污水處理曝氣風(fēng)機選型及應(yīng)用為了對污水進行處理，國內(nèi)外對處理方法進行了大量研究，并形成了五花八門的污水處理技術(shù)，但其中使用量最大、使用最普及也最成熟的技術(shù)是活性污泥法。在該法中為了向水中充氧，必須向水中鼓入大量空氣，因而必須選用合適的鼓風(fēng)機。由于在整個污水處理工程中風(fēng)機所消耗的能量占了整個系統(tǒng)所消耗能量的一半以上，因而風(fēng)機的選型顯得特別重要。

因為在污水處理系統(tǒng)中，對風(fēng)機有其自身要求：風(fēng)機的風(fēng)量可由化學(xué)耗氧量算得，而風(fēng)機的風(fēng)壓決定于水深(曝氣頭端面到水面的距離)。在污水處理系統(tǒng)設(shè)計時必須考慮管道、閥門、彎頭及曝氣頭的壓力損耗，一般在水深的基礎(chǔ)上增加9.8kPa。

新系統(tǒng)剛投入運行時，壓力一般都在設(shè)計范圍內(nèi)，可隨著使用時間的推移，由于曝氣頭微孔的堵塞，管道閥門的銹蝕，特別是曝氣頭損壞，大量污泥流入管道并沉積，使管道流通面積減小，從而使系統(tǒng)阻力大幅增加，因此在系統(tǒng)設(shè)計時要特別考慮這一點。

除此之外還必須綜合考慮風(fēng)機能耗、噪聲及價格等因素。下面我們就以上幾個方面進行一些探討。

一、污水處理曝氣風(fēng)機的選型要求

常用的型式有容積式鼓風(fēng)機和離心式鼓風(fēng)機，其中容積式鼓風(fēng)機主要有回轉(zhuǎn)風(fēng)機、羅茨鼓風(fēng)機;離心式鼓風(fēng)機主要有多級離心式風(fēng)機、單級高速離心式風(fēng)機。市面上的單級高速離心式風(fēng)機又分為空氣懸浮鼓風(fēng)機、磁懸浮鼓風(fēng)機、單級高速離心齒輪增速式鼓風(fēng)機。

市場上的羅茨式、多級離心式及單級高速離心式風(fēng)機是目前各類污水處理廠常用的幾種曝氣風(fēng)機。

1. 羅茨式風(fēng)機和離心式風(fēng)機的選型對比

(1)從羅茨式風(fēng)機與離心式風(fēng)機的流量特性來看，顯然羅茨風(fēng)機適用于污水處理系統(tǒng)的范圍更廣，從小型污水處理站到大型污水處理廠都能見到它的身影，其原因是羅茨鼓風(fēng)機流量是硬特性，即當(dāng)水處理系統(tǒng)阻力增加時，其出口壓力也隨著增加，但其輸出氣體的流量卻變化很小，從而可以維持水處理系統(tǒng)的曝氣量幾乎不變(在風(fēng)機強度及電動機功率滿足的情況下);而離心式鼓風(fēng)機則不同，其風(fēng)量隨阻力的增加而大幅減少。當(dāng)阻力增加到一定壓力時，風(fēng)機輸出風(fēng)量為零，整個系統(tǒng)將無法曝氣。

污水處理廠在選用多級離心風(fēng)機曝氣，開始使用時很正常，隨著使用時間的延續(xù)，曝氣池水翻滾的強度越來越小，最終不再曝氣。在污水池水位下降一定深度后，水池又正常曝氣。將多級離心風(fēng)機換為三葉型羅茨風(fēng)機，則不會出現(xiàn)上述情況。因此在污水處理系統(tǒng)中選用離心式鼓風(fēng)機要特別注意，選用風(fēng)機的壓力一定要留有充分余地。

(2)污水處理系統(tǒng)在選用離心式風(fēng)機時，還要特別要注意防止風(fēng)機產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。因為在風(fēng)機運行中由于系統(tǒng)阻力的增加，造成風(fēng)量的減小，當(dāng)流量減小到某一最小值時就會在風(fēng)機流道中出現(xiàn)嚴重的旋轉(zhuǎn)脫離，流動嚴重惡化，使鼓風(fēng)機出口壓力突然大大下降，由于風(fēng)機總是和水處理管網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合工作的，這時管網(wǎng)中的壓力并不馬上降低，于是管網(wǎng)中的氣體壓力反大于風(fēng)機出口處的壓力，從而氣體發(fā)生倒流，一直至管網(wǎng)中的壓力下降至風(fēng)機的出口壓力為止。這時倒流停止，風(fēng)機又開始向管網(wǎng)供氣，經(jīng)過風(fēng)機的流量又增大，風(fēng)機又恢復(fù)正常工作;當(dāng)網(wǎng)管中的壓力恢復(fù)原來壓力時，風(fēng)機的流量又減少，風(fēng)機的出口壓又突然減小，系統(tǒng)中又產(chǎn)生倒流，如此周而復(fù)始就在系統(tǒng)中產(chǎn)生周期性的氣流震蕩現(xiàn)象，這就是風(fēng)機的喘振現(xiàn)象，往往造成風(fēng)機的重大事故。

是不是發(fā)生喘振還和系統(tǒng)管網(wǎng)有關(guān)，管網(wǎng)的容量越大，則喘振的振幅越大，頻率越低;管網(wǎng)的容量越小，則喘振的振幅越小，頻率越高。當(dāng)幾臺風(fēng)機并網(wǎng)使用時，有時還會出現(xiàn)單臺機出現(xiàn)喘振的現(xiàn)象，因為一個系統(tǒng)當(dāng)設(shè)計施工完畢后其系統(tǒng)的阻力將隨著系統(tǒng)內(nèi)所流通的風(fēng)量增加而增加，當(dāng)系統(tǒng)阻力增加至某臺風(fēng)機的喘振點時，此機就會產(chǎn)生喘振現(xiàn)象，因此除對風(fēng)機的壓力保留一定的余地外，還必須對管網(wǎng)系統(tǒng)作一定的設(shè)計計算。

2. 選用的風(fēng)機必須能耗低

由于風(fēng)機的能耗占了水處理系統(tǒng)總能耗的一半以上，因此選用的風(fēng)機應(yīng)盡量低能耗。下面就污水處理中常用的離心風(fēng)機及羅茨鼓風(fēng)機的能耗進行對比：

(1)有許多設(shè)計院及高等院校在污水處理系統(tǒng)設(shè)計時常采用多級離心鼓風(fēng)機，認為多級離心鼓風(fēng)機能耗及噪聲都比羅茨鼓風(fēng)機低，甚至有一段時間想在污水處理系統(tǒng)中淘汰羅茨鼓風(fēng)機。國內(nèi)的羅茨鼓風(fēng)機設(shè)計制造技術(shù)近年來已有了長足進步，其各項指標(biāo)特別是噪聲及能耗指標(biāo)有了大幅度下降，絲毫不遜于多級離心式鼓風(fēng)機，尤其依靠自身的性價比在中小型污水處理廠曝氣系統(tǒng)應(yīng)用中處于絕對壟斷地位。

(2)國產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機與單級高速離心鼓風(fēng)機(或單級高速離心齒輪增速式鼓風(fēng)機)能耗比較，在我國污水處理系統(tǒng)中使用的單級高速離心鼓風(fēng)機極大多數(shù)都是從引進國外產(chǎn)品開始，主要是丹麥HV-TUBO公司及英國豪頓公司的產(chǎn)品，該二公司風(fēng)機都采用進風(fēng)口導(dǎo)葉及擴壓器導(dǎo)葉控制，流量調(diào)節(jié)范圍寬，同時高效值范圍大。我國在污水處理系統(tǒng)中僅從丹麥HV-BUTO公司引進的風(fēng)機從1990年開始到現(xiàn)在有近千臺。國內(nèi)沈陽鼓風(fēng)機廠在1995年引進了日本國川崎重工株式會社單級高速離心風(fēng)機技術(shù)。2000年后又有重慶通用機械公司、杭州制氧氣廠、南通金通靈公司、無錫杰爾等單位自主研發(fā)了單級高速離心齒輪增速式鼓風(fēng)機，在大型污水處理廠有一些業(yè)績，但國產(chǎn)風(fēng)機及引進技術(shù)風(fēng)機流量調(diào)節(jié)都僅采用進口導(dǎo)葉控制，因而高效工況區(qū)都不如丹麥HV-BUTO公司及英國豪頓公司寬，因而在一些關(guān)鍵崗位，依舊還是這兩家產(chǎn)品。

單級高速離心齒輪增速式鼓風(fēng)機的能耗確比國產(chǎn)三葉型羅茨鼓風(fēng)機低，但并不像丹麥HV-TURBO 公司樣本所宣傳的那樣節(jié)能達30%～40%，至于國內(nèi)某些公司的能耗顯得高，可能是樣本上提供的是配套電機功率而非軸功率造成。而國產(chǎn)三葉型羅茨鼓風(fēng)機正向高速方向發(fā)展，隨著速度的提高能耗會進一步降低，從而能耗將會更進一步接近單級高速離心風(fēng)機。

(3)國產(chǎn)三葉羅茨鼓風(fēng)機與L型二葉型羅茨鼓風(fēng)機及國外三葉型羅茨鼓風(fēng)機的性能對比：L型二葉羅茨鼓風(fēng)機是80年代中期，當(dāng)時的機械工業(yè)部組織全國幾家重點羅茨鼓風(fēng)機生產(chǎn)廠家聯(lián)合設(shè)計的節(jié)能產(chǎn)品，列入國家第八批節(jié)能產(chǎn)品目錄。國產(chǎn)三葉羅茨鼓風(fēng)機的能耗較L型二葉羅茨鼓風(fēng)機的能耗低1.2%～21%。值得一提的是L型二葉羅茨鼓風(fēng)機樣本中所提供的軸功率隱瞞了風(fēng)機的起始功率。如加上空載起始功率，則國產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機的節(jié)能效果將顯得更大。

3. 水處理系統(tǒng)所選用的風(fēng)機還必須噪聲低

污水處理是為了保護環(huán)境，不能為了污水處理而給環(huán)境帶來二次污染，因此在為污水處理系統(tǒng)選用風(fēng)機時，對風(fēng)機的噪聲必須認真考慮，國產(chǎn)三葉羅茨鼓風(fēng)機的噪聲比多級離心式要低。國產(chǎn)三葉羅茨鼓風(fēng)機與同類型的兩葉型羅茨鼓風(fēng)機相比噪聲要低3.8～10dB(A)，比德國AERZEN公司的三葉羅茨鼓風(fēng)機噪聲也要低6～14dB(A)左右。

4. 價格的對比

國產(chǎn)三葉型羅茨鼓風(fēng)機的價格是多級離心鼓風(fēng)機的1/2不到;是國產(chǎn)單級高速離心鼓風(fēng)機的1/5不到;是進口單級高速離心鼓風(fēng)機的1/12不到，因而在價格上國產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機有絕對的優(yōu)勢。

從以上分析對比可看出，在污水處理中如不是特別要求，選用國產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機較選用多級離心鼓風(fēng)機更合理，其噪聲及能耗都較低而價格僅后者1/2不到，且不用擔(dān)心風(fēng)機會產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。而單級高速離心風(fēng)機確實能耗及噪聲較低，但即使選用國產(chǎn)單級高速離心風(fēng)機其價格仍是國產(chǎn)羅茨風(fēng)機的5倍以上。若選用進口風(fēng)機，其價格則為國產(chǎn)三葉羅茨鼓風(fēng)機的12倍左右。由于昂貴的價格，因而妨礙了它在污水處理曝氣系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用。因此在污水處理系統(tǒng)中選用風(fēng)機時要權(quán)衡綜合考慮。

二、常使用曝氣風(fēng)機的類型和工作原理

上文已經(jīng)介紹了羅茨風(fēng)機和單級高速離心風(fēng)機(單級高速離心齒輪增速式鼓風(fēng)機)，而單級高速離心齒輪增速式鼓風(fēng)機結(jié)構(gòu)，工作原理與離心式壓縮機一樣，只是有一個葉輪，輸出壓力1.9bar上下，最大只能做到2.7bar，這里不再作介紹。下面主要介紹近幾年在污水處理系統(tǒng)快速發(fā)展起來的空氣懸浮鼓風(fēng)機和空氣磁懸浮鼓風(fēng)機。

1. 空氣懸浮鼓風(fēng)機

空氣懸浮鼓風(fēng)機是空氣在鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)下，會在轉(zhuǎn)子與箔片軸承表面之間產(chǎn)生動壓效應(yīng)，形成一個高壓氣膜而將轉(zhuǎn)子托浮起來的一種鼓風(fēng)機。

(1)空氣懸浮鼓風(fēng)機的結(jié)構(gòu)和工作原理

空氣懸浮鼓風(fēng)機主要包括葉輪、空氣懸浮軸承、變頻器、高速永磁電機及其結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)。電機主軸與風(fēng)機葉輪同軸，高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)由空氣懸浮軸承直接支撐。其主要核心技術(shù)是空氣懸浮軸承技術(shù)、高速永磁同步電動機及其控制技術(shù)。空氣懸架軸承以空氣為工作介質(zhì)，以彈性平坦箔片為支撐面，以彈性波浪箔片為支撐構(gòu)件。

葉輪轉(zhuǎn)子與軸承接觸，但當(dāng)轉(zhuǎn)子進入高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時，由于空氣的粘性和楔塊的作用，平面間會產(chǎn)生動壓效應(yīng)。在箔片和轉(zhuǎn)子表面，使扁平箔和波紋箔發(fā)生彈性變形，將扁平箔推開，然后使轉(zhuǎn)子處于懸浮狀態(tài)。不均勻的圓周氣壓使箔片軸承具有承受載荷的能力。或者更簡單地說，在轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)期間，在轉(zhuǎn)子和箔片之間形成高壓氣膜，從而提升轉(zhuǎn)子。

由上可知，盡管在空氣懸浮鼓風(fēng)機正常運行之后，葉輪轉(zhuǎn)子沒有摩擦，但這并不意味著設(shè)備在整個過程中完全沒有摩擦。在箔軸承的啟動和停止階段，當(dāng)速度低于臨界速度時，動壓效應(yīng)不足以固定轉(zhuǎn)子。此時，軸承的內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子之間仍將存在接觸摩擦。這段時間很短，但是仍然有平的箔紙。薄膜的磨損問題會縮短使用壽命，因此，在使用空氣懸架鼓風(fēng)機時，必須盡量減少頻繁的啟停操作。同時，為了提高動壓軸承的使用壽命，還必須在軸承表面涂上高質(zhì)量的潤滑涂層。

(2)空氣懸浮離心風(fēng)機技術(shù)特點

1)節(jié)能高效

采用懸浮軸承，無接觸損失和機械損失，實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)速無極變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，使得風(fēng)機運行效率可高達95%左右。

2)噪音低，體積小，安裝方便

所有部件(高速電動機、變頻器、懸浮式軸承)集成安裝在普通底座上，無需特殊固定基礎(chǔ)，設(shè)備體積小、重量輕、安裝操作方便，運行時低噪聲和無振動，噪聲等級<80dB。

3)系統(tǒng)集成性高

鼓風(fēng)機本身已集成了就地控制和變頻系統(tǒng)于一體，不需要單獨設(shè)立變頻柜及操作柜。通過風(fēng)機自身的控制面板就可以實現(xiàn)各種功能的設(shè)定和對流體溫度、電機轉(zhuǎn)數(shù)、出風(fēng)壓力、風(fēng)量、消耗功率等進行參數(shù)的查詢，高效過濾器、冷卻系統(tǒng)、全自動防喘震系統(tǒng)、停電和故障保護系統(tǒng)等都集中安裝于風(fēng)機機柜內(nèi)部，為操作工人帶來方便及減少操作事故的發(fā)生。

4)使用簡單、維護簡便、費用低，壽命長

鼓風(fēng)機電機與葉輪直聯(lián)，無齒輪增速裝置，無任何機械接觸，無需潤滑油系統(tǒng)，沒有磨損及能量損耗，維護費用低，動力傳遞效率達到95%以上。葉輪選用高強度航空鋁材、Ti 材質(zhì)，具有優(yōu)秀的耐磨、抗變形能力，使用壽命達30年以上。采用變頻器調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量，比節(jié)流閥節(jié)能，且風(fēng)量調(diào)節(jié)范圍廣泛，一般為50%～100%。

5)冷卻效率高

冷卻系統(tǒng)采用風(fēng)冷和水冷結(jié)合的方式，能夠有效保護電機，可實現(xiàn)風(fēng)機的隨時啟停。

6)遠程控制

采用了PLC+GPRS。不但可由中心控制室控制，若風(fēng)機出現(xiàn)故障，還可以實施遠程維修調(diào)試。

(3)空氣懸浮風(fēng)機的優(yōu)缺點