cA污水處理用表面曝氣機(jī)的節(jié)能效果與應(yīng)用分析

1、重點(diǎn) 行業(yè) COD減排 實(shí)用 技 術(shù)研討 會Practical Te chnol ogy Seminar of Reducing COD Di scharge In Ke y In dusties污水處理用表面曝氣機(jī)的節(jié)能效果與應(yīng)用分析張鑫珩， 王 穎， 吳天福（ 江蘇新天地環(huán)保工程裝備技術(shù)有限公司）摘 要： 本文介紹了一種具有自主產(chǎn)權(quán)的高效率、低能耗的表面曝氣機(jī)，通過實(shí)際應(yīng)用，與國內(nèi)外所 有倒傘曝氣機(jī)相比，其充氧動(dòng)力效率高出80%以上，能耗下降 30%左右，效果顯著。關(guān)鍵詞： 復(fù)合葉輪倒傘曝氣機(jī)； 節(jié)能降耗； 應(yīng)用效果1 引言環(huán)境科學(xué)是多學(xué)科綜合的邊緣科學(xué)， 污水處理工程技術(shù)幾乎涵蓋了化學(xué)、

2、 化工、 生物、 物理、 水力、流體、輸送等學(xué)科和機(jī)械、材料、電子、儀器儀表、自動(dòng)化控制、起重、建筑等領(lǐng)域。所 以，環(huán)境污染治理行業(yè)并非是一般的普通行業(yè)， 而是一個(gè)復(fù)合型高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)， 要將該行業(yè)做好 亦非易事。單就污水治理機(jī)械設(shè)備而言，至少要融會貫通機(jī)、電、流體、自動(dòng)化控制和給排水專 業(yè)技術(shù)。作為污水處理裝備技術(shù)人員也就必須成為集化學(xué)、生物和物理等專業(yè)科學(xué)知識于一體， 并了解污水治理工藝的復(fù)合型技術(shù)人才，集研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造能力于一身，并具有科技創(chuàng)新和發(fā) 明創(chuàng)造環(huán)保機(jī)械產(chǎn)品的主動(dòng)性。提出上述觀點(diǎn)的背景是我國的水污染治理技術(shù)裝備的自主創(chuàng)新和研究開發(fā)水平還比較低， 與 外國先進(jìn)水平還有較大的差距。

3、如果我們不正視這種現(xiàn)狀，不從科技開發(fā)和人才培養(yǎng)上下功夫， 盲目夸大自身實(shí)力、沾沾自喜，必將危及我國節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的順利進(jìn)行。我國環(huán)保產(chǎn)品制造業(yè)歷經(jīng)近 30 年的發(fā)展和壯大，已經(jīng)完成了從無到有的歷史使命。但以現(xiàn) 在的工藝水平來審視，所有污水處理設(shè)備，除了粗、大、笨、能耗高、使用壽命短、維修麻煩以 外，看不到技術(shù)含量較高的新產(chǎn)品， 在世界環(huán)保產(chǎn)品的充氧機(jī)械技術(shù)前沿， 充其量位居三流水平。因此，除了污水處理工程設(shè)施的投入外，維修費(fèi)用的逐年再投入、還有保證污水處理設(shè)備正 常運(yùn)行所必須的能耗費(fèi)用陸續(xù)不斷的投入， 造成了污水處理費(fèi)用虛高難降， 給政府和民眾加重了 用于污水處理的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。中華人民共和國

4、國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要提出了 “十一五”期間單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低 20%左右，主要污染物排放總量減少 10%的約束性指標(biāo)。同時(shí)，也提出了 提高節(jié)能環(huán)保市場準(zhǔn)入門檻、 控制高耗能行業(yè)的過快增長以及提高高耗能產(chǎn)品差別電價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的工時(shí)代的發(fā)展已經(jīng)到了世界性的節(jié)能減排階段， 而用于水污染處理等環(huán)保設(shè)備的節(jié)能降耗工作 更應(yīng)率先通過技術(shù)創(chuàng)新、應(yīng)用推廣來達(dá)到節(jié)能降耗的目的與效果。2 我國曝氣裝備的發(fā)展過程及發(fā)展現(xiàn)狀在水污染治理工程工藝中，無論是AO法、 A2/O 法，或是 SBR法及氧化溝法，從泵站提升到44張鑫珩等 : 污水處理用表面曝氣機(jī)的節(jié)能效果與應(yīng)用分析格柵攔污，從除砂到水解酸化之

5、攪拌，從曝氣充氧到推流循環(huán)，從污泥回流到排泥和污泥脫水， 最主要的能源消耗設(shè)備是各類水泵和曝氣設(shè)備， 其次是污泥脫水與攪拌推流設(shè)備。 這三個(gè)工藝段 的設(shè)備能耗， 約占污水處理廠設(shè)備總能耗 95%以上。 采用生物方法處理各種污水， 必須進(jìn)行曝氣， 而曝氣又是整個(gè)污水處理系統(tǒng)耗能最大的工藝段。 一般而言， 一個(gè)污水處理廠單為供氧曝氣而消 耗的電能就約占據(jù)全廠總能耗的 50%之多。因此，曝氣機(jī)械和曝氣設(shè)備的供氧性能和能耗水平歷 來就是業(yè)界關(guān)心和重視的大事?？v觀曝氣機(jī)械和曝氣設(shè)備的發(fā)展歷史， 可以看出人們的努力方向和取得的成就。 早先， 污水 處理普遍使用原始的開孔型曝氣器，如擴(kuò)散板、穿孔管等，此類曝

6、氣設(shè)備充氧性能一般，而且阻 力大，一旦堵塞，阻力更會急劇增加，其充氧性能就會明顯降低。后來，人們的注意力開始轉(zhuǎn)向 空氣釋放器的研究，逐漸開發(fā)了螺旋式曝氣器和傘形曝氣器，此類曝氣器仍屬于大氣泡曝氣器， 在 70 年代曾經(jīng)普遍應(yīng)用于工業(yè)廢水的生物處理。80 年代，受世界性能源危機(jī)的警示，人們開始重視節(jié)能并提高曝氣設(shè)備的充氧性能。剛玉 和鈦板的中微孔曝氣器就是在這一段時(shí)間內(nèi)誕生的， 由于其性能較之老式大孔曝氣器有了較大提 高，因此一經(jīng)推出便迅速獲得廣泛的應(yīng)用、占領(lǐng)了國內(nèi)環(huán)保市場。90 年代，國外新研發(fā)的可張孔橡膠膜微孔曝氣器（曝氣管）及鐘罩式微孔曝氣器相繼進(jìn)入 我國， 又逐步取代了剛玉和鈦板的中微孔

7、曝氣器， 在國內(nèi)污水處理廠和工業(yè)廢水設(shè)施得到普遍應(yīng) 用。此類曝氣器，氧轉(zhuǎn)移系數(shù)、氧利用率、動(dòng)力效率得到很大提高，具有優(yōu)良的充氧性能，但阻 力大，易損壞，使用壽命短，維護(hù)修理非常麻煩，尤其是能耗相當(dāng)高。從 90 年代開始，我國污水處理所使用的曝氣設(shè)備，除了采用鼓風(fēng)壓氣、微孔曝氣器擴(kuò)散的 底部曝氣形式外，還有鼓風(fēng)壓氣射流曝氣。機(jī)械曝氣設(shè)備中，除自吸式潛水曝氣機(jī)、泵類曝氣機(jī) 等動(dòng)態(tài)曝氣裝置外， 應(yīng)用最多的就是旋轉(zhuǎn)型曝氣機(jī)。 旋轉(zhuǎn)型曝氣機(jī)分為兩種類型， 一種是臥軸 （橫 軸）式，如：轉(zhuǎn)刷型機(jī)械表面曝氣機(jī)、轉(zhuǎn)碟型機(jī)械表面曝氣機(jī)，另一種是立軸（豎軸）式的機(jī)械 曝氣機(jī)。其中立軸式機(jī)械曝氣機(jī)又分不同類型， 一

8、類是電機(jī)及變速機(jī)構(gòu)都潛沉在水底， 通過葉輪旋轉(zhuǎn) 產(chǎn)生負(fù)壓， 自吸氣體進(jìn)入水中混合的潛水型立軸曝氣機(jī)； 另一類是電機(jī)及變速機(jī)構(gòu)在上， 葉輪在 水面的分體式葉輪型機(jī)械表面曝氣機(jī)； 在傳統(tǒng)的立軸式葉輪曝氣機(jī)行列中， 其傳動(dòng)原理或結(jié)構(gòu)差 異不大，但葉輪結(jié)構(gòu)形式又分泵（ E）型葉輪、開（ K）型葉輪、平板葉輪和倒傘型葉輪等。此外 還有一個(gè)類型是通過水泵吸水、注入水射器，形成噴射挾氣的泵葉輪型旋轉(zhuǎn)射流曝氣機(jī)。上述各種類型的曝氣機(jī)都是為了相同的目的， 起著同一個(gè)作用， 并且全都需要大量電能供它 們消耗轉(zhuǎn)換， 方能達(dá)到一定的充氧曝氣的效果， 它們在運(yùn)行中的充氧效果各有千秋， 但其能耗普 遍較高。毋庸置疑， 即

9、使有再高級的設(shè)備而缺乏可行的工藝去應(yīng)用， 設(shè)備發(fā)揮不了相應(yīng)的作用。 反之， 即使最好的污水治理工藝，如果沒有相應(yīng)的設(shè)備用以保證工藝實(shí)施， 也達(dá)不到工藝要求。 在污水 處理行業(yè)，需要接受挑戰(zhàn)的是與先進(jìn)工藝相適應(yīng)的高效節(jié)能的曝氣設(shè)備。3 表面曝氣設(shè)備的性能比較與問題分析3.1 表面曝氣設(shè)備的性能比較所有采用動(dòng)力的曝氣都存在同一共性能源消耗與能效比的問題。 目前， 國內(nèi)外曝氣機(jī)的 能效比差異很大。 不管是通過世行、亞行貸款引進(jìn)、我國污水廠大量應(yīng)用的美國EIMCO公司的倒傘曝氣機(jī) 1 ，荷蘭 DHV公司休柏特型的倒傘曝氣機(jī)，還是國內(nèi)仿制的同類產(chǎn)品，其主要技術(shù)指標(biāo)45 張鑫珩等 : 污水處理用表面曝氣機(jī)

10、的節(jié)能效果與應(yīng)用分析理論動(dòng)力效率一般都未能超過 2.8 kgO2/kW h（見表 1）；而且國外進(jìn)口曝氣機(jī)的性能參數(shù)， 也只是國外供貨商自己宣傳的數(shù)值， 或是通過計(jì)算得給出的， 都未曾通過國內(nèi)權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測認(rèn)定 和證明。 受傳統(tǒng)曝氣設(shè)備的影響， 我國的環(huán)保產(chǎn)品的認(rèn)定及有關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的理論動(dòng)力效率 要求也偏低（僅為 1.88kgO 2/kWh），所以，與外國產(chǎn)品相比較時(shí)，很容易誤以為引進(jìn)產(chǎn)品的技 術(shù)性能就一定先進(jìn)。表 1 曝氣設(shè)備充氧性能比較項(xiàng)目理論動(dòng)力效率（kgO2/kWh）充氧傳質(zhì)形式優(yōu)缺點(diǎn)浮動(dòng)型泵葉輪表面曝氣機(jī)2.6 2.8提升混合型動(dòng)力效力較高， 但負(fù)壓區(qū)難 以控制，易堵塞。豎軸式倒傘

11、型表面曝氣機(jī)1.8 2.4完全混合型溶解氧表層高、中層低，底 層無溶解氧。橫軸式轉(zhuǎn)碟型表面曝氣機(jī)2.0 2.6平流擴(kuò)散水體上、中、下溶解氧混合橫軸式轉(zhuǎn)刷型表面曝氣機(jī)1.6 2.1混合型不均勻。3.2 存在的主要問題泵型表面曝氣機(jī)的工作原理和性能與水泵相似， 通過葉輪旋轉(zhuǎn)， 使水急劇上下循環(huán)而形成強(qiáng) 大回流， 使液面不斷更新與空氣接觸而充氧，動(dòng)力效率較普通倒傘曝氣機(jī)高，但葉輪制造工藝復(fù) 雜，葉片偏多或偏少，分布位置稍有誤差等都會引起運(yùn)動(dòng)失衡，如果負(fù)壓區(qū)控制或處理不好，會 明顯導(dǎo)致充氧量急劇下降，動(dòng)力消耗陡增。轉(zhuǎn)刷、轉(zhuǎn)碟等類型的橫軸式曝氣機(jī)，是通過揚(yáng)水與負(fù)壓裹挾空氣的， 其表面推流混合效果較 強(qiáng)，

12、但因浸沒深度很淺，實(shí)際充氧性能有限，中、下層面的水難被不具備吸汲能力的葉片揚(yáng)起， 故而曝氣池的水深一般都得控制在 3.5m 以內(nèi)。否則，極易沉泥淤積。由此看來， 盡管機(jī)械表面曝氣機(jī)不如目前普遍使用的橡膠膜微孔曝氣裝置的充氧性能好， 動(dòng) 力效率雖然相對高于機(jī)械曝氣機(jī)（一般為4.4 6.0 kgO2/kWh），但因后者屬于靜態(tài)擴(kuò)散型充氧傳質(zhì)形式，完全不具備機(jī)械攪拌混合的功能與能力，充氧傳質(zhì)存在盲區(qū)和死角， 即使用攪拌機(jī)攪 拌推流， 也難使溶解氧均勻； 而且微孔曝氣器需要配備大型的鼓風(fēng)機(jī)，但是風(fēng)機(jī)的噪聲次生污染 大，管線長、阻力大，功率大、耗電高，易破損、壽命短，維修保養(yǎng)非常困難。與結(jié)構(gòu)簡單，使 用

13、管理、維修保養(yǎng)極為方便的機(jī)械表面曝氣機(jī)比較，顯得弊多于利。能否克服各自的缺點(diǎn)， 融會彼此的優(yōu)點(diǎn)， 或集優(yōu)點(diǎn)于一身？為我國城鎮(zhèn)污水處理廠提供一種 性能優(yōu)良的充氧曝氣設(shè)備呢？回答是肯定的。4 新一代倒傘曝氣機(jī)產(chǎn)品性能分析4.1 新產(chǎn)品的開發(fā)近年來，環(huán)保裝備有關(guān)專業(yè)技術(shù)人員通過多年的技術(shù)積累和創(chuàng)新研發(fā)， 將葉輪結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化、 改進(jìn)、升華，又相繼研發(fā)而推出了復(fù)合型的葉輪曝氣機(jī)、組合射流葉輪曝氣機(jī)，不斷地為我國環(huán) 保裝備行業(yè)增添新的曝氣設(shè)備或裝置。江蘇新天地環(huán)保工程裝備技術(shù)有限公司的技術(shù)人員在張鑫珩總工程師的帶領(lǐng)下，憑藉在 3046張鑫珩等 : 污水處理用表面曝氣機(jī)的節(jié)能效果與應(yīng)用分析年研發(fā)、 制造實(shí)際

14、工作中積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新思維與能力， 認(rèn)真分析了葉輪和曝氣池中流體的 狀態(tài)，并與某大學(xué)聯(lián)合利用 CFD軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)， 先后獲發(fā)明專利授權(quán)： 倒傘表曝機(jī) （發(fā)明專利號： ZL200410103093.7 ）和曝氣機(jī)葉輪（發(fā)明專利號： ZL200610097979.4 ），以及新一代曝氣機(jī)（發(fā) 明專利申請?zhí)枺?200820165.4） 。將立軸曝氣機(jī)的葉輪結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化、 改進(jìn)、升華， 研發(fā)出了 QFYB 系列復(fù)合型葉輪曝氣機(jī)， 擁有了自主創(chuàng)新的知識產(chǎn)權(quán)， 通過應(yīng)用和檢測證明，在節(jié)能降耗方面取 得了非常顯著的效果，能耗下降了 35%，為節(jié)能減排作出了貢獻(xiàn)。圖 1 、圖 2 分別為 QFYB系列復(fù)合

15、型葉輪曝氣機(jī)旋向流態(tài)流場和上下循環(huán)流態(tài)流場的計(jì)算機(jī)圖1 曝氣機(jī)旋向流態(tài)、流場圖圖 2 曝氣機(jī)上下循環(huán)流態(tài)、流場圖模擬圖。QFYB 系列復(fù)合葉輪表面曝氣機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)使設(shè)備安裝比國內(nèi)外所有產(chǎn)品都簡便， 葉輪、 機(jī) 座等全部可從水池上面吊裝。設(shè)備維修時(shí)，毋須整個(gè)編組停機(jī)，也不用將溝（池）中污水排放并 沖洗干凈后拆卸葉輪，維護(hù)操作管理極為方便。4.2 性能檢測QFYB系列復(fù)合葉輪倒傘曝氣機(jī)屬于完全混合型，能充分利用吸入水中的氧氣，不僅故障率 極低，而且曝氣與混合效果最優(yōu)、能耗低、效率高、能效比在目前階段已超過了國內(nèi)所有同類產(chǎn) 品。經(jīng)同濟(jì)大學(xué)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品檢測中心檢測， 該專利產(chǎn)品葉輪直徑為 4000 的

16、復(fù)合葉輪倒傘曝氣 機(jī)總動(dòng)力效率為 3.27kgO2/kWh（經(jīng)濟(jì)指標(biāo)） ，充氧能力達(dá) 366.7 kgO2/ h，理論動(dòng)力效率（技術(shù) 3.74指標(biāo)）為 3.74kgO2/kWh。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 清、污水中的 換算值， 即，取中值 0.8250.8 0.85計(jì)算，該曝氣機(jī)在清水中的動(dòng)力效率已高達(dá)4.4 kgO 2/kW h。圖 3 為復(fù)合葉輪表面曝氣機(jī)與國內(nèi)外表面曝氣機(jī)在清水和污水中動(dòng)力效率的比較； 圖 4 為直 徑 4000 葉輪表面曝氣機(jī)與國內(nèi)外表面曝氣機(jī)的配套功率以及充氧能力的比較?？梢娫谕饶芎?的條件下，新一代具有自主知識產(chǎn)權(quán)的復(fù)合葉輪表面曝氣機(jī)充氧量比原有表面曝氣機(jī)高出80%以上，而

17、在同等充氧量的基礎(chǔ)上能耗下降30%以上，若電費(fèi)以 0.75 元/ 度計(jì)算，每處理 1m3污水，可節(jié)省電費(fèi) 0.1 元以上。與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比，如果是日處理規(guī)模為 10 萬噸污水處理廠，則 1 年可以節(jié)約電費(fèi) 360 萬元。47張鑫珩等 : 污水處理用表面曝氣機(jī)的節(jié)能效果與應(yīng)用分析清水中 污水中）h.Wk/2Ogk（率效力505044330502113.74國外產(chǎn)品 國內(nèi)產(chǎn)品圖3 國內(nèi)外倒傘曝氣機(jī)與復(fù)合型葉輪曝氣機(jī) 在清水和污水中動(dòng)力效率的比較復(fù)合型葉輪曝氣機(jī)0.0/Ogk（力能氧充230國內(nèi)外產(chǎn)品充氧能力 電機(jī)功率00300200 國內(nèi)外產(chǎn)品 復(fù)合型葉輪曝氣機(jī)08）Wk（率功機(jī)電復(fù)合型葉輪曝

18、氣機(jī)圖4 直徑 4000mm復(fù)合型葉輪曝氣機(jī)的配套功率與充氧能力對比4.3 基本原理QFYB系列復(fù)合葉輪表面曝氣機(jī)和表面曝氣機(jī)的葉輪以及剛推出的發(fā)明專利200810156400.6組合射流葉輪曝氣機(jī)， 技術(shù)創(chuàng)新都集中表現(xiàn)在曝氣葉輪上， 與國內(nèi)外所有曝氣機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)不同的 是，它科學(xué)地運(yùn)用了流體特性與水力機(jī)械性能，利用勢能、動(dòng)能可以相互轉(zhuǎn)換的原理，當(dāng)葉輪旋 轉(zhuǎn)時(shí)，葉片起著各自不同的作用， 隨著葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心負(fù)壓 （圖 5 為水力分析的該曝氣機(jī) 葉片背面壓強(qiáng)分布圖） ，水池中的污水連續(xù)不斷地被吸汲的同時(shí)、大量的氣體被吸入，氣、液、 固三相進(jìn)行劇烈混合后，呈霧狀旋向噴射；因?yàn)槲鬯砻鎻埩^強(qiáng)，氣

19、泡體積也小，所以穩(wěn)定時(shí) 間長，許許多多微氣泡累計(jì)體積與單個(gè)氣泡的體積相同時(shí)， 其表面積比單個(gè)氣泡大的多， 因?yàn)槲?氣泡穩(wěn)定時(shí)間長， 氧氣在微氣泡中停留時(shí)間也會延長， 氧氣在水氣泡中一方面對污水氣泡壁的有 機(jī)物進(jìn)行氧化，另一方面為微生物提供生存和繁衍條件的氧源；所以，只要曝氣葉輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 葉片便會連續(xù)不斷將池中的污水吸汲噴射， 形成上下循環(huán)流， 同時(shí)葉片又不斷地進(jìn)行切向攪拌和 整流， 另一方面又進(jìn)行平面推流， 氧化溝中便形成了旋向噴射、 上下循環(huán)、 平面推流的立體流態(tài)，48張鑫珩等 : 污水處理用表面曝氣機(jī)的節(jié)能效果與應(yīng)用分析使氧化溝內(nèi)表、中、底三個(gè)層面的污水中溶解氧均勻地驟增。5 工程案例與

20、應(yīng)用分析5.1 山東壽光中冶華天水務(wù)有限公司污水處理廠5.1.1 工程概況山東壽光中冶華天水務(wù)有限公司污水處理廠由中冶華天技術(shù)有限公司 （原冶金部馬鞍山鋼鐵 設(shè)計(jì)研究院）采用 TOT的模式，獲取了 30 年的特許經(jīng)營權(quán)。該污水處理廠處理能力 12 104m3/d ，處理工藝為連體三溝式卡魯塞爾氧化溝工藝；單溝配 備了 3 臺葉輪 4000 倒傘曝氣機(jī)，單溝處理能力 4104m3/d ，全廠共用 9 臺 4000 葉輪的倒傘 曝氣機(jī)，日處理水量 12萬 14萬 m3/d ，單機(jī)處理負(fù)荷： 13333 15555m3/d 。5.1.2 進(jìn)水水質(zhì)該廠處理的污水是城市生活污水和工業(yè)廢水的混合水， 水質(zhì)

21、為 CODcr ： 600mg/L，BOD5：200 220 mg/L 。5.1.3 原先使用曝氣設(shè)備選用的 9 臺倒傘曝氣機(jī)系國內(nèi)某企業(yè)仿制休伯特型曝氣機(jī)。圖5 葉片背面壓強(qiáng)分布圖配套電機(jī)：ABB（江蘇大中電機(jī)公司產(chǎn)品）型號規(guī)格： M2QA315L 4A 功率： 160kW輸入電壓： UN=380V 額定電流： I N=287.8 288A 轉(zhuǎn)速： n1=1480r/min減速機(jī)： SEW天津公司出產(chǎn) 型號規(guī)格： M3PVSF80 速比： i=44.87649張鑫珩等 : 污水處理用表面曝氣機(jī)的節(jié)能效果與應(yīng)用分析輸出扭矩： TN2=117kN.m傳動(dòng)效率 : =95.5%（ 經(jīng)校核計(jì)算實(shí)為

22、94.9%） 曝氣葉輪： 4000（仿制的休柏特型） ，如圖 6 所示。圖 6 被自主知識產(chǎn)權(quán)曝氣機(jī)取代 更換下來的休柏特型倒傘曝氣機(jī)葉輪5.1.4 存在問題1） 充氧量嚴(yán)重不足根據(jù)該廠技術(shù)人員提供的情況，曝氣機(jī)葉輪浸沒到相應(yīng)深度時(shí)， 電機(jī)不能驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)， 為 了不使電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行， 故只好將曝氣機(jī)葉輪上提，使葉輪半裸露于水面運(yùn)行， 但一旦半裸露于 水面運(yùn)行，單機(jī)充氧能力又會驟然下降。工程設(shè)計(jì)充氧量為340kgO2/ h （單機(jī)），將葉輪提升到水面運(yùn)行，導(dǎo)致反應(yīng)池充氧量嚴(yán)重不足，實(shí)際充氧量比設(shè)計(jì)要求缺失1/3 ，運(yùn)行的實(shí)際充氧量為230kgO2/ h （單機(jī)），不能滿足設(shè)計(jì)充氧量的需要，而電

23、機(jī)功率消耗減少有限，所以，處理的污 水根本不能達(dá)標(biāo)。2） 電能消耗虛高曝氣機(jī)運(yùn)行時(shí)電流表顯示的線電流I 0=265A。單機(jī)功率消耗：I03 3UN 265 1.732 380 174.41kW （含線損）010310000.72元/度 174.41 3 24 9041.415元/ d 溝9041.415 30.4（M 均） 274858.998元 /M 溝27.4859 （3 溝） 82.4577（萬元） / M82.4577 12 989.4929（萬元）/ Y50張鑫珩等 : 污水處理用表面曝氣機(jī)的節(jié)能效果與應(yīng)用分析9 臺倒傘曝氣機(jī)全部滿負(fù)荷運(yùn)行，月電費(fèi)為 82.4577 萬元，年電費(fèi)為

24、989.4929 萬元。5.1.5 技術(shù)改造方案 根據(jù)對采集數(shù)據(jù)的分析，得出結(jié)論：原曝氣機(jī)能耗高、效率低的原因，除了電機(jī)減速機(jī)匹配 選型存在問題以外，最根本的原因是仿制的休伯特型曝氣葉輪存在結(jié)構(gòu)缺陷。運(yùn)行時(shí)， 由曝氣機(jī) 葉片推流而揚(yáng)起的水躍（類似瓢潑脈沖灑水）挾裹空氣充氧，除了曝氣機(jī)周邊水花翻騰，池面根 本觀察不到微小氣泡浮起。由于葉輪甩水時(shí)負(fù)載較重， 動(dòng)力消耗自然增大。 曝氣機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)中，如果軸承支點(diǎn)布置不合理，輸出軸懸臂過長也都可能造成能耗增高。我司專業(yè)技術(shù)人員向該污水廠書面提出了設(shè)備整改方案。1） 根據(jù)現(xiàn)狀，建議采用發(fā)明專利 （專利號： ZL200410103093.7 ） 復(fù)合

25、葉輪倒傘曝氣機(jī)，取 代現(xiàn)休伯特曝氣機(jī)，復(fù)合葉輪倒傘曝氣機(jī)專利技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品經(jīng)過國家權(quán)威檢測機(jī)構(gòu)實(shí)地檢測， 污水中的理論動(dòng)力效率高達(dá)3.50 kgO 2/kW h，完全能滿足工程設(shè)計(jì)需氧量 340kgO2/ h （單機(jī)）的需要。2） 要達(dá)到理想的推流，必須增加推流器，將曝氣機(jī)的充氧混合與推流功能分開，使設(shè)備各 自發(fā)揮最佳效果， 同時(shí)節(jié)約能耗。 氧化溝污水處理的工藝特點(diǎn)是推流式完全混合延時(shí)曝氣，單純 依靠曝氣機(jī)實(shí)現(xiàn)以上所有功能是不可能的， 功率分配也不合理， 曝氣機(jī)充氧混合另加推流器進(jìn)行 底部推流絕不比單用曝氣機(jī)實(shí)現(xiàn)曝氣、推流復(fù)合功能的能耗高。方案交中冶華天工程有限公司技術(shù)論證后， 便進(jìn)行了實(shí)施。

26、 針對休伯特型曝氣機(jī)存在的主要 問題，該公司為節(jié)約改造投資，決定保留電機(jī)和減速機(jī)，采用發(fā)明專利復(fù)合葉輪曝氣機(jī)的葉輪和 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。經(jīng)過三個(gè)月的緊張施工， 9 臺曝氣機(jī)的節(jié)能降耗改造工作順利結(jié)束。5.1.6 改造前后的能效分析比較1）改造前A 減速機(jī)： M3PVSF80傳動(dòng)比： i=44.876 ，額定輸出扭矩： TN2=117kNmB 減速機(jī)應(yīng)配電機(jī)功率2 PK1PK2TN 2 n29550TN2 n19550 i117000 14809550 95.5% 44.876423.08kW輸入功率： P0電機(jī)輸出扭矩：D 結(jié)果分析該減速機(jī)匹配的電機(jī)功率應(yīng)為450kW，而實(shí)配的電機(jī)為 160kW。C

27、曝氣機(jī)運(yùn)行能耗3 U 0 COS 1.732 380 0.89 I02650 1000 1000 265 0.58576 155.226 kW160T 9550 1.03243kN m1480 1.03243 44.876 46.331kN m實(shí)配電機(jī)功率與減速機(jī)應(yīng)配電機(jī)功率比：160kW：423.08kW=37.8%實(shí)際輸出扭矩與額定輸出扭矩比：46.331kN m 0.995( ) ：117kN m=37.8%51張鑫珩等 : 污水處理用表面曝氣機(jī)的節(jié)能效果與應(yīng)用分析實(shí)配電機(jī)功率與減速機(jī)應(yīng)配電機(jī)功率比為37.8%，實(shí)系小馬拉大車，假設(shè)選用與電機(jī)相匹配的減速機(jī)，可以減少曝氣機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率消耗

28、，用 132kW的電機(jī)就足矣，這樣用 160kW的電機(jī)驅(qū)動(dòng)葉輪 4000 的曝氣機(jī)，又委實(shí)是大馬拉小車。2）改造后在山東壽光中冶華天水務(wù)有限公司污水處理廠支持與密切配合下， 發(fā)明專利新一代高效節(jié)能 曝氣機(jī)全部取代了休柏特型倒傘曝氣機(jī)。 通過近一年的運(yùn)行證明， 改造后的復(fù)合葉輪表面曝氣機(jī) 在節(jié)能、降耗、增效方面達(dá)到了預(yù)期效果，為該公司降低了運(yùn)行費(fèi)用，達(dá)到了節(jié)能降耗、提高處 理效果、額外增加經(jīng)濟(jì)效益的目的。如果全國的有關(guān)污水廠都像山東壽光污水廠一樣對曝氣機(jī)進(jìn)行節(jié)能降耗的改造， 那么， 全國 因此所節(jié)約的電能將是驚人的數(shù)字， 同時(shí)也為政府和民眾減輕了用于污水治理的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)， 這可 是既減排又節(jié)能，真正實(shí)現(xiàn)了環(huán)境、社會、經(jīng)濟(jì)三項(xiàng)效益的科學(xué)統(tǒng)一與可持續(xù)發(fā)展。圖 7 為改造