DQZHAN技術(shù)訊：關(guān)于水處理風機 你不得不知的那些事
水處理風機，即水處理鼓風機，是指在活性污泥法、生物接觸氧化法等水處理工藝中，利用具有合適風量和壓力的曝氣鼓風機，向污水中不間斷強制加入空氣，使池內(nèi)水體與空氣接觸充氧，并攪動液體，加速空氣中的氧氣向液體中的轉(zhuǎn)移，防止池內(nèi)懸浮體下沉，加強池內(nèi)有機物與微生物及溶解氧的接觸，對污水中有機物進行氧化分解，這種通過葉輪旋轉(zhuǎn)，克服水壓，將機械能轉(zhuǎn)化為氣體壓力能和動能，讓空氣從曝氣頭噴薄而出的設備就是水處理鼓風機。
一、水處理風機的分類
水處理風機基本上有以下兩大類：
1、容積式鼓風機：回轉(zhuǎn)式風機，羅茨式風機
回轉(zhuǎn)式風機
回轉(zhuǎn)式風機設計轉(zhuǎn)子在缸體內(nèi)偏心旋轉(zhuǎn)，油潤滑，低轉(zhuǎn)速，,風量范圍：每分鐘0.31立方米至每分鐘5.41立方米，壓力范圍：9.8千帕至49千帕的變?nèi)輭嚎s的低噪音鼓風機稱之為回轉(zhuǎn)式風機。具有體積小、風量大、噪聲低、耗能省；附有空氣室，散氣平穩(wěn)安裝方便、抗負荷變化，風量穩(wěn)定等特點。
羅茨式風機
羅茨風機屬于回轉(zhuǎn)式鼓風機的一種，利用兩份葉形轉(zhuǎn)子或三個葉形轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)做相對運動來輸送氣體。
羅茨風機結(jié)構(gòu)簡單運行平穩(wěn)、可靠、機械功率高，便于維護和保養(yǎng)；當壓力在一定范圍內(nèi)變化時，轉(zhuǎn)速不變，則流量為一常數(shù)；運行時適應性強，在流量要求穩(wěn)定而阻力變化幅度較大時，可以自動調(diào)節(jié)。其大的特點是使用時當壓力在允許范圍內(nèi)加以調(diào)節(jié)時流量之變動甚微，壓力選擇范圍很寬，功率隨著壓力的增高而增加。具有強制輸氣的特點。輸送時介質(zhì)不含油。使用壽命長、整機振動小。但噪聲大，存在潤滑油向氣缸滲漏的缺點。
2、離心式鼓風機：旋渦式風機，多級離心式風機，單級高速離心式風機，水環(huán)式風機、磁懸浮風機。
旋渦式風機
屬于高壓風機的一種，也叫環(huán)形風機，葉輪上有數(shù)十片葉片組成，它類似龐大的氣輪機葉輪，當旋渦氣泵的葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉輪葉片中間的空氣受到離心力的作用，朝著葉輪的邊緣運動，在那里空氣進入泵體的環(huán)形空腔，然后又返回葉輪，重新從葉片的起點以同樣的方式又進行循環(huán)運動，由于空氣被均勻的加速，葉輪旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的循環(huán)氣流使空氣以螺旋線的形式竄出，所以空漩渦風機的葉輪由數(shù)十片葉片組成，它類似龐大的氣輪機的葉輪。
多級離心式風機
離心鼓風機又稱透平鼓風機，氣體在旋轉(zhuǎn)的葉輪作用下，獲得壓力和留宿的增大，可以四線連續(xù)送風。
其工作原理為當電機轉(zhuǎn)動從而帶動風機葉輪旋轉(zhuǎn)，氣體在離心力的作用下甩出并改變流向，動能轉(zhuǎn)換為靜壓能，從排氣口排出氣體，同時在葉輪間形成一定負壓，使外界氣體在大氣壓的作用下補入，達到連續(xù)鼓風的目的。
離心鼓風機根據(jù)葉輪數(shù)量分為多級離心鼓風機和單級離心鼓風機。多級低速離心鼓風機正常是指轉(zhuǎn)子在2只或2只以上的葉輪串聯(lián)在同一根主軸上，至多可有8級風葉，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為3000~3600r/min的離心式鼓風機。
與羅茨鼓風機相比，低速多級離心鼓風機具有噪聲較低、風機運行平穩(wěn)可靠、效率較高等有點，但仍存在體積大、質(zhì)量重、流量調(diào)節(jié)性能差、效率偏低、耗能大等弊端。
單級高速離心式風機
單機高速離心鼓風機是從20世紀90年代開始，隨著“三元流動理論”在離心式壓縮機和鼓風機設計上的應用而發(fā)展起來。單級離心鼓風機采用齒輪增速箱增速，在齒輪增速箱內(nèi)用機油潤滑和冷卻。
單級高速離心鼓風機采用了三元流動理論進行設計，使其更加符合流體流動規(guī)律，其葉輪效率較采用二元葉輪的多級低速離心鼓風機有很大的提高，而且是結(jié)構(gòu)，流到短、損失較小，使其效率較多級低速離心鼓風機提高10%~15%，可高達82%。
在結(jié)構(gòu)上采用了軸向進氣導葉調(diào)節(jié)裝置，在壓力恒定時，流量調(diào)節(jié)為額定流量的65%~105%，使其在低負荷條件下也可以達到較高的運行效率；采用自動化監(jiān)控系統(tǒng)，自動化程度高；采用組裝式整體結(jié)構(gòu)，與同流量和壓力的多級離心式鼓風機相比，節(jié)約耗能，重量一般減少70%，占地面積約小50%；同時三元流動葉輪比普通二元流動葉輪直徑要小30%~40%，故其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量較小，機組的啟動和停車時間短，無需高位油箱和蓄能器。
由于單級高速離心鼓風機具有重量輕、體積小、節(jié)約能源、性能調(diào)節(jié)范圍廣泛、效率高和自動化水平高等優(yōu)點，早已在國外得到廣泛應用，是目前污水處理行業(yè)的主流產(chǎn)品。
水環(huán)式風機
從水環(huán)式風機工作原理看，風機風葉偏心地安裝在機體內(nèi)，起動時向風內(nèi)注入≥0.1Mpa壓力的水，當風葉旋轉(zhuǎn)時，水受離心力的作用，在機體內(nèi)壁形成一旋轉(zhuǎn)水環(huán)，水環(huán)上部表面與輪轂相切沿箭頭方向旋轉(zhuǎn)，在前半轉(zhuǎn)過程中，水環(huán)內(nèi)表面逐漸與輪轂脫離，風葉葉片間與水形形成封閉空間。隨著風葉旋轉(zhuǎn)逐漸擴大，空間氣體壓力降低，氣體被吸入空間。在后半轉(zhuǎn)過程中，水環(huán)內(nèi)表面逐漸與輪轂靠近，葉片間的距離逐漸縮小，空間氣體壓力升高，高于排氣口壓力時，葉片間的氣體被排出。因此，風葉每轉(zhuǎn)動一周，葉片間的空間吸排氣一次，許多空間不停地工作鼓風機就連續(xù)不斷地抽吸或壓送氣體。
由于在工作過程中做功產(chǎn)生熱量，會使工作水環(huán)發(fā)熱，同時一部分水和氣體一起排出，因此，在工作過程中，應給鼓風機不停地供水，以冷卻和補充機內(nèi)消耗的水，滿足鼓風機工作要求。整機用水做工作液、冷卻液無油污染。
氣懸浮風機
空氣懸浮離心鼓風機是一種全新概念的離心鼓風機，借鑒航空、航天器的渦輪發(fā)動機，應用先進的空氣懸浮技術(shù)，采用了“高速直聯(lián)電機”和“空氣懸浮軸承”這兩個**核心技術(shù)，改善了傳統(tǒng)單級高速渦輪鼓風機的轉(zhuǎn)速齒輪、聯(lián)軸器、冷卻系統(tǒng)和油潤滑系統(tǒng)等，大大提高了產(chǎn)品的技術(shù)性能及運行可靠性。避免了噪音、振動以及廢棄潤滑油等對環(huán)境造成的二次污染，大大減少了設備維護工作量，節(jié)約了設備維護成本。
空氣懸浮單級離心鼓風機采用SVS鈦合金材料，葉輪抗變形能力強，選擇佳效率角度設計，效率高達88%；采用BLDCM永磁無刷超高速電機，是隨著永磁材料技術(shù)、半導體技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型電機，更加高效節(jié)能；采用變頻調(diào)節(jié)方式，使懸浮離心鼓風機的可調(diào)范圍更寬；采用空氣自冷卻技術(shù)，可確保鼓風機在炎熱的夏季仍保持可靠的工作性能；由于采用高速直聯(lián)電機、空氣懸浮軸承及三維模擬渦輪葉輪，大大減少了因為機械傳動和機械摩擦而產(chǎn)生的能源消耗，故效率極高；空氣懸浮軸承較磁懸浮軸承壽命更長，更換價格也相對低廉；啟停不依賴于電源，運行較磁懸浮離心鼓風機更加穩(wěn)定可靠；與羅茨風機相比可節(jié)能25%～35%，與傳統(tǒng)多級離心鼓風機相比可節(jié)能15%～20%，與傳統(tǒng)單級高速離心鼓風機相比可節(jié)能10%～15%。風量范圍為35～160m3/min，大出口風壓達1bar。
磁懸浮風機
磁懸浮離心風機是通過電磁或空氣的作用，使轉(zhuǎn)動軸形成懸浮狀態(tài)，摩擦阻力小，效率高，也可以通過進口導葉調(diào)整風量。懸浮離心風機由于摩擦力小，風機效率會更高。磁懸浮風機葉輪也為單級高速類型，性能曲線與單級高速離心風機類似。高速電機直接驅(qū)動三元流葉輪，省卻了齒輪箱，徹底消除機械傳動損失，實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速，大大提高效率。
工作范圍：調(diào)節(jié)幅度大，智能化直流調(diào)速系統(tǒng)改變軸的轉(zhuǎn)速改變風量，可實時監(jiān)控風機運行狀態(tài)，根據(jù)工況需求調(diào)整轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)風量、風壓的智能調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)恒風量、恒壓力、恒轉(zhuǎn)速等多種模式調(diào)節(jié)。
磁懸浮鼓風機，是目前綜合性能效率高的污水曝氣風機。
二、幾種風機性能比較
不同的曝氣風機有著不同的適用范圍，羅茨風機、多級離心風機和單級高速離心風機各自的流量范圍也有較大的差異，羅茨風機在小流量范圍，多級離心中流量范圍，單級高速離心風機在高流量范圍。羅茨風機：1~100m3/min;多級離心風機：20~400m3/min;單級高速離心風機：40~1000m3/min。
三種風機的流量與功率的比較見下圖。
從上圖中可知，在風機的效率方面單級高速離心風機高，多級離心風機其次，羅茨風機低。同樣的供風量，羅茨風機能耗高，單級高速離心風機能耗低。
從設備采購成本看，羅茨風機成本低，多級離心風機居中，單級高速離心風機高。綜合考慮能耗、設備采購及運行維護費用等因素，三種風機的流量與單位綜合成本比較見下圖。
其中，羅茨風機由于能耗較高，單位流量綜合成本高于多級離心和單級高速離心風機。在100m3/min以上的流量時，由于單級高速離心風機具有更高的運行效率，綜合成本優(yōu)于多級離心風機。
在小流量范圍內(nèi)羅茨鼓風機具有價格優(yōu)勢，在中流量范圍內(nèi)，多級離心風機性價比較好，高流量時，單級高速離心風機綜合成本低。在實際選型中還要考慮流量調(diào)節(jié)的需求、安裝條件以及運行維護方便性等因素。
磁(空氣)懸浮風機相對于其他三種鼓風機，效率更高，更節(jié)能，而且噪音很低，但是成本高，維護復雜，目前應用于現(xiàn)場環(huán)境標準要求高，舍得花成本的企業(yè)。一般的污水處理廠承擔不起，隨著磁(空氣)懸浮風機的國產(chǎn)化，以后成本會越來越親和。
三、水處理風機選型注意事項
1水處理風機的適用性
污水處理系統(tǒng)在新啟用時系統(tǒng)壓力基本上在設計范圍內(nèi)，隨著使用時間的延長，由于曝氣孔的堵塞，閥門管道等的銹蝕等因素從而使整個系統(tǒng)阻力增加。這一點上容積式鼓風機顯然優(yōu)于離心式風機，因為容積式鼓風機的流量是硬特性，當外界系統(tǒng)阻力增加時，其出口壓力也隨著增加，從而在流量幾乎不變的情況下將氣體排出（在風機強度及電機功率滿足的情況下）；由于離心式風機壓力是硬特性，風量隨阻力的增加而減少，當阻力增加到一定壓力時將無法曝氣。
2水處理風機需要節(jié)能
整個污水處理工程中水處理風機所消耗的能量占了整個系統(tǒng)所消耗能量的一半以上，因而風機的選型顯得特別重要。
3水處理風機需要噪音低
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，因此在水處理風機時，對水處理風機的噪聲必須認真考慮。
4按實際情況計算參數(shù)
在污水廠鼓風機選型時，風機廠家產(chǎn)品樣本上給出的均是標準進氣狀態(tài)下的性能參數(shù)，然而風機在實際使用中并非標準狀態(tài)，當鼓風機的環(huán)境工況如溫度、大氣壓力以及海拔高度等不同時，風機的性能也將發(fā)生變化，設計選型時就不能直接使用產(chǎn)品樣本上的性能參數(shù)，而需要根據(jù)實際使用狀態(tài)將風機的性能要求，換算成標準進氣狀態(tài)下的風機參數(shù)來選型。
5出口壓力影響因素的分析
容積式鼓風機排氣壓力的高低并不取決于風機本身，而是氣體由鼓風機排出后裝置的情況，即所謂“背壓”決定的，曝氣鼓風機具有強制輸氣的特點。
鼓風機銘牌上標出的排氣壓力是風機的額定排氣壓力。實際上，鼓風機可以在低于額定排氣壓力的任意壓力下工作，而且只要強度和排氣溫度允許，也可以超過額定排氣壓力工作。
對于污水處理廠而言，排氣系統(tǒng)所產(chǎn)生的壓力(背壓)為管路系統(tǒng)的壓力損失值、曝氣池水深和環(huán)境大氣壓力之和。若由于某種原因，如曝氣頭或管路堵塞，使管路系統(tǒng)的壓力損失增加，背壓也會升高，于是鼓風機的壓力也就相應升高;又若曝氣頭破裂或管路泄漏等原因，管路系統(tǒng)的壓力損失則會減少，背壓便不斷降低，鼓風機的壓力也隨之降低。
綜上所述，確定曝氣鼓風機壓力時，只需要鼓風機在標準狀態(tài)下所能達到的壓力等于使用狀態(tài)下的大氣壓力、曝氣池水深和管路損失之和。
6風機空氣流量因素
在計算污水處理的需氧量時，其結(jié)果為標準狀態(tài)下所需氧的質(zhì)量流量qm(kg/min)，再將其換算成標準狀態(tài)下所需空氣的容積流量qv1(m3/min)，如果鼓風機的使用狀態(tài)不是標準狀態(tài)，例如在高原地區(qū)使用，則空氣密度、含濕量會發(fā)生變化，鼓風機所供應的空氣容積流量與標準狀態(tài)是相同的，而所供空氣的質(zhì)量流量將減少，有可能導致供氧量不足。
因此，必須計算出能供應相同質(zhì)量流量的容積流量，即換算流量qv2。在高原地區(qū)使用時，環(huán)境大氣壓力也會發(fā)生變化，壓力比相應升高，那么，羅茨鼓風機的泄漏流量qvb則會增大，這將導致鼓風機所供應的空氣容積流量減少，也可能造成供氧量不足。
因此，設計時必須考慮使用條件發(fā)生變化時各種因素的影響，以保證風機所供應的實際空氣流量能夠滿足使用要求，并需計算出換算流量qv2和泄漏流量qvb2。
7注意冬季和夏季的區(qū)別
鼓風機選型應關(guān)注鼓風機供氣流量的變化規(guī)律對于同一臺鼓風機，在冬季和夏季，其容積流量是不會發(fā)生變化的，但因空氣密度的不同質(zhì)量流量會發(fā)生變化，也就是說供氧量會有所不同。
鼓風機在標準狀態(tài)與使用狀態(tài)下的容積流量是不變的，但因為空氣密度(ρ)、含濕量(ds)等發(fā)生了變化，導致鼓風機輸送至曝氣池的供氧量(FOR)在冬季溫度降低時增加、夏季溫度升高時降低。例如，某一污水處理廠，選用上述計算例題中的羅茨鼓風機，根據(jù)環(huán)境溫度變化，計算出鼓風機的實際供氧量(FOR)，其一年的變化規(guī)律在實際運行過程中，由于進水量、水質(zhì)、水溫等參數(shù)的變化，系統(tǒng)需氧量(SOR)也會發(fā)生變化在夏季，水溫較高，曝氣池需氧量(SOR)增大，但鼓風機的供氧量(FOR)在減少，這是設計時考慮需氧量的不利工況點，此時，供氧量、需氧量基本相當;在冬季，水溫降低，曝氣池需氧量(SOR)減少，但鼓風機的供氧量(FOR)增大，此時，供氧量較需氧量大出許多。這是由于冬季氣溫降低，空氣密度增加，那么風機所供給的干空氣的質(zhì)量流量較標準狀態(tài)大幅度增加，從而引起供氧量增加，從運行的實際測量情況來看，每年冬季曝氣池的溶解氧較夏季會高出1～3mg/L。
因此，在生產(chǎn)運行過程中，需要針對這種變化對設備進行及時的調(diào)整，使鼓風機的充氧能力與實際運行中的需氧量相適應。對于羅茨鼓風機來說，使用變頻器，通過改變風機轉(zhuǎn)速來調(diào)整供風量是很經(jīng)濟實用的。結(jié)論：同一臺鼓風機在不同的使用條件下，其性能的變化非常大，所以必須通過嚴謹?shù)挠嬎氵M行選型，否則有可能導致生化系統(tǒng)的供氧不足；另外，在冬季和夏季由于空氣密度發(fā)生了變化，鼓風機所供應氧氣的質(zhì)量流量變化很大，冬季供氧量大大超過了需氧量，所以，應采取變頻調(diào)速等措施使生化系統(tǒng)的溶解氧濃度保持穩(wěn)定。
四、如何有效降低風機產(chǎn)生的噪音
污水處理廠中的鼓風機房是噪音產(chǎn)生的重災區(qū)，如果不能有效的隔離降低鼓風機產(chǎn)生的噪音，會使廠區(qū)很多區(qū)域遭受噪音污染，如果鼓風機房離職工休息室、控制室太近，也會影響正常員工的工作與休息。本文介紹一下如何有效的降低鼓風機噪音的影響。
1采用吸聲材料裝飾
污水處理廠的鼓風機房內(nèi)墻及頂棚好采用吸聲材料裝飾，吸掉一部分直接傳在墻壁上的聲能，同時防止反射音的來回混響音，吸聲材料的選擇見前面的敘述。還可在不妨礙天車等機械裝置運行情況下，懸掛一些噪聲吸聲體，進一步吸收直達音和反射音，常用的吸聲體有平板形、球形、圓錐形、圓柱形等。其表面粘有吸聲材料，懸掛位置盡可能靠近聲源，并注意不影響采光、照明、檢修和巡視等。此法簡單、宜行，價格便宜。
2加消聲器
在風機的進氣口或進出氣口同時加消聲器。消聲器是一種阻止聲音傳播而允許氣流通過的裝置，可以大大減弱進出口輻射出來的噪聲。因此，裝設消聲器是控制治理風機噪聲的主要措施之一。
3單臺隔離
風機在進出口風管加設了消聲器后，其鼓風機殼體的輻射噪聲仍對周圍環(huán)境有較大干擾，在條件允許的情況下，可對每臺風機采取隔聲措施，設置隔聲罩(造價高)，把周邊噪聲降到75dB以下。
4防止振動噪聲
一種是喘振引起的噪聲。
電風機的進、出空氣量不平衡，和空氣自身的溫度、濕度增高，導致空氣的粘滯系數(shù)增大，所引起的喘振。喘振是風機運行中不太容易防止的事故。其誘發(fā)原因是氣溫過高，空氣濕度過大，或負荷過大等都能引發(fā)喘振。
其現(xiàn)象是風機出口壓力突然大幅下降，而管網(wǎng)中壓力并不馬上減低，或是風機負荷加大，管網(wǎng)中阻力加大，都能導致管網(wǎng)中的氣體壓力大于風機出口處的壓力，管網(wǎng)中的氣體瞬間倒流向風機，直到管網(wǎng)中壓力下降于低于鼓風機出口壓力才停止。接著鼓風機又開始向管網(wǎng)供氣，將倒流的氣體壓回去，這又使風機內(nèi)空氣流量減少，壓力再次突然下降，管網(wǎng)中的氣體重新倒流至風機內(nèi)，如此周而復始，在整個系統(tǒng)中產(chǎn)生周期性的低頻高振幅的壓力脈動及氣流振蕩現(xiàn)象，并發(fā)出低沉、響聲很大的噪聲，風機產(chǎn)生劇烈振動，以至無法工作被迫停機。
防止喘振的方法有手動和自動兩種，都是在風機的出風口設置一旁通管。在啟動風機時就要先打開，當啟動完成時逐漸關(guān)閉。當出現(xiàn)喘振的先兆時，自動放氣閥會根據(jù)事先設定的程序，自動打開放氣，造成風機進口流量增加，羅茨鼓風機工況點可由喘振區(qū)移至穩(wěn)定區(qū)工作。從而逐漸增大出口壓力，使壓縮空氣逐漸送入管網(wǎng)。在保證出口壓力大于管網(wǎng)壓力的情況下，該放氣閥門逐漸關(guān)閉或停留在一個合適的位置上。手動操作閥門需按照自動閥門的程序由熟知詳情的工人操作。
**種是風機自身振動產(chǎn)生的低頻噪聲。
減輕風機自身振動是控制治理低頻噪聲的治本辦法，一般從制造風機的外殼材料入手，宜選用鑄鐵，以增加自重和外殼厚度減小自振；在風機的進、出風管接頭處設置柔性波紋管減振接頭，降低風機振動傳遞到空氣管道上產(chǎn)生的輻射噪聲；中小型風機一般都在基座上加設減振器，效果明顯。
