DQZHAN技術訊：關于水處理風機 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移，防止池內懸浮體下沉，加強池內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，克服水壓，將機械能轉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：回轉式風機，羅茨式風機

回轉式風機

回轉式風機設計轉子在缸體內偏心旋轉，油潤滑，低轉速，,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49千帕的變容壓縮的低噪音鼓風機稱之為回轉式風機。具有體積小、風量大、噪聲低、耗能省；附有空氣室，散氣平穩安裝方便、抗負荷變化，風量穩定等特點。

羅茨式風機

羅茨風機屬于回轉式鼓風機的一種，利用兩份葉形轉子或三個葉形轉子在氣缸內做相對運動來輸送氣體。

羅茨風機結構簡單運行平穩、可靠、機械功率高，便于維護和保養；當壓力在一定范圍內變化時，轉速不變，則流量為一常數；運行時適應性強，在流量要求穩定而阻力變化幅度較大時，可以自動調節。其大的特點是使用時當壓力在允許范圍內加以調節時流量之變動甚微，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，也叫環形風機，葉輪上有數十片葉片組成，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運動，由于空氣被均勻的加速，葉輪旋轉時所產生的循環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，氣體在旋轉的葉輪作用下，獲得壓力和留宿的增大，可以四線連續送風。

其工作原理為當電機轉動從而帶動風機葉輪旋轉，氣體在離心力的作用下甩出并改變流向，動能轉換為靜壓能，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，達到連續鼓風的目的。

離心鼓風機根據葉輪數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子在2只或2只以上的葉輪串聯在同一根主軸上，至多可有8級風葉，轉子轉速為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、風機運行平穩可靠、效率較高等有點，但仍存在體積大、質量重、流量調節性能差、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，而且是結構，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%。

在結構上采用了軸向進氣導葉調節裝置，在壓力恒定時，流量調節為額定流量的65%~105%，使其在低負荷條件下也可以達到較高的運行效率；采用自動化監控系統，自動化程度高；采用組裝式整體結構，與同流量和壓力的多級離心式鼓風機相比，節約耗能，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%，故其轉子轉動慣量較小，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、節約能源、性能調節范圍廣泛、效率高和自動化水平高等優點，早已在國外得到廣泛應用，是目前污水處理行業的主流產品。

水環式風機

從水環式風機工作原理看，風機風葉偏心地安裝在機體內，起動時向風內注入≥0.1Mpa壓力的水，當風葉旋轉時，水受離心力的作用，在機體內壁形成一旋轉水環，水環上部表面與輪轂相切沿箭頭方向旋轉，在前半轉過程中，水環內表面逐漸與輪轂脫離，風葉葉片間與水形形成封閉空間。隨著風葉旋轉逐漸擴大，空間氣體壓力降低，氣體被吸入空間。在后半轉過程中，水環內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不斷地抽吸或壓送氣體。

由于在工作過程中做功產生熱量，會使工作水環發熱，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、航天器的渦輪發動機，應用先進的空氣懸浮技術，采用了“高速直聯電機”和“空氣懸浮軸承”這兩個**核心技術，改善了傳統單級高速渦輪鼓風機的轉速齒輪、聯軸器、冷卻系統和油潤滑系統等，大大提高了產品的技術性能及運行可靠性。避免了噪音、振動以及廢棄潤滑油等對環境造成的二次污染，大大減少了設備維護工作量，節約了設備維護成本。

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、半導體技術和控制技術的發展而出現的一種新型電機，更加高效節能；采用變頻調節方式，使懸浮離心鼓風機的可調范圍更寬；采用空氣自冷卻技術，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定可靠；與羅茨風機相比可節能25%～35%，與傳統多級離心鼓風機相比可節能15%～20%，與傳統單級高速離心鼓風機相比可節能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，使轉動軸形成懸浮狀態，摩擦阻力小，效率高，也可以通過進口導葉調整風量。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。高速電機直接驅動三元流葉輪，省卻了齒輪箱，徹底消除機械傳動損失，實現高轉速，大大提高效率。

工作范圍：調節幅度大，智能化直流調速系統改變軸的轉速改變風量，可實時監控風機運行狀態，根據工況需求調整轉速，實現風量、風壓的智能調節，可實現恒風量、恒壓力、恒轉速等多種模式調節。

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，綜合成本優于多級離心風機。

在小流量范圍內羅茨鼓風機具有價格優勢，在中流量范圍內，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節的需求、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，更節能，而且噪音很低，但是成本高，維護復雜，目前應用于現場環境標準要求高，舍得花成本的企業。一般的污水處理廠承擔不起，隨著磁(空氣)懸浮風機的國產化，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

污水處理系統在新啟用時系統壓力基本上在設計范圍內，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阻力增加。這一點上容積式鼓風機顯然優于離心式風機，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境，不能為了污水處理而給環境帶來二次污染，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

在污水廠鼓風機選型時，風機廠家產品樣本上給出的均是標準進氣狀態下的性能參數，然而風機在實際使用中并非標準狀態，當鼓風機的環境工況如溫度、大氣壓力以及海拔高度等不同時，風機的性能也將發生變化，設計選型時就不能直接使用產品樣本上的性能參數，而需要根據實際使用狀態將風機的性能要求，換算成標準進氣狀態下的風機參數來選型。

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，排氣系統所產生的壓力(背壓)為管路系統的壓力損失值、曝氣池水深和環境大氣壓力之和。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下所能達到的壓力等于使用狀態下的大氣壓力、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，其結果為標準狀態下所需氧的質量流量qm(kg/min)，再將其換算成標準狀態下所需空氣的容積流量qv1(m3/min)，如果鼓風機的使用狀態不是標準狀態，例如在高原地區使用，則空氣密度、含濕量會發生變化，鼓風機所供應的空氣容積流量與標準狀態是相同的，而所供空氣的質量流量將減少，有可能導致供氧量不足。

因此，必須計算出能供應相同質量流量的容積流量，即換算流量qv2。在高原地區使用時，環境大氣壓力也會發生變化，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別

鼓風機選型應關注鼓風機供氣流量的變化規律對于同一臺鼓風機，在冬季和夏季，其容積流量是不會發生變化的，但因空氣密度的不同質量流量會發生變化，也就是說供氧量會有所不同。

鼓風機在標準狀態與使用狀態下的容積流量是不變的，但因為空氣密度(ρ)、含濕量(ds)等發生了變化，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，根據環境溫度變化，計算出鼓風機的實際供氧量(FOR)，其一年的變化規律在實際運行過程中，由于進水量、水質、水溫等參數的變化，系統需氧量(SOR)也會發生變化在夏季，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量流量較標準狀態大幅度增加，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，在生產運行過程中，需要針對這種變化對設備進行及時的調整，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，通過改變風機轉速來調整供風量是很經濟實用的。結論：同一臺鼓風機在不同的使用條件下，其性能的變化非常大，所以必須通過嚴謹的計算進行選型，否則有可能導致生化系統的供氧不足；另外，在冬季和夏季由于空氣密度發生了變化，鼓風機所供應氧氣的質量流量變化很大，冬季供氧量大大超過了需氧量，所以，應采取變頻調速等措施使生化系統的溶解氧濃度保持穩定。

四、如何有效降低風機產生的噪音

污水處理廠中的鼓風機房是噪音產生的重災區，如果不能有效的隔離降低鼓風機產生的噪音，會使廠區很多區域遭受噪音污染，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。其誘發原因是氣溫過高，空氣濕度過大，或負荷過大等都能引發喘振。

其現象是風機出口壓力突然大幅下降，而管網中壓力并不馬上減低，或是風機負荷加大，管網中阻力加大，都能導致管網中的氣體壓力大于風機出口處的壓力，管網中的氣體瞬間倒流向風機，直到管網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供氣，將倒流的氣體壓回去，這又使風機內空氣流量減少，壓力再次突然下降，管網中的氣體重新倒流至風機內，如此周而復始，在整個系統中產生周期性的低頻高振幅的壓力脈動及氣流振蕩現象，并發出低沉、響聲很大的噪聲，風機產生劇烈振動，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閉。當出現喘振的先兆時，自動放氣閥會根據事先設定的程序，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移至穩定區工作。從而逐漸增大出口壓力，使壓縮空氣逐漸送入管網。在保證出口壓力大于管網壓力的情況下，該放氣閥門逐漸關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。