污泥堆肥工程曝氣高壓風機的設(shè)計與選型

隨著我國污水處理事業(yè)的不斷發(fā)展，逐漸增多的污水處理廠的脫水污泥漸漸成為城市管理的頑疾，傳統(tǒng)填埋或者棄置的做法已無法滿足當前需要，污泥無害化、減量化、資源化技術(shù)隨之發(fā)展起來。污泥好氧堆肥技術(shù)作為適合我國國情的一種污泥處置技術(shù)，正得到推廣發(fā)展。好氧曝氣工序是污泥好氧堆肥工藝流程的主要組成部分，其曝氣高壓風機選型的合理與否將會對整個項目的技術(shù)及經(jīng)濟可行性產(chǎn)生重要影響。

 1).工作原理及工況要求
    與污水處理中的高壓風機選型相同，風量、風壓和工況條件也是風機選型的基礎(chǔ)。污泥堆肥好氧發(fā)酵倉所需的空氣流量需根據(jù)物料量計算得出。污泥發(fā)酵曝氣系統(tǒng)所需的高壓風機壓力由物料阻力損失和管路系統(tǒng)損失兩部分組成。與污水處理曝氣系統(tǒng)不同的是，其管路損失占風壓損失的絕大部分，一般物料阻力損失約為300～600Pa。管路系統(tǒng)一般分為分散供氣系統(tǒng)和集中供氣系統(tǒng)，管路系統(tǒng)損失系根據(jù)管路復(fù)雜程度和管徑計算取得。污泥發(fā)酵曝氣系統(tǒng)見圖2。

2) 集中供氣與分散供氣比較
    污水好氧曝氣系統(tǒng)的主要阻力來源于水壓，一般供氣系統(tǒng)阻力約占總阻力的20%以下。污泥發(fā)酵曝氣系統(tǒng)的主要阻力集中在輸布氣管路系統(tǒng)，占總阻力的80%以上。因此對于污泥發(fā)酵曝氣系統(tǒng)來講，管路阻力分布的均勻性將會直接影響曝氣的均勻性，并且影響程度較大。管路系統(tǒng)由于局部堵塞造成的微小阻力變化將會直接影響到系統(tǒng)內(nèi)其他管路的曝氣量。因為固體發(fā)酵運行情況比較復(fù)雜，條件也比較惡劣，因此發(fā)生曝氣管堵塞的機率較大。1臺風機供氣的倉數(shù)越多，相互的影響也就越大，發(fā)酵倉之間就越容易出現(xiàn)相對短流或斷流，并且這種影響無法預(yù)知、不可逆、很難監(jiān)測。如果不加以修復(fù)，將直接影響到發(fā)酵倉的正常運轉(zhuǎn)，而修復(fù)過程中必須清倉取出曝氣管道，清理后重新安裝，不僅工作量大，工作條件惡劣，而且需要較長的時間。
    供氣超量將造成堆溫下降，物料無法正常腐熟，出料仍會存在大量細菌和待分解物質(zhì)，達不到穩(wěn)定化要求，無法利用。供氣不足將會造成局部厭氧，好氧菌數(shù)量減少，發(fā)酵效率降低，出料含水率無法達到設(shè)計要求。
    要對上述問題進行修復(fù)，只能通過停止運轉(zhuǎn)、清空發(fā)酵倉清理管路來完成。將此類問題發(fā)生機率降到最低的高壓風機設(shè)置方案為每臺高壓風機對應(yīng)1個發(fā)酵倉。1臺高壓風機對應(yīng)1個發(fā)酵倉曝氣，物料在1個發(fā)酵倉中移動，高壓風機供氣通過管路進入所對應(yīng)的發(fā)酵倉，無論是否存在堵塞現(xiàn)象，物料均可以接觸到空氣完成好氧發(fā)酵過程。
    此外，在高壓風機選型中，每小時數(shù)萬立方米風量、幾十千帕風壓的參數(shù)對于羅茨或離心風機的選型都十分困難，且運行工況處于極低效率區(qū)域，裝機功率大大增加，若選擇大型離心通風機，會由于集中供氣較為復(fù)雜的管路系統(tǒng)，使得壓力無法滿足工藝要求。
    需要強調(diào)的是，即使1臺高壓風機配合流量計閥門控制供應(yīng)2座發(fā)酵倉，也同樣會出現(xiàn)兩個供氣系統(tǒng)相互干擾的情況。通過流量計和閥門控制來增加控制點和系統(tǒng)阻力損失，對于整個曝氣系統(tǒng)來講，會增加控制難度、降低運行穩(wěn)定性、減小動力效率。并且在單倉運行時，氣量過大會出現(xiàn)供氣超量現(xiàn)象，強制調(diào)節(jié)閥門控制氣量則會損害高壓風機的運行，影響高壓風機的使用壽命。
3) 國內(nèi)應(yīng)用情況
    目前國內(nèi)成功運行的污泥堆肥項目較少，采用曝氣系統(tǒng)的污泥堆肥項目則更少，正常運行的項目大都采用離心通風機作為曝氣系統(tǒng)氣源，但也有相當一部分采用旋渦式高壓風機作為曝氣系統(tǒng)氣源的。
（1）污水好氧曝氣系統(tǒng)
   污水好氧曝氣系統(tǒng)的主要阻力來源于水壓超過80%，而一般輸布氣管路阻力僅占總阻力的不足20%。對于污水好氧曝氣系統(tǒng)來講主要是考慮水深對高壓風機壓力的要求，管路分布的均勻性對曝氣的均勻性的影響甚微，而水深基本恒定，集中供氣管路間流量調(diào)節(jié)基本可以一次完成。
（2）污泥發(fā)酵曝氣系統(tǒng)
    污泥發(fā)酵曝氣系統(tǒng)的主要阻力集中在輸布氣管路系統(tǒng)，占到總阻力的80%～90%，物料堆產(chǎn)生的阻力占總阻力的10%～20%。因此對于污泥發(fā)酵曝氣系統(tǒng)而言，管路阻力決定高壓風機壓力，管路分布的均勻性將直接影響曝氣的均勻性，而且影響程度相當大。由于翻堆過程每天都在進行，不同發(fā)酵倉中的物料堆體形態(tài)和疏松程度也在不斷改變，管路系統(tǒng)也不可避免地存在局部堵塞情況，并且這種堵塞情況可能時刻都在發(fā)生變化，因此若采用集中供氣的系統(tǒng)，所有流量調(diào)節(jié)閥門的動作過程將每天持續(xù)進行。

4).結(jié)語：由于污泥好氧堆肥固體發(fā)酵的曝氣系統(tǒng)與污水生化曝氣阻力構(gòu)成截然相反，因此污水處理中傳統(tǒng)的曝氣形式不適用于污泥好氧堆肥工程。
    綜上所述，旋渦式高壓風機作為理想的曝氣氣源設(shè)備與發(fā)酵倉一一對應(yīng)，可進行分散供氣，減少相互影響的概率，并可節(jié)省投資和運行費用。對于可能存在的設(shè)備備用問題，可以通過在高壓風機之間設(shè)置管道閥門連接的方式，在維修情況下實現(xiàn)互為備用。