水處理設備的合理選型，是每一個設計人員需要掌握的知識。作為輸送提升的核心設備，泵在水處理項目中無處不在。泵的原理多樣，種類繁多，而且還在不斷地發展創新，不同的應用場合，泵的使用方法也各有差異。在城市污水處理廠，鼓風曝氣所占的能耗占到總能耗的一半左右，選擇合适的曝氣風機在節約運行成本中占着至關重要的作用。

如何選擇污水處理泵?

1、泵的原理與分類

在專業定義上，泵是指将原動機的機械能轉換成流體的壓力能和動能，從而實現流體定向輸運的動力設備。在使用時常按用途來進行命名，比如潛污泵、污泥泵、計量泵等，工作原理各有不同。按工作原理可以分類如下：

1、葉片式泵

葉片式泵包括離心泵(單級、多級)，軸流泵，混流泵，旋渦泵等。

離心泵-利用旋轉葉輪帶動流體一起旋轉，借離心力的作用，使流體的壓力能和動能得到增加。

軸流泵-利用葉輪上的翼型葉片在流體旋轉所産生的升力使流體的能量增加。

4、潛污泵的安裝

潛污泵是潛水排污泵的簡稱，在潛水泵的基礎上通道采用抗堵塞設計，用于一級提升、中間提升及污泥回流等。主要用于市政工程、樓宇建築、工業排污和污水處理場合，排送含固形物和長纖維的污水、廢水和雨水等。

1、常用的兩種安裝方式

潛污泵安裝條件簡單，流量覆蓋範圍較大，從10m3/h以下到幾千m3/h，是水處理工程特别是中小型項目中最常用的提升設備之一。潛污泵常見的安裝方式主要有兩種：耦合式安裝和移動式安裝。

其中耦合式安裝是通過耦合器将泵與管道相連，泵與出水管路脫離方便，水泵檢修時通過起吊裝置起吊即可。耦合式安裝适用于各種規格的潛污泵，是潛污泵最常用的安裝方式，耦合器由設備廠家成套供貨。

移動式安裝指泵出口管路直接通過軟管連接至水面上，潛污泵靠自重置于水池底部或通過鐵鍊等懸挂在起吊裝置上。移動式安裝無需耦合器和池底固定，便于移動，檢修時連管道一起起吊即可。同時由于安裝方式的原因，難以承擔大的力矩，隻适用于小型的潛污泵。

2、安裝條件圖的解釋

在選型确認後，潛污泵的廠家會提供安裝條件圖，設計人員需要能讀懂各尺寸和符号的意思。以某潛污泵廠商的樣本安裝條件為例說明如下：

1)最低運行液位

功率11kw以上的泵可以選擇裝置電機冷卻系統對泵進行冷卻，若不選冷卻系統，是由泵送介質直接冷卻電機。兩種不同的冷卻方式對應的最低液位不同，直接冷卻方式的需要液位高于帶冷卻系統的方式。

在廠家提供的安裝條件圖中，用實心三角“▼”和空心三角“▽”來進行區分，其中“▼”表示帶冷卻系統，“▽”表示不帶冷卻系統。

在上面案例的安裝條件圖中，帶冷卻系統時，有效最低液位距離耦合裝置底部為570mm，不帶冷卻系統時，距離為785mm。即有冷卻系統時有效液位可以低出215mm。

2)平面開孔與定位

潛水泵耦合式安裝時，平面的開孔需考慮潛水泵的最小安裝尺寸。案例中A向視圖表示了水泵的最小安裝孔的大小尺寸，1000×700mm。

在進行定位時，安裝導杆的池邊是基準線。這是因為潛污泵的就位是靠與耦合裝置連接的導杆來完成的，導杆的位置由池邊确定。耦合器基座的螺栓進行定位時，也需以池邊為基準線進行。按上面案例，應先确定距離池邊253mm的螺栓孔位置，再通過螺栓孔的間距350mm來确定另外兩個螺栓孔的位置。

最終在圖紙中體現的最重要的尺寸為：頂部平面開孔的位置與大小，以及底部的預埋地腳螺絲的位置與規格(一般采用預留孔進行後澆混凝土的設計)。

頂部的導杆固定通常采用膨脹螺栓的方式完成。

3、電氣保護措施

由于潛污泵為潛水運行，可能會出現漏水等情況而損壞水泵，需要進行預防。以某潛污泵廠家為例，采用的措施有：7.5kw以下的泵設有電機繞組過熱保護元件和漏水探頭;11kw及以上的泵設有電機繞組過熱保護元件、浮子開關、漏水探頭;30kw及以上的泵在電機上端蓋内增設漏水探頭等。

其中過熱保護元件是置于電機定子繞組内，不正常運行狀況下，繞組穩定達到過熱保護原件的設定值時，通過電櫃過熱保護裝置停止電機。

漏水探頭用作漏水檢測，電機側進水後通過電控櫃報警并停機。浮子開關用作檢測電機側機械密封是否失效，電機腔是否進水，探測到進水後通過電控櫃報警并停機。

在潛污泵的電氣安裝中，需要根據選型條件及廠家反饋的電氣要求進行電控櫃的設計，從而達到保護效果。

5、離心泵的安裝

離心泵是輸水中最常用的泵之一，為了避免汽蝕現象的發生，離心泵的安裝高度需要進行非常仔細的校核計算。水泵進水側裝置形式示意圖如下：

泵的允許幾何安裝高度與多方面條件有關，公式如下：

式中：

[Hg]—泵的允許幾何安裝高度，m;(計算結果供設計時利用，實際安裝高度需低于允許安裝高度)

pe—吸水水面壓力，Pa;(為吸水水面的大氣壓，海拔越高大氣壓越低)

pv—飽和蒸汽壓力，Pa;(與水溫有關，水溫越高，飽和蒸汽壓力越高)

ρ—流體的密度，kg/m3;

g—重力加速度，9.81m/s2;

[NPSH]—水泵的允許汽蝕餘量，m;(與水泵性能有關，廠家提供)

hw—吸入管路中的水頭損失，m。(與吸水管路設計有關，由設計人員确定)

由上式可知，海拔越高、水溫越高、允許汽蝕餘量越大、進水管路水頭損失越大，允許幾何安裝高度越小。

不同海拔時的大氣及對應的水頭高度見下表：

不同溫度時水的飽和蒸汽壓力計對應水頭高度見下表：

例：由泵樣本知某離心泵汽蝕餘量為[NPSH]=3.29m，欲在海拔500m高度的地方工作，該地區夏季最高水溫為40℃，若吸水管的水頭損失為1m，則該泵在當地的運行幾何安裝高度[Hg]計算如下：

設吸水水面壓力為當地大氣壓，由表查得海拔500m處大氣壓頭9.7m，水溫40℃時，水的飽和蒸汽壓頭為0.752m，計算得：[Hg]=9.7-0.752-3.29-1=4.658m

如何選擇污水處理鼓風機?

1、曝氣用鼓風機分類

好氧池曝氣常用的風機有四類：羅茨鼓風機、多級離心風機、單級高速離心風機和磁(空氣)懸浮風機。

2、鼓風機介紹

1）羅茨鼓風機

羅茨鼓風機目前多為三葉型，每轉動一圈由兩組三葉型葉輪完成3次吸、排氣。結構簡單，性能穩定。羅茨鼓風機屬于容積式風機，其特點是在最高設計壓力範圍内，管網阻力變化時，流量變化很小。羅茨風機的性能曲線如下：

從性能曲線可知，羅茨風機風量受壓力變化影響小。當曝氣池液位變化時，鼓風量基本不變。

風量調節：羅茨風機風量受轉速控制，風量調整可通過變頻調速進行，變頻後風壓可以維持。

2）多級離心風機

離心鼓風機是電機帶動風機葉輪旋轉，使葉片之間的氣體在離心力的作用下甩出，外界氣體通過葉輪中間形成的負壓吸入，達到連續鼓風的目的。在常規轉速下單級離心升壓有限，采用多級串接的方式可達到升壓要求，稱為多級離心風機。多級離心風機典型的性能曲線如下：

從性能曲線可知，多級離心風機随風壓變化流量變化較大。當曝氣池液位變化時，鼓風量會有變化。

風量調節：多級離心風機風量調節可通過變頻進行，變頻後風壓會相應降低，變頻範圍受到一定限制。

3）單級高速離心風機

單級高速離心風機指提高風機轉速，通過單級離心即可達到工藝的升壓要求。單級高速離心風機風量大、效率高，對制造水平要求較高。單級高速離心風機的性能曲線如下：

從性能曲線可知，單級高速離心風機随風壓變化流量變化非常大。當曝氣池液位發生變化時，鼓風量變化會較大。

風量調節：單級高速離心風機可通過進口導葉調整，風量調整時不影響風壓，同時可以降低風機軸功率，達到節能效果。由于變頻調節時，風壓下降幅度會較大，可能會無法滿足工藝要求，單級高速離心風機一般不用變頻調節風量。

4）磁(空氣)懸浮風機

磁(空氣)懸浮離心風機是通過磁或空氣的作用，使轉動軸形成懸浮狀态，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(空氣)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。

3、性能比較

不同的曝氣風機有着不同的适用範圍，羅茨風機、多級離心風機和單級高速離心風機各自的流量範圍也有較大的差異，羅茨風機在小流量範圍，多級離心中流量範圍，單級高速離心風機在高流量範圍。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最高，多級離心風機其次，羅茨風機最低。同樣的供風量，羅茨風機能耗最高，單級高速離心風機能耗最低。

從設備采購成本看，羅茨風機成本最低，多級離心風機居中，單級高速離心風機最高。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。

在小流量範圍内羅茨鼓風機具有價格優勢，在中流量範圍内，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最低。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，但是成本最高，維護複雜，目前應用于現場環境标準要求高，舍得花成本的企業。一般的污水處理廠承擔不起，随着磁(空氣)懸浮風機的國産化，以後成本會越來越親和!

4、曝氣鼓風機選型中需要注意的幾個問題

1）按實際情況計算參數

在污水廠鼓風機選型時，風機廠家産品樣本上給出的均是标準進氣狀态下的性能參數，然而風機在實際使用中并非标準狀态，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，風機的性能也将發生變化，設計選型時就不能直接使用産品樣本上的性能參數，而需要根據實際使用狀态将風機的性能要求，換算成标準進氣狀态下的風機參數來選型。

2）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後裝置的情況，即所謂“背壓”決定的， 曝氣鼓風機具有強制輸氣的特點。

鼓風機銘牌上标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，而且隻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，排氣系統所産生的絕對壓力(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洩漏等原因，管路系統的壓力損失則會減少，背壓便不斷降低，鼓風機的壓力也随之降低。

綜上所述，确定曝氣鼓風機壓力時，隻需要鼓風機在标準狀态下所能達到的絕對壓力等于使用狀态下的大氣壓力、曝氣池水深和管路損失之和。

3）鼓風機空氣流量因素

在計算污水處理的需氧量時，其結果為标準狀态下所需氧的質量流量qm(kg/min) ，再将其換算成标準狀态下所需空氣的容積流量qv1(m3/min) ，如果鼓風機的使用狀态不是标準狀态，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标準狀态是相同的，而所供空氣的質量流量将減少，有可能導緻供氧量不足。

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，那麼，羅茨鼓風機的洩漏流量qvb則會增大，這将導緻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和洩漏流量qvb2。

4）注意冬季和夏季的區别

鼓風機選型應關注鼓風機供氣流量的變化規律對于同一台鼓風機，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。

鼓風機在标準狀态與使用狀态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，導緻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最不利工況點，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，那麼風機所供給的幹空氣的質量流量較标準狀态大幅度增加，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，在生産運行過程中，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适應。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。結論同一台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，否則有可能導緻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。

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