新颖复合叶轮倒伞表曝机及其应用

　　城市污水处理的工艺技术较多，如AO(包括A2/O和A2·O)工艺、AB工艺、SBR工艺、UF/SB工艺等，其核心技术都是曝气充氧。目前，在世界各国污水处理厂应用较好的工艺技术可分为活性污泥法和接触氧化法两大类，而曝气充氧是所有水处理工艺技术的关键，是必不可少的工艺过程。
　　就曝气充氧而言，其工艺技术也各有不同，而保证工艺效果的关键在于设备。工艺设备在实际应用中充氧的介质是污水，而不是20℃状态下的脱氧清水，计算充氧量时应予修正。根据《室外排水设计规范》(GBJ14-87)的规定，采用机械延时完全混合曝气工艺，清水与污水传质修正系数α为0.8～0.85，即清水中的动力效率为2.5kgO2/kW·h，污水中动力效率为1.8～2.25kgO2/kW·h。
1 复合叶轮倒伞表面曝气机的特点
　　自卡鲁塞尔氧化沟问世后，倒伞曝气机也随之面世。倒伞曝气机由机械动力驱动旋转，叶轮上均布的八个叶片环向推流甩水。但到目前，包括美国、德国和荷兰在内的发达国家生产的倒伞曝气机的传动机构、叶轮形状、安装方式及动力效率几乎都徘徊在原有水平，未曾有大的突破。我国在水处理工艺中采用倒伞曝气机已有近40年的历史，但在设备生产上基本为照搬仿制，性能与国外产品差距较大。近年来，我国技术人员在总结了国内外经验的基础上，根据机械运动原理和流体特性自主成功研发出性能优秀、动力效率高、能耗低的复合叶轮倒伞表面曝气机并获国家专利授权。这种新颖的复合叶轮倒伞表面曝气机与国内外现有同类产品相比，具有以下特点：
　　(1)曝气充氧动力效率高、能耗低。根据流体特性，优化设计了曝气叶轮结构，运用机械运动，载流体定量、匀速、旋流环向喷射，形成强大势能，挟裹空气并充分与之混合，达到了理想的动力效果，设备的充氧能力大幅提高，能耗明显下降，特别是动力效率，在产品标准或认定条件规定的动力效率为1.88kgO2/kW·h时，传统倒伞表面曝气机的实测动力效率为2.4kgO2/kW·h；而复合叶轮倒伞表面曝气机的动力效率在污水中≥3.22kgO2/kW·h，在清水中≥3.95kgO2/kW·h。复合叶轮倒伞表曝机不论在清水还是污水中，都达到了较高水平(见图1和表1)。

表1 复合叶轮倒伞表面曝气机检测报告

检测项目 单位 标准要求 检验结果 单项评定 备注 充氧能力 kgO2/h ＞200 238.3 合格 此为污水中检测的数据，相当于清水中充氧能力238.3/0.80～0.85 理论动力效率 kgO2/kW·h ＞1.88 3.22 合格 此为污水中检测的数据，相当于清水中充氧能力3.22/0.80～0.85

表2 配套电机功率比较

倒伞曝气机
叶轮直径(mm) 现有国内外曝气机
配套电机功率(kW) 复合叶轮倒伞表面曝气
机配套电机功率(kW) 3250 55 45 3500 90 75 3750 132 90

　　由于动力效率高，复合叶轮倒伞表面曝气机的配套电机，比目前世界上其他同类产品都压降了一档匹配电机的功率容量(见表2)。
　　由于动力效率高，可压降配套电机的功率容量，而实际的充氧能力又远高于国内外现有同规格叶轮的曝气机(见图2)，因此大大降低了设备的运行费用，直接压缩了污水净化处理成本。
　　(2)倒伞曝气机的安装方法一般都是从氧化沟(水池)上面安装减速机和电机，在无水状态下的水池下面安装叶轮，一旦需要维修，必须将氧化沟内的污水放尽并冲洗干净后才可实施维修。这样不仅造成维修困难，而且氧化沟(池)内污水少则上万m3，排放回流相当困难。污水未经处理不能排放，而经过处理的污水在排放时，已培养驯化成熟的活性污泥也会随之排掉，当再继续放污水进池转入正常的污水处理过程时，活性污泥的培养驯化又需要一到两个月的时间，极大地浪费了人力、财力和物力。
　　复合叶轮倒伞型表面曝气机，采用了新的组合结构，叶轮和机座都可直接在水池上面进行安装，减速机、电机则在叶轮和机座安装就位后安放在上面固定即可，从而达到了“模块化组合，艺术化造型”的效果。
　　(3)减速机采用了航空工业专业齿轮减速机技术，设计制造的高效率(传动效率>98%)、低噪音(<75dB(A))同心轴输出的减速机，充分利用了齿轮的有效圆，多齿啮合，传递扭矩大，比平行轴减速机体积小，机油无泄漏，24h不停歇运转，寿命一般可达15年左右(特殊要求使用寿命能达20年以上)，且外形美观。
　　减速机与曝气叶轮的传动系统采用浮动联接，在任何状态下都可保证两者间的运转振摆误差，杜绝了传动滞阻或卡死现象的出现。
2 应用情况
　　山东省平阴县日处理量为4万m3的污水处理厂选用了4台高效低能耗Φ3750mm复合叶轮倒伞表面曝气机，采用传统的卡鲁氧化沟工艺。曝气机应用工艺流程见图3。

　　曝气机平行安装在氧化沟曝气充氧区段曝气充氧，贫氧区段安装2台低速推流器进行补偿推流。复合叶轮倒伞表曝机配套电机功率为110kW，实际消耗功率≤80kW·h。
　　正常运行后，根据应用现场实地检测及测试数据核算，该污水处理厂全年全日制运行可节约的费用：
(1)按理论动力效率计算
　　传统的3750型倒伞表曝机理论动力效率＞1.88kgO2/kW·h，按1.88kgO2/kW·h计，单池耗氧量按350kgO2/h计，复合叶轮倒伞表曝机单池2台机组理论耗能186.2kW/h，实际耗能108.7kW/h，节能77.5kW/h，以电费0.6元/kWh计，每年节约电费约81.5万元。
(2)按设计需氧量与实际充氧量比较
　　以复合叶轮倒伞表曝机满载时计，单池耗氧量按350kgO2/h计，单池机组设计耗氧量350kgO2/h，实际充氧量476.6kgO2/h，单池机组节能79.6kW/h，每年节约电费约83.7万元。
(3)与国内外同类产品比较
　　以国内某同类产品检测数据为依据，其动力效率为2.1kgO2/kW·h，单池耗氧量按350kgO2/h计，在同等条件下，同类产品的单池2台机组耗能为166.7kW/h，复合叶轮倒伞表曝机耗能108.7kW/h，节能58kW/h，每年比同类产品节约电费约70多万元。
3 结语
　　通过实际应用及检测数据，证明了国产化的关键污水处理设备复合叶轮倒伞表面曝气机具有效率高、能耗低、运行节电、成本节省的可靠性能和特点，设备运行处理效果与国内外同类产品相比，效率提高60%以上，能耗节约40%以上。

New Surface Aerating Machine of Composite Impeller and Inverted Umbrella and Its Application
ZHANG Xin-heng
(Technical Innovation Center of Jiangsu Asia and the Paci? c,Taixing Jiangsu 225400,China)

Abstract: The article introduces the key equipment of sewage treatment made in our country with high dynamical ef-? ciency and low consumption of energy—technical properties and practical effect of surface aerating machine of composite impeller and inverted umbrella.
Keywords: municipal sewage treatment; oxygenation by aeration; composite impeller; surface aerating machine of inverted umbrella

作者简介：张鑫珩，高级工程师，中国环境保护产业协会水污染治理委员会个人委员、江苏亚太水工机械设计研究所总工程师。