汪宏強 陳大勇
(1.桐鄉(xiāng)市匯合水質(zhì)凈化有限公司,浙江 桐鄉(xiāng) 314500;2.桐鄉(xiāng)市城市污水處理有限責(zé)任公司,浙江 桐鄉(xiāng) 314500)
某污水處理廠現(xiàn)有多級離心風(fēng)機3臺,功率315KW,額定出口風(fēng)壓0.72bar,額定風(fēng)量10000m3/h,二期擴建工程后,在利用原有多級風(fēng)機基礎(chǔ)上新增2臺單級離心風(fēng)機,額定出口風(fēng)壓0.78bar,風(fēng)量7200m3/h,日常1臺多級和1臺單機風(fēng)機并列運行。由于原有工藝為CASS工藝,二期擴建工程中污水處理工藝調(diào)整為A2/O+MBBR工藝,其曝氣過程由原來的間歇式曝氣改為連續(xù)性曝氣,由變水位運行轉(zhuǎn)變?yōu)楹闼贿\行,曝氣系統(tǒng)揚程增加,而多級風(fēng)機出口風(fēng)壓低和單級風(fēng)機出口風(fēng)壓高的特點,使生化池曝氣系統(tǒng)調(diào)節(jié)氣量困難。經(jīng)常出現(xiàn)多級風(fēng)機喘振現(xiàn)象,嚴重影響污水廠的正常生產(chǎn)運行,而如何在合理使用現(xiàn)有設(shè)備的前提下,避免多級離心風(fēng)機的喘振,成為污水廠管理的重要內(nèi)容。
1)國內(nèi)離心風(fēng)機按污水處理廠推廣使用的時間可分為羅茨風(fēng)機、多級離心風(fēng)機、單級離心風(fēng)機、磁懸浮風(fēng)機和空氣懸浮風(fēng)機。羅茨風(fēng)機是運用容積式原理,由一對齒輪相互嚙合,將氣體由進氣口推送到出氣口,具有結(jié)構(gòu)簡單,不產(chǎn)生喘振的優(yōu)點,但由于羅茨風(fēng)機風(fēng)量小噪聲大,主要運用在早期的小型污水處理廠,現(xiàn)階段污水處理廠都廣泛應(yīng)用后4種離心風(fēng)機。
2)離心風(fēng)機的工作原理是使氣體通過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪獲得加速,從而將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽渲饕考羞M氣口、導(dǎo)流片、葉輪、螺旋形蝸殼、出氣口以及擴散器等。氣體在葉輪中的流動方式以及特點均是由葉輪的形狀、大小以及轉(zhuǎn)速決定的,且風(fēng)機的流量、壓力以及它們之間存在的關(guān)系都和葉輪有關(guān)。其中單級離心風(fēng)機具有高轉(zhuǎn)速高揚程的特點,多級、磁懸浮、空氣懸浮風(fēng)機則有大流量的優(yōu)點但揚程較低。目前,離心風(fēng)機以其高效率和低噪音的優(yōu)勢,在各類污水處理廠、自來水廠都得到了廣泛應(yīng)用。
1)污水廠一期工程在2009年建設(shè)時安裝3臺HIBON多級離心風(fēng)機,額定出口風(fēng)壓為0.72bar,額定風(fēng)量10000m3/h,采用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)量。當時采用CASS工藝,設(shè)計處理量30000m3/d,3組生物池間歇出水,一組曝氣,一組沉淀,一組出水,變水位運行,工作水位在3.5米--6.7米間變化。風(fēng)機出口壓力在0.45bar--0.7bar,因處理工藝需風(fēng)量在5500m3/h--7000m3/h左右,而多級離心風(fēng)機在變頻器頻率下降后,壓力隨流量同時下降,在7000 m3/h時出口壓力已接近管道壓力,開始出現(xiàn)喘振,因此特地安裝一套排空系統(tǒng),放空一部分氣體以提高風(fēng)機轉(zhuǎn)速。當時的主要問題是管網(wǎng)負荷小,多級離心風(fēng)機流量過大,風(fēng)量存在浪費現(xiàn)象。
2)污水廠二期2013年建成投產(chǎn),新增2臺Howden單級風(fēng)機,風(fēng)量7200m3/h,額定出口風(fēng)壓0.78bar。采用導(dǎo)葉調(diào)風(fēng)量。污水處理工藝調(diào)整為A2/O+MBBR工藝,設(shè)計處理量60000m3/d,曝氣方式發(fā)生改變,由原來的3級生物池間歇式曝氣改為連續(xù)性曝氣,由變水位運行轉(zhuǎn)變?yōu)楹闼贿\行,運行水位在6.8米。由于處理水量增加,為保持合量的氣水比,需要風(fēng)量為60000/24*6=15000m3/h。如運行2臺單級風(fēng)機,曝氣量不夠,將嚴重影響出水水質(zhì)穩(wěn)定。因此實際開啟1臺單級離心風(fēng)機+1臺多級離心風(fēng)機。在單級離心風(fēng)機(電流258A),風(fēng)量約5000m3/h時,空氣總管壓力在0.72bar,多級風(fēng)機風(fēng)量約8000m3/h,風(fēng)量雖還有余量,但風(fēng)機壓力已達極限。
3)每年進入夏季后,隨著溫度上升,水中溶解氧開始下降,為保持正常的活性微生物需氧量,需要加大風(fēng)機出風(fēng)量;但隨氣溫升高,風(fēng)機的出風(fēng)量卻成下降趨勢,喘振點曲線上移。為保護多級離心風(fēng)機不進入喘振區(qū)間,必須關(guān)小單級風(fēng)機出風(fēng)量,降低管道壓力,從而出現(xiàn)氣溫越高越需要增加風(fēng)量時,風(fēng)機效率越低,而操作員為保證多級離心風(fēng)機風(fēng)量在喘振點之上,就必須關(guān)小單級離心風(fēng)機導(dǎo)葉來減小風(fēng)量降低管網(wǎng)壓力,引起風(fēng)量越調(diào)越低的惡性循環(huán)。
圖一 氣溫與溶解氧(DO)對應(yīng)表
1)喘振發(fā)生的因素是出口壓力變大,通過葉輪的氣體流量變小。在實際生產(chǎn)中,喘振現(xiàn)象對于離心式風(fēng)機來說,屬于經(jīng)常性易發(fā)生的現(xiàn)象。在風(fēng)機出現(xiàn)喘振現(xiàn)象的時候,風(fēng)機的流量不穩(wěn)定,一會兒大一會兒?。?]。而伴隨空氣流量的劇烈波動,使葉輪應(yīng)力迅速變化后產(chǎn)生強烈振動,噪音加大,繼而引起整個機組的振動,每出現(xiàn)一次喘振都會對設(shè)備的葉輪、機械密封、軸承造成損傷,情況嚴重時,一次強烈的喘振就會造成風(fēng)機出現(xiàn)軸承損壞、葉輪、導(dǎo)風(fēng)口擋板破損的事故。
圖二 喘振后導(dǎo)風(fēng)口擋板破裂
2)規(guī)避喘振點首先要找出喘振控制點,喘振控制點的確定需要依據(jù)風(fēng)機的性能曲線,結(jié)合現(xiàn)場操作人員的對風(fēng)機運行情況的觀察,以及對前期出現(xiàn)喘振時壓力、流量曲線的分析。以本廠為例,按操作經(jīng)驗在2臺風(fēng)機并列運行時空氣流量低于6700M3/h即出現(xiàn)喘振,因此日常操作中以7000M3/h作為報警下限,但在某次7600M3/h就發(fā)生喘振,在排查中發(fā)現(xiàn)當日因進水濃度極高,為保證充足的溶解氧,值班人員緊急開啟了2臺單級風(fēng)機和1臺多級風(fēng)機,管網(wǎng)壓力從0.76bar上升到0.83bar,使得喘振的控制點 快速上移,造成了本次喘振事故。
3)降低配氣管網(wǎng)的壓力,由于污水廠的A2O工藝曝氣水深相對固定,根據(jù)管網(wǎng)特性,對于離心式風(fēng)機來說,其工作特點主要表現(xiàn)為:風(fēng)機性能曲線與管網(wǎng)特性曲線出現(xiàn)交點,并且工作點隨著其中任何一條曲線的變化而發(fā)生改變。增大管網(wǎng)阻力,其特性曲線將變陡,進而在一定程度上使得工作點向小流量方向移動。以現(xiàn)有3臺多級離心風(fēng)機為例,采用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)量,特點是變速同時變風(fēng)量,變壓力,轉(zhuǎn)速變化→流量變化→壓力變化更大。
出口動壓和轉(zhuǎn)速平方成正比關(guān)系,離心式風(fēng)機在運行過程中,隨著轉(zhuǎn)速的下降,葉輪對氣體做功逐步降低,出口壓力和流量曲線了逐步下移,容易發(fā)生喘振/風(fēng)量調(diào)不下來。從風(fēng)機的特性曲線上可以看出,在出口壓力下降的時候,流量就會加大,此時風(fēng)機運行的工況點也逐漸遠離喘振點,所以降低出口壓力,可以有效地降低喘振發(fā)生的概率。為提高單級離心風(fēng)機風(fēng)量的同時規(guī)避多級離心風(fēng)機喘振點,在空氣總管上安裝了排空閥和消音器,當風(fēng)量調(diào)整接近臨界點時放空部分空氣,用損失部分效率來解決壓力與流量之間的矛盾。
4)調(diào)整污水廠工藝,在污水廠初始設(shè)計中,考慮氣水比為6∶1,15000m3/h,MLSS4000mg/L,在實際運行中,以多年的工藝數(shù)據(jù)為依據(jù),發(fā)現(xiàn)在冬季溫度低時,活性污泥對有機物、TN、TP的去除率下降,微生物最適宜生長繁殖的溫度范圍為16~30℃,當溫度低10℃時,廢水的凈化效果將明顯降低,一般來說,溫度每降低10℃,COD的去除率會降低10%。冬季MLSS保持在4000mg/L,可以有效地發(fā)揮其凈化功能。夏季微生物生長繁殖快,MLSS控制在3000mg/L時即可以保證出水批標正常。隨著微生物數(shù)量的減少,對氧氣的消耗也逐漸降低,因此夏季以低污泥濃度運行可以有效減少對供氣量的要求。
污水廠曝氣系統(tǒng)的正常對污水處理達標排放起著決定性的作用,通過對喘振現(xiàn)象的分析和操作流程、工藝的調(diào)整,從而使現(xiàn)有兩種類型離心風(fēng)機能夠穩(wěn)定的并網(wǎng)運行。從生產(chǎn)運行的角度出發(fā),設(shè)備型號和性能一致,生物池水深越淺越利于整個流程的操作和管控。但老污水廠提標改造后易產(chǎn)生設(shè)備型號、參數(shù)不同;新建污水廠單位面積處理量不斷提升,也導(dǎo)致生物池深度加大,曝氣水頭提高。在成本、土地、安裝空間等條件制約下,污水廠技術(shù)人員需要在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上,做到理論和實踐,工藝和設(shè)備管理、運行相融合,在提高系統(tǒng)可靠性和可操作性上下功夫,從而保障污水廠的正常運行。