城市污水處理的工藝技術(shù)較多，如AO(包括A2/O和A2·O)工藝、AB工藝、SBR工藝、UF/SB工藝等，其核心技術(shù)都是曝氣充氧。目前，在世界各國污水處理廠應(yīng)用較好的工藝技術(shù)可分為活性污泥法和接觸氧化法兩大類，而曝氣充氧是所有水處理工藝技術(shù)的關(guān)鍵，是必不可少的工藝過程。
　　就曝氣充氧而言，其工藝技術(shù)也各有不同，而保證工藝效果的關(guān)鍵在于設(shè)備。工藝設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中充氧的介質(zhì)是污水，而不是20℃狀態(tài)下的脫氧清水，計(jì)算充氧量時(shí)應(yīng)予修正。根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ14-87)的規(guī)定，采用機(jī)械延時(shí)完全混合曝氣工藝，清水與污水傳質(zhì)修正系數(shù)α為0.8～0.85，即清水中的動(dòng)力效率為2.5kgO2/kW·h，污水中動(dòng)力效率為1.8～2.25kgO2/kW·h。
1 復(fù)合葉輪倒傘表面曝氣機(jī)的特點(diǎn)
　　自卡魯塞爾氧化溝問世后，倒傘曝氣機(jī)也隨之面世。倒傘曝氣機(jī)由機(jī)械動(dòng)力驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，葉輪上均布的八個(gè)葉片環(huán)向推流甩水。但到目前，包括美國、德國和荷蘭在內(nèi)的發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的倒傘曝氣機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、葉輪形狀、安裝方式及動(dòng)力效率幾乎都徘徊在原有水平，未曾有大的突破。我國在水處理工藝中采用倒傘曝氣機(jī)已有近40年的歷史，但在設(shè)備生產(chǎn)上基本為照搬仿制，性能與國外產(chǎn)品差距較大。近年來，我國技術(shù)人員在總結(jié)了國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)械運(yùn)動(dòng)原理和流體特性自主成功研發(fā)出性能優(yōu)秀、動(dòng)力效率高、能耗低的復(fù)合葉輪倒傘表面曝氣機(jī)并獲國家專利授權(quán)。這種新穎的復(fù)合葉輪倒傘表面曝氣機(jī)與國內(nèi)外現(xiàn)有同類產(chǎn)品相比，具有以下特點(diǎn)：
　　(1)曝氣充氧動(dòng)力效率高、能耗低。根據(jù)流體特性，優(yōu)化設(shè)計(jì)了曝氣葉輪結(jié)構(gòu)，運(yùn)用機(jī)械運(yùn)動(dòng)，載流體定量、勻速、旋流環(huán)向噴射，形成強(qiáng)大勢(shì)能，挾裹空氣并充分與之混合，達(dá)到了理想的動(dòng)力效果，設(shè)備的充氧能力大幅提高，能耗明顯下降，特別是動(dòng)力效率，在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或認(rèn)定條件規(guī)定的動(dòng)力效率為1.88kgO2/kW·h時(shí)，傳統(tǒng)倒傘表面曝氣機(jī)的實(shí)測(cè)動(dòng)力效率為2.4kgO2/kW·h；而復(fù)合葉輪倒傘表面曝氣機(jī)的動(dòng)力效率在污水中≥3.22kgO2/kW·h，在清水中≥3.95kgO2/kW·h。復(fù)合葉輪倒傘表曝機(jī)不論在清水還是污水中，都達(dá)到了較高水平(見圖1和表1)。

表1 復(fù)合葉輪倒傘表面曝氣機(jī)檢測(cè)報(bào)告

檢測(cè)項(xiàng)目 單位 標(biāo)準(zhǔn)要求 檢驗(yàn)結(jié)果 單項(xiàng)評(píng)定 備注 充氧能力 kgO2/h ＞200 238.3 合格 此為污水中檢測(cè)的數(shù)據(jù)，相當(dāng)于清水中充氧能力238.3/0.80～0.85 理論動(dòng)力效率 kgO2/kW·h ＞1.88 3.22 合格 此為污水中檢測(cè)的數(shù)據(jù)，相當(dāng)于清水中充氧能力3.22/0.80～0.85

表2 配套電機(jī)功率比較

倒傘曝氣機(jī)
葉輪直徑(mm) 現(xiàn)有國內(nèi)外曝氣機(jī)
配套電機(jī)功率(kW) 復(fù)合葉輪倒傘表面曝氣
機(jī)配套電機(jī)功率(kW) 3250 55 45 3500 90 75 3750 132 90

　　由于動(dòng)力效率高，復(fù)合葉輪倒傘表面曝氣機(jī)的配套電機(jī)，比目前世界上其他同類產(chǎn)品都?jí)航盗艘粰n匹配電機(jī)的功率容量(見表2)。
　　由于動(dòng)力效率高，可壓降配套電機(jī)的功率容量，而實(shí)際的充氧能力又遠(yuǎn)高于國內(nèi)外現(xiàn)有同規(guī)格葉輪的曝氣機(jī)(見圖2)，因此大大降低了設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用，直接壓縮了污水凈化處理成本。
　　(2)倒傘曝氣機(jī)的安裝方法一般都是從氧化溝(水池)上面安裝減速機(jī)和電機(jī)，在無水狀態(tài)下的水池下面安裝葉輪，一旦需要維修，必須將氧化溝內(nèi)的污水放盡并沖洗干凈后才可實(shí)施維修。這樣不僅造成維修困難，而且氧化溝(池)內(nèi)污水少則上萬m3，排放回流相當(dāng)困難。污水未經(jīng)處理不能排放，而經(jīng)過處理的污水在排放時(shí)，已培養(yǎng)馴化成熟的活性污泥也會(huì)隨之排掉，當(dāng)再繼續(xù)放污水進(jìn)池轉(zhuǎn)入正常的污水處理過程時(shí)，活性污泥的培養(yǎng)馴化又需要一到兩個(gè)月的時(shí)間，極大地浪費(fèi)了人力、財(cái)力和物力。
　　復(fù)合葉輪倒傘型表面曝氣機(jī)，采用了新的組合結(jié)構(gòu)，葉輪和機(jī)座都可直接在水池上面進(jìn)行安裝，減速機(jī)、電機(jī)則在葉輪和機(jī)座安裝就位后安放在上面固定即可，從而達(dá)到了“模塊化組合，藝術(shù)化造型”的效果。
　　(3)減速機(jī)采用了航空工業(yè)專業(yè)齒輪減速機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)制造的高效率(傳動(dòng)效率>98%)、低噪音(<75dB(A))同心軸輸出的減速機(jī)，充分利用了齒輪的有效圓，多齒嚙合，傳遞扭矩大，比平行軸減速機(jī)體積小，機(jī)油無泄漏，24h不停歇運(yùn)轉(zhuǎn)，壽命一般可達(dá)15年左右(特殊要求使用壽命能達(dá)20年以上)，且外形美觀。
　　減速機(jī)與曝氣葉輪的傳動(dòng)系統(tǒng)采用浮動(dòng)聯(lián)接，在任何狀態(tài)下都可保證兩者間的運(yùn)轉(zhuǎn)振擺誤差，杜絕了傳動(dòng)滯阻或卡死現(xiàn)象的出現(xiàn)。
2 應(yīng)用情況
　　山東省平陰縣日處理量為4萬m3的污水處理廠選用了4臺(tái)高效低能耗Φ3750mm復(fù)合葉輪倒傘表面曝氣機(jī)，采用傳統(tǒng)的卡魯氧化溝工藝。曝氣機(jī)應(yīng)用工藝流程見圖3。

　　曝氣機(jī)平行安裝在氧化溝曝氣充氧區(qū)段曝氣充氧，貧氧區(qū)段安裝2臺(tái)低速推流器進(jìn)行補(bǔ)償推流。復(fù)合葉輪倒傘表曝機(jī)配套電機(jī)功率為110kW，實(shí)際消耗功率≤80kW·h。
　　正常運(yùn)行后，根據(jù)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地檢測(cè)及測(cè)試數(shù)據(jù)核算，該污水處理廠全年全日制運(yùn)行可節(jié)約的費(fèi)用：
(1)按理論動(dòng)力效率計(jì)算
　　傳統(tǒng)的3750型倒傘表曝機(jī)理論動(dòng)力效率＞1.88kgO2/kW·h，按1.88kgO2/kW·h計(jì)，單池耗氧量按350kgO2/h計(jì)，復(fù)合葉輪倒傘表曝機(jī)單池2臺(tái)機(jī)組理論耗能186.2kW/h，實(shí)際耗能108.7kW/h，節(jié)能77.5kW/h，以電費(fèi)0.6元/kWh計(jì)，每年節(jié)約電費(fèi)約81.5萬元。
(2)按設(shè)計(jì)需氧量與實(shí)際充氧量比較
　　以復(fù)合葉輪倒傘表曝機(jī)滿載時(shí)計(jì)，單池耗氧量按350kgO2/h計(jì)，單池機(jī)組設(shè)計(jì)耗氧量350kgO2/h，實(shí)際充氧量476.6kgO2/h，單池機(jī)組節(jié)能79.6kW/h，每年節(jié)約電費(fèi)約83.7萬元。
(3)與國內(nèi)外同類產(chǎn)品比較
　　以國內(nèi)某同類產(chǎn)品檢測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，其動(dòng)力效率為2.1kgO2/kW·h，單池耗氧量按350kgO2/h計(jì)，在同等條件下，同類產(chǎn)品的單池2臺(tái)機(jī)組耗能為166.7kW/h，復(fù)合葉輪倒傘表曝機(jī)耗能108.7kW/h，節(jié)能58kW/h，每年比同類產(chǎn)品節(jié)約電費(fèi)約70多萬元。
3 結(jié)語
　　通過實(shí)際應(yīng)用及檢測(cè)數(shù)據(jù)，證明了國產(chǎn)化的關(guān)鍵污水處理設(shè)備復(fù)合葉輪倒傘表面曝氣機(jī)具有效率高、能耗低、運(yùn)行節(jié)電、成本節(jié)省的可靠性能和特點(diǎn)，設(shè)備運(yùn)行處理效果與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比，效率提高60%以上，能耗節(jié)約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

作者簡(jiǎn)介：張?chǎng)午?，高?jí)工程師，中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)水污染治理委員會(huì)個(gè)人委員、江蘇亞太水工機(jī)械設(shè)計(jì)研究所總工程師。