式。 2.4不同调控方式的比较 图 5 给出了不同调控方式时风量和轴功率的关系。尽管变频调节的离心鼓风机调节范围很广，在节能上有显著效果，但用在本工程的工艺系统中将受到工艺条件限制，调节范围仅为80100，而且通过图 53可看出，在相对流量变化不大时，变频与导叶两种调节方式消耗
11、功率差别并不大，因此采用变频调节方式，其节能特长显示不出来，这就失去了选择它的意义。而选择导叶调节方式的鼓风机，在保持出口压力恒定条件下可以较大范围调节风量（），以保证污水中溶解氧含量稳定，相对地节省了能源。所以应选择导叶调节方式的高速离心风机，作为本工程的设备选型。同时，为了更好地体现出节能效果，对于大功率的离心风机，还应注意配套电机的选择，如采用 10 kV 高压电机，也有助于降低能耗。 3结语 通过对变频与导叶调节方式的原理与特点的分析，明确了在采用鼓风曝气的污水处理工艺中，鼓风机调控方式的选择，不能只考虑节能，而必须在满足曝气工艺对风量、风压要求前提下，从流量变化范围、风机功率大小、调
12、节装置的技术复杂程度、可靠性及投资等方面综合考虑，进行技术经济分析，作出合理的选择。 污水处理及强排工程的设计实例安徽全柴动力股份有限公司是以生产柴油机为主业的多元化发展的大型企业集团。年产各种型号的柴油机 50 余万台。生产过程中产生的废水中主要污染物为石油类，若直接排放会对环境造成一定的危害，且公司所处地势较低，汛期易发生内涝。为确保可持续发展，公司于 2000 年开始加大了废水和汛期雨水治理等环保方面的投入，处理后出水达到污水综合排放标准(GB8978-96)中的一级标准，系统调试达到设计要求，12 月 10 日通过了安徽省环境监测中心站与滁州市环境监测站联合验收，后即投入正常使用。 1
13、废水来源和设计水质水量的确定 公司所排放的废水主要为厂内各车间所排含有石油类(柴油、机油、汽油、润滑油等)、皂化液、漆渣等的工业废水和厂区雨水及少量的生活污水。经当地环境监测站取样实测后，确定其进水设计水质指标如表 1 所示。 根据公司统计的平均月用水量约 5 万 m 3，扣除 15%的损耗平均月排出的废水量约 4.25 万 m 3，日平均排放废水约 1420 m3，小时平均排水量为 62.5 m3，最大小时排放的废水约为 100 m3，考虑到今后的发展和一般雨天排放的废水也能得到有效的处理，最终确定小时处理水量按 150 m3设计。根据多年汛期的暴雨统计资料确定：在正常情况下按 2000 m
14、3/h，最大按 3000 m3/h 设计。 表 1设计进水水质项目 pHCOD(mg/L)BOD(mg/L)石油类(mg/L)SS(mg/L)NH3-N(mg/L)数值 7.0 400 180 250 150 8.362工艺流程 2.1工艺流程选择 据表 1 的水质指标可知，需处理的工业废水中的主要污染物为石油类，及来自公厕、食堂、宾馆、科技大夏等生活污水中的悬浮物和有机污染物，pH 值和 NH 3-N 没有超标。对浮油采用隔油池隔油并将废油回收，对乳化油等采用破乳气浮法予以分离，在气浮的同时也去除废水中非溶解性有机物和少量的溶解性有机物，对残存的油及溶解性有机物采用生化处理予以去除。处理后的
15、达标水一小部分排入附近的河流内，70%经深度处理后泵至回用管网用于生产和厕所冲洗等。 2.2工艺概述 来自厂区的生产废水和生活污水经排水管网流入废水站，经格栅分离出大颗粒悬浮固体杂质后，再入隔油池分离浮油并采用浮油回收机回收，沉淀物沉于池底部，用砂泵定期排泥至污泥浓缩池，出水进入调节池，经污水泵提升至反应器，在反应器中加入混凝剂进行破乳并充分混凝反应，经过反应器的污水自流至气浮装置中，含油浮渣被气浮装置中的刮板刮至专门的浮渣贮罐贮存。气浮后的出水进入生物接触氧化池进行生化处理。曝气采用鼓风机充氧曝气，出水经斜管沉淀池进行固液分离，上清液流入中间水池。此时水质已达到排放标准，排放水可以从此直接排
16、出。部分要回用的水再用泵泵至压力过滤器过滤后至回用水池回用。 斜管沉淀池底部的剩余污泥靠重力自流至污泥浓缩池，浓缩后用污泥泵送至污泥干化池干化，干泥外运。浓缩池上清液及干化池排水回流至沉砂隔油池。为了排除汛期厂区的内涝，并考虑此时污水经过预处理即经过沉砂池和调节池除去浮油后，通过 3 台潜水泵强排至附近的河道内(工艺流程见图 1)。 图 1污水处理工艺流程 3主要处理构筑物、设备及技术参数 (1)沉砂隔油池。采用全地下式钢筋砼结构，水力停留时间为 3 h，尺寸为 16000 mm7500 mm4700 mm。 (2)调节池。采用全地下式钢筋砼结构，水力停留时间为 2 h，尺寸为 16000 mm5500 m m4700 mm。 (3)生物接触氧化池。采用半地上式钢筋砼结构,水力停留时间为 4h,气水
