剖析懸浮高速離心風(fēng)機(jī)在污水處理中的應(yīng)用

趙迎春

(康達(dá)環(huán)保水務(wù)有限公司，河南 焦作454000）

目前，我國污水處理廠的能耗主要是電耗，約占污水處理成本的60%～75%。電耗主要用于污水、污泥的提升，生物處理的供氧，以及深度處理這幾個工藝過程。選擇高效節(jié)能的風(fēng)機(jī)對污水處理廠的節(jié)能降耗和運行管理具有重要意義。

污水處理廠常采用的鼓風(fēng)機(jī)機(jī)型主要有羅茨風(fēng)機(jī)、傳統(tǒng)單級（多級）離心風(fēng)機(jī)和近年來出現(xiàn)的磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)、空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)等。其中，空氣懸浮高速離心風(fēng)機(jī)由軸回轉(zhuǎn)時形成的壓力在軸周圍產(chǎn)生的空氣使軸浮揚，運轉(zhuǎn)時回轉(zhuǎn)軸和軸承之間沒有物理接觸點，不存在潤滑油及水冷卻等附加裝置，噪音小、振動弱，并可通過頻率調(diào)整達(dá)到節(jié)省能源的高速旋轉(zhuǎn)，適宜應(yīng)用在污水處理領(lǐng)域。某工業(yè)園區(qū)污水處理廠提標(biāo)擴(kuò)建中采用懸浮高速離心風(fēng)機(jī)替代現(xiàn)有多級離心風(fēng)機(jī)。

1.項目概況

工業(yè)園區(qū)污水處理廠設(shè)計規(guī)模5.0萬m3/d，2009年12月一期投入運行，一期規(guī)模2.5萬m3/d,主要收集生物制藥、電廠和機(jī)械等各企業(yè)的工業(yè)廢水和少量的生活污水，服務(wù)面積約15 km2。該廠采用以水解（酸化）+改良A/A/O工藝+加藥絮凝為主體的處理工藝，出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級B標(biāo)準(zhǔn)。2014年初該項目啟動提標(biāo)擴(kuò)建工程，2015年工程完成，污水處理總規(guī)模5.0萬m3/d，出水達(dá)到 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)。提標(biāo)擴(kuò)建后采用以水解（酸化）沉淀池+A/O曝氣池+高效沉淀池+精密過濾+兩級臭氧催化氧化EM（電磁反應(yīng)）為主體的處理工藝，如圖1所示。

圖1 廢水處理工藝流程

2.離心、空氣懸浮風(fēng)機(jī)性能效果分析

該廠生物處理部分的電耗大約占全廠用電的40%～50%，臭氧電耗占30%、泵類電耗占15%，污泥處理、廠區(qū)照明及辦公用電占5%。因此，節(jié)能的重點應(yīng)控制在生物曝氣等部分。

2.1 多級離心風(fēng)機(jī)運行時存在的問題

生化系統(tǒng)原鼓風(fēng)機(jī)房有多級離心風(fēng)機(jī)3臺,2用1備，單臺風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q=70 m3/min、H=7000 mmH2O、N=110 kW,由于多級離心風(fēng)機(jī)噪音大，且沒有變頻控制，風(fēng)機(jī)流量調(diào)節(jié)一般采用入口蝶閥手動調(diào)節(jié),在不需要較高溶解氧的情況下，有效利用率僅66%。風(fēng)機(jī)運行過程中對環(huán)境溫度較為敏感，運行時需要大量冷卻水對設(shè)備進(jìn)行冷卻（夏季外界氣溫超過30℃），高溫運行引發(fā)風(fēng)機(jī)頻繁喘振，影響生物池曝氣效果。該風(fēng)機(jī)維修工作量大，冷卻時需消耗水資源，鼓風(fēng)機(jī)房內(nèi)噪聲大，達(dá)110 dB以上。

2.2 空氣懸浮風(fēng)機(jī)的性能分析

（1）目前使用的多級離心風(fēng)機(jī)根據(jù)動能轉(zhuǎn)換為勢能的原理,利用旋轉(zhuǎn)的葉輪將氣體加速,然后減速、改變流向，使動能轉(zhuǎn)換成勢能，葉輪轉(zhuǎn)速較低，約2984 rpm。而空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)，葉輪轉(zhuǎn)速可達(dá)20000～60000 rpm。由于轉(zhuǎn)速較高，空氣懸浮風(fēng)機(jī)能達(dá)到節(jié)能效果。

（2）多級離心風(fēng)機(jī)采用滑動軸承，與其配套的主電機(jī)采用滾動軸承，運行時由于摩擦而產(chǎn)生能耗?？諝鈶腋‰x心風(fēng)機(jī)沒有這樣的摩擦損失，不用更換設(shè)備配件，免檢修又節(jié)能。

（3）多級離心風(fēng)機(jī)采用普通感應(yīng)電機(jī)，運行效率一般。而空氣懸浮離心風(fēng)機(jī)采用永磁電機(jī)，效率高，實現(xiàn)節(jié)能。

（4）多級離心風(fēng)機(jī)采用調(diào)節(jié)進(jìn)氣蝶閥開度調(diào)整風(fēng)量，而空氣懸浮風(fēng)機(jī)采用變頻功能準(zhǔn)確調(diào)整風(fēng)量，可達(dá)到節(jié)能的效果。

2.3 改造方案確定

為提高曝氣效率，降低能耗，決定采用空氣懸浮離心風(fēng)替代現(xiàn)有的多級離心風(fēng)機(jī)?？諝鈶腋‰x心風(fēng)機(jī)在原有鼓風(fēng)機(jī)房進(jìn)行改造，并且在不影響現(xiàn)有生物系統(tǒng)正常運行條件下，取消現(xiàn)有備用風(fēng)機(jī)，安裝3臺空氣懸浮離心風(fēng)機(jī)，2用1備，單臺風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q=120 m3/min、P=70 kPa、N=162 kW，根據(jù)每天實際進(jìn)水水量及水質(zhì)每天運行2臺，節(jié)約冷卻水，鼓風(fēng)機(jī)房噪聲由原來的110 dB降低到75 dB，具體配置如表1所示。

表1 污水廠風(fēng)機(jī)改造前后配置情況

2.4 改造方案實施

為了降低土建成本，擬將空氣懸浮離心風(fēng)機(jī)安裝在原鼓風(fēng)機(jī)房，拆除2臺原多級離心風(fēng)機(jī)用以安裝2臺新空氣懸浮風(fēng)機(jī)，并在原離心風(fēng)機(jī)空隙間安裝1臺新空氣懸浮風(fēng)機(jī)。送風(fēng)管路和現(xiàn)有系統(tǒng)并聯(lián)，并保留1臺現(xiàn)有風(fēng)機(jī)作為備用，改造工程投資詳見表2。

表2 節(jié)能改造工程投資

3.年運行電耗測算

目前，污水廠日均處理污水量50000 m3/d，處理負(fù)荷率為98%。本次風(fēng)機(jī)運行風(fēng)量按風(fēng)機(jī)設(shè)計負(fù)荷的56%進(jìn)行估算，風(fēng)量穩(wěn)定在67 m3/min，2016年10月份統(tǒng)計多級離心風(fēng)機(jī)運行電流平均為176 A,懸浮高速離心風(fēng)機(jī)165 A左右（見圖2）。

圖2 曝氣量與風(fēng)機(jī)電流關(guān)系曲線

多級離心風(fēng)機(jī)運行電耗測算：

110 kW×2臺×負(fù)荷95%×24 h×365d×0.6296元/kWh≈115.26（萬元）

懸浮高速離心風(fēng)機(jī)運行電耗測算：

（工況點功率）93 kW×2臺×負(fù)荷73%×24 h×365 d×0.6296元/kWh≈74.88（萬元）

兩臺年節(jié)約電費：

115.26 -74.88=40.38（萬元）

4.經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益分析

（1）高效節(jié)能。風(fēng)機(jī)改造后，懸浮高速離心風(fēng)機(jī)在同等風(fēng)量情況下，其輸出電流較目前所用多級離心風(fēng)機(jī)電量下降35%，兩臺風(fēng)機(jī)年節(jié)約電費40.38萬元。

（2）無油冷卻系統(tǒng)。懸浮高速離心風(fēng)機(jī)軸回轉(zhuǎn)時形成的壓力在軸周圍產(chǎn)生的空氣使軸浮揚，運轉(zhuǎn)時回轉(zhuǎn)軸和軸承之間沒有物理接觸點，不存在潤滑油及水冷卻等附加裝置，保養(yǎng)只需更換過濾棉，不需要使用潤滑油，大大降低了維護(hù)成本。

（3）降噪。懸浮高速離心鼓風(fēng)機(jī)標(biāo)配隔音罩和消音器，可有效將噪音降到75 dB。

（4）節(jié)省空間及輔助設(shè)施投資。懸浮高速離心鼓風(fēng)機(jī)體型?。ㄩL1.5 m，寬0.9 m，高2.7 m），占地面積小，可利用現(xiàn)有鼓風(fēng)機(jī)房進(jìn)行改造，節(jié)省了工程基礎(chǔ)設(shè)施投資。

（5）變頻自控一體化。懸浮高速離心鼓風(fēng)機(jī)本身集成了變頻器及16位CPU控制器，就地控制變頻系統(tǒng)，不需要單獨設(shè)立變頻柜及操作柜。風(fēng)機(jī)房設(shè)立的主控制盤通過電腦CPU可以自動連續(xù)調(diào)整生物池DO，實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動調(diào)節(jié)，簡單易學(xué)，操作方便、精準(zhǔn)。

（6）節(jié)水效果明顯。因每臺多級離心風(fēng)機(jī)運行時需要冷卻水，經(jīng)統(tǒng)計每天風(fēng)機(jī)冷卻水的消耗量為12 m3，年耗水量節(jié)省約4400 m3。

5.結(jié)論

懸浮高速離心鼓風(fēng)機(jī)克服了傳統(tǒng)用齒輪傳動風(fēng)機(jī)的缺點，無摩擦、無損耗，電費節(jié)約40萬元/年，僅電費一項節(jié)約的費用3年即可收回項目投資。該設(shè)備投運后可節(jié)約冷卻水、維修不需任何潤滑油，具有高效率、低能耗、低噪音、機(jī)型小巧、安裝方便、維護(hù)工作量少等優(yōu)點，適合污水處理廠生物系統(tǒng)。