1、曝气用风机分类

好氧池曝气常用的风机有四类：罗茨鼓风机、多级离心风机、单级高速离心风机和磁(空气)悬浮风机。

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1、罗茨鼓风机

罗茨鼓风机目前多为三叶型，每转动一圈由两组三叶型叶轮完成3次吸、排气。结构简单，性能稳定。罗茨鼓风机属于容积式风机，其特点是在最高设计压力范围内，管网阻力变化时，流量变化很小。罗茨风机的性能曲线如下：

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从性能曲线可知，罗茨风机风量受压力变化影响小。当曝气池液位变化时，鼓风量基本不变。

风量调节：罗茨风机风量受转速控制，风量调整可通过变频调速进行，变频后风压可以维持。

2、多级离心风机

离心鼓风机是电机带动风机叶轮旋转，使叶片之间的气体在离心力的作用下甩出，外界气体通过叶轮中间形成的负压吸入，达到连续鼓风的目的。在常规转速下单级离心升压有限，采用多级串接的方式可达到升压要求，称为多级离心风机。多级离心风机典型的性能曲线如下：

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从性能曲线可知，多级离心风机随风压变化流量变化较大。当曝气池液位变化时，鼓风量会有变化。

风量调节：多级离心风机风量调节可通过变频进行，变频后风压会相应降低，变频范围受到一定限制。

3、单级高速离心风机

单级高速离心风机指提高风机转速，通过单级离心即可达到工艺的升压要求。单级高速离心风机风量大、效率高，对制造水平要求较高。单级高速离心风机的性能曲线如下：

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从性能曲线可知，单级高速离心风机随风压变化流量变化非常大。当曝气池液位发生变化时，鼓风量变化会较大。

风量调节：单级高速离心风机可通过进口导叶调整，风量调整时不影响风压，同时可以降低风机轴功率，达到节能效果。由于变频调节时，风压下降幅度会较大，可能会无法满足工艺要求，单级高速离心风机一般不用变频调节风量。

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4、磁(空气)悬浮风机

磁(空气)悬浮离心风机是通过磁或空气的作用，使转动轴形成悬浮状态，摩擦阻力小，效率高，也可以通过进口导叶调整风量。悬浮离心风机由于摩擦力小，风机效率会更高。

磁(空气)悬浮风机叶轮也为单级高速类型，性能曲线与单级高速离心风机类似。

3、性能比较

不同的曝气风机有着不同的适用范围，罗茨风机、多级离心风机和单级高速离心风机各自的流量范围也有较大的差异，罗茨风机在小流量范围，多级离心中流量范围，单级高速离心风机在高流量范围。罗茨风机：1~100m3/min;多级离心风机：20~400m3/min;单级高速离心风机：40~1000m3/min。

三种风机的流量与功率的比较见下图。

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从上图中可知，在风机的效率方面单级高速离心风机最高，多级离心风机其次，罗茨风机最低。同样的供风量，罗茨风机能耗最高，单级高速离心风机能耗最低。

从设备采购成本看，罗茨风机成本最低，多级离心风机居中，单级高速离心风机最高。综合考虑能耗、设备采购及运行维护费用等因素，三种风机的流量与单位综合成本比较见下图。

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其中，罗茨风机由于能耗较高，单位流量综合成本高于多级离心和单级高速离心风机。在100m3/min以上的流量时，由于单级高速离心风机具有更高的运行效率，综合成本优于多级离心风机。

在小流量范围内罗茨鼓风机具有价格优势，在中流量范围内，多级离心风机性价比较好，高流量时，单级高速离心风机综合成本最低。在实际选型中还要考虑流量调节的需求、安装条件以及运行维护方便性等因素。

磁(空气)悬浮风机相对于其他三种鼓风机，效率更高，更节能，而且噪音很低，但是成本最高，维护复杂，目前应用于现场环境标准要求高，舍得花成本的企业。一般的污水处理厂承担不起，随着磁(空气)悬浮风机的国产化，以后成本会越来越亲和！

4、风机的选型

1、按实际情况计算参数

在污水厂鼓风机选型时，风机厂家产品样本上给出的均是标准进气状态下的性能参数，然而风机在实际使用中并非标准状态，当鼓风机的环境工况如温度、大气压力以及海拔高度等不同时，风机的性能也将发生变化，设计选型时就不能直接使用产品样本上的性能参数，而需要根据实际使用状态将风机的性能要求，换算成标准进气状态下的风机参数来选型。

2、出口压力影响因素的分析

容积式鼓风机排气压力的高低并不取决于风机本身，而是气体由鼓风机排出后装置的情况，即所谓“背压”决定的， 曝气鼓风机具有强制输气的特点。

鼓风机铭牌上标出的排气压力是风机的额定排气压力。实际上，鼓风机可以在低于额定排气压力的任意压力下工作，而且只要强度和排气温度允许，也可以超过额定排气压力工作。

对于污水处理厂而言，排气系统所产生的***压力(背压)为管路系统的压力损失值、曝气池水深和环境大气压力之和。若由于某种原因，如曝气头或管路堵塞，使管路系统的压力损失增加，背压也会升高，于是鼓风机的压力也就相应升高;又若曝气头破裂或管路泄漏等原因，管路系统的压力损失则会减少，背压便不断降低，鼓风机的压力也随之降低。

综上所述，确定曝气鼓风机压力时，只需要鼓风机在标准状态下所能达到的***压力等于使用状态下的大气压力、曝气池水深和管路损失之和。

3、鼓风机空气流量因素

在计算污水处理的需氧量时，其结果为标准状态下所需氧的质量流量qm(kg/min) ，再将其换算成标准状态下所需空气的容积流量qv1(m3/min) ，如果鼓风机的使用状态不是标准状态，例如在高原地区使用，则空气密度、含湿量会发生变化，鼓风机所供应的空气容积流量与标准状态是相同的，而所供空气的质量流量将减少，有可能导致供氧量不足。

因此，必须计算出能供应相同质量流量的容积流量，即换算流量qv2。在高原地区使用时，环境大气压力也会发生变化，压力比相应升高，那么，罗茨鼓风机的泄漏流量qvb则会增大，这将导致鼓风机所供应的空气容积流量减少，也可能造成供氧量不足。

因此，设计时必须考虑使用条件发生变化时各种因素的影响，以保证风机所供应的实际空气流量能够满足使用要求，并需计算出换算流量qv2和泄漏流量qvb2。

4、注意冬季和夏季的区别

鼓风机选型应关注鼓风机供气流量的变化规律对于同一台鼓风机，在冬季和夏季，其容积流量是不会发生变化的，但因空气密度的不同质量流量会发生变化，也就是说供氧量会有所不同。

鼓风机在标准状态与使用状态下的容积流量是不变的，但因为空气密度(ρ)、含湿量(ds) 等发生了变化，导致鼓风机输送至曝气池的供氧量( FOR) 在冬季温度降低时增加、夏季温度升高时降低。例如，某一污水处理厂，选用上述计算例题中的罗茨鼓风机，根据环境温度变化，计算出鼓风机的实际供氧量(FOR)，其一年的变化规律在实际运行过程中，由于进水量、水质、水温等参数的变化，系统需氧量(SOR)也会发生变化在夏季，水温较高，曝气池需氧量(SOR)增大，但鼓风机的供氧量(FOR)在减少，这是设计时考虑需氧量的最不利工况点，此时，供氧量、需氧量基本相当;在冬季，水温降低，曝气池需氧量(SOR)减少，但鼓风机的供氧量(FOR)增大，此时，供氧量较需氧量大出许多。这是由于冬季气温降低，空气密度增加，那么风机所供给的干空气的质量流量较标准状态大幅度增加，从而引起供氧量增加，从运行的实际测量情况来看，每年冬季曝气池的溶解氧较夏季会高出1～3mg/L。

因此，在生产运行过程中，需要针对这种变化对设备进行及时的调整，使鼓风机的充氧能力与实际运行中的需氧量相适应。对于罗茨鼓风机来说，使用变频器，通过改变风机转速来调整供风量是很经济实用的。结论同一台鼓风机在不同的使用条件下，其性能的变化非常大，所以必须通过严谨的计算进行选型，否则有可能导致生化系统的供氧不足;另外，在冬季和夏季由于空气密度发生了变化，鼓风机所供应氧气的质量流量变化很大，冬季供氧量大大超过了需氧量，所以，应采取变频调速等措施使生化系统的溶解氧浓度保持稳定。

来源：环保工程师   

2021第十五届上海国际化工环保展览会

时间：2021年8月25-27日

地点：上海新国际博览中心

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