目前，國(guó)內(nèi)二級(jí)生物處理污水處理廠大多采用鼓風(fēng)曝氣工藝，鼓風(fēng)機(jī)是該工藝的關(guān)鍵設(shè)備。鼓風(fēng)機(jī)的能耗有時(shí)約占污水處理廠總能耗的60%。因此，污水處理廠選擇哪種形式的風(fēng)機(jī)是一個(gè)非常重要的問題。風(fēng)機(jī)的正確選擇與投資規(guī)模和運(yùn)行管理成本密切相關(guān)，涉及投資是否合理和長(zhǎng)期效益。

風(fēng)機(jī)主要有羅茨風(fēng)機(jī)、多級(jí)離心風(fēng)機(jī)和單級(jí)離心風(fēng)機(jī)。近年來，出現(xiàn)了磁懸浮和氣懸浮風(fēng)機(jī)。以下僅對(duì)目前污水處理廠應(yīng)用廣泛的羅茨風(fēng)機(jī)、多級(jí)離心風(fēng)機(jī)和單級(jí)離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行比較。

1.各風(fēng)機(jī)的原理和基本特點(diǎn)。

1.羅茨風(fēng)機(jī)。

1.1羅茨風(fēng)機(jī)的工作原理。

由于轉(zhuǎn)子的不斷旋轉(zhuǎn)，抽出的氣體從進(jìn)氣口吸入轉(zhuǎn)子與泵殼之間的空間V0，然后通過排氣口排出。由于吸入后V0空間完全關(guān)閉，泵腔內(nèi)的氣體沒有壓縮和膨脹。但當(dāng)轉(zhuǎn)子頂部轉(zhuǎn)過排氣口邊緣，V0空間與排氣側(cè)相連時(shí)，由于排氣側(cè)氣體壓力高，部分氣體返回空間V0，突然增加氣體壓力。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣體排出泵。

1.2羅茨風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)。

①價(jià)格低廉，回轉(zhuǎn)機(jī)械簡(jiǎn)單，易于控制和維護(hù);

②壓力隨背壓變化;小流量高速風(fēng)機(jī)效率高;

③效率一般低于多級(jí)。單級(jí)離心風(fēng)機(jī);

④當(dāng)流量大于120m3/min時(shí)，占地面積大。

2.多級(jí)離心風(fēng)機(jī)。

2.1多級(jí)離心風(fēng)機(jī)的工作原理。

離心鼓風(fēng)機(jī)依靠旋轉(zhuǎn)葉輪對(duì)氣體的作用，將電機(jī)的機(jī)械能傳遞給液體。由于離心鼓風(fēng)機(jī)的作用，當(dāng)氣體從葉輪進(jìn)口流向出口時(shí)，速度能(動(dòng)能)和壓力能增加。葉輪排出的氣體通過壓力室，大部分速度可以轉(zhuǎn)化為壓力能，然后沿排出管道輸送。此時(shí)，葉輪進(jìn)口由于氣體排出而形成真空或低壓，氣體在大氣壓的作用下被壓入葉輪進(jìn)口，因此旋轉(zhuǎn)葉輪不斷吸入和排出氣體。

2.2多級(jí)離心風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)。

①低速機(jī)械，可靠性高，使用壽命長(zhǎng);

②購(gòu)買成本低;備件為標(biāo)準(zhǔn)件，成本低;不需要復(fù)雜的潤(rùn)滑系統(tǒng);

③易于采用全風(fēng)冷設(shè)計(jì)，無冷卻水相關(guān)故障及維護(hù)費(fèi)用;

④操作維護(hù)簡(jiǎn)單，操作維護(hù)人員不需要特殊培訓(xùn)(這對(duì)遠(yuǎn)離大都市的工廠非常重要);

⑤滿載效率高于羅茨風(fēng)機(jī)，略低于單級(jí)離心風(fēng)機(jī);

⑥電機(jī)功率小于400kW的型號(hào)可采用變頻調(diào)速和直連驅(qū)動(dòng)，可大大提高部分負(fù)載的工作效率。在大多數(shù)工況下，變頻調(diào)速多級(jí)離心機(jī)的效率將高于單級(jí)離心機(jī)。由于部分負(fù)載是污水處理廠的典型工況，多級(jí)離心風(fēng)機(jī)對(duì)中小型污水處理廠具有更好的性能、價(jià)格比和良好的長(zhǎng)短期效益;

⑦噪音低于羅茨風(fēng)機(jī)和單級(jí)離心風(fēng)機(jī);

⑧單機(jī)流量在100~400m3/min時(shí)具有良好的性能價(jià)格比。

3.單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)。

3.1單級(jí)離心風(fēng)機(jī)的工作原理。

基本原理與多級(jí)離心風(fēng)機(jī)相同。空氣從鼓風(fēng)機(jī)吸入管進(jìn)入進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)器。主驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過聯(lián)軸器與增速齒輪連接，增速齒輪驅(qū)動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)的三元半開式葉輪作用于氣體，然后通過擴(kuò)壓器、蝸室、排氣消聲器和擴(kuò)壓管排出。

3.2單級(jí)離心風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)。

①高速(一般超過2000r/min)，噪音高;

②滿載效率高，不能采用變頻調(diào)速，部分負(fù)載能耗高;

③大流量相對(duì)占地面積小;

④控制系統(tǒng)非常復(fù)雜;潤(rùn)滑系統(tǒng)非常復(fù)雜;維護(hù)復(fù)雜，大修必須由原廠支持;

⑤需要特殊訓(xùn)練的操作人員;

⑥設(shè)備投資大;單機(jī)流量大于300m3/min的性能價(jià)格比高。

二、三種風(fēng)機(jī)綜合對(duì)比。

目前國(guó)內(nèi)市政污水廠的風(fēng)機(jī)大多是進(jìn)口產(chǎn)品，以下比較是基于進(jìn)口風(fēng)機(jī)的參數(shù):

圖1三種風(fēng)機(jī)流量-功率曲線圖。

三種風(fēng)機(jī)的能耗對(duì)比如下：三種風(fēng)機(jī)流量-功率曲線圖(見圖1)。當(dāng)流量較小時(shí)，三種風(fēng)機(jī)的效率差異不是很明顯;對(duì)于大流量風(fēng)機(jī)，由于羅茨轉(zhuǎn)速無法提高，效率較低;另外兩種離心風(fēng)機(jī)差距較小。

圖2三種風(fēng)機(jī)流量-單位流量成本曲線圖。

三種風(fēng)機(jī)的投資成本對(duì)比如:三種風(fēng)機(jī)流量-單位流量成本曲線圖(見圖2)。從上面的曲線圖可以看出:

①小流量范圍：三種風(fēng)機(jī)的能耗差異很小，但羅茨鼓風(fēng)機(jī)成本低，性價(jià)比好。

②流量范圍：雖然多級(jí)離心風(fēng)機(jī)的成本略高于羅茨鼓風(fēng)機(jī)，但能耗低、效率高、性價(jià)比好。

③流量范圍大：?jiǎn)渭?jí)離心成本低，能耗低，性價(jià)比好。

圖3離心風(fēng)機(jī)流量調(diào)節(jié)-部分負(fù)載能耗。

離心風(fēng)機(jī)流量調(diào)節(jié)-部分負(fù)載功耗(見圖3)。從上面的曲線圖可以看出:

①部分負(fù)載:選擇風(fēng)扇時(shí)，流量和壓力會(huì)有一定的設(shè)計(jì)余量，尤其是流量，一般會(huì)有20%~30%的余量;同時(shí)，由于污水量和水質(zhì)的波動(dòng)，所需的風(fēng)量隨時(shí)都在變化。所以嚴(yán)格來說，風(fēng)扇總是部分負(fù)載，總是滿載，所以風(fēng)扇的流量必須調(diào)整。

②單離心風(fēng)機(jī)流量調(diào)節(jié)：必須采用進(jìn)出口葉片調(diào)節(jié)，但當(dāng)流量減少時(shí)，功耗不同比例降低(如圖3所示)，部分負(fù)載效率低，能耗高。

③多級(jí)離心風(fēng)機(jī)流量調(diào)節(jié):一般采用入口蝶閥手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)，但節(jié)能效果和單級(jí)一樣不理想。HIBON公司采用先進(jìn)的中小功率(≤400KW)多級(jí)離心風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)，與流量同步降低功耗，部分負(fù)載效率高。

3.風(fēng)機(jī)選型。

從以上比較可以看出，三種風(fēng)扇各有優(yōu)勢(shì)(這就是它們同時(shí)存在的原因)。不同規(guī)模的污水處理廠、不同的工藝、不同的投資目的、不同的使用條件可能會(huì)有不同的選擇。

①對(duì)于小型污水處理廠，最好選擇簡(jiǎn)單可靠的羅茨風(fēng)機(jī)。雖然效率較差，但由于價(jià)格較低，整體價(jià)格經(jīng)濟(jì)效益可能較好;

②對(duì)于中型污水處理廠，最好選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)用的多級(jí)離心機(jī)，尤其是變頻調(diào)速多級(jí)離心機(jī)，性價(jià)比高，長(zhǎng)期綜合經(jīng)濟(jì)效益好;

③單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)是大型污水處理廠的好選擇。