中國市政華北設(shè)計(jì)研究院 王樹成

　　摘要：本文針對(duì)我國城市污水處理廠生化反應(yīng)過程，從工藝技術(shù)機(jī)理與運(yùn)行控制的結(jié)合點(diǎn)，闡述了生物反應(yīng)池的運(yùn)行控制，提出了應(yīng)的控制方案。
　　關(guān)鍵詞：污水處理、生物反應(yīng)池、運(yùn)行控制、溶解氧

　　在污水處理工藝中，生物反應(yīng)單元是其核心，這一部分運(yùn)行控制的好壞直接關(guān)系到整個(gè)污水處理廠的運(yùn)行狀況。因此，本文從工藝技術(shù)機(jī)理、影響因素等方面入手，尋求最佳運(yùn)行控制的參數(shù)與方式。
　　在污水生物處理過程中，影響微生物活性的因素可分為基質(zhì)類和環(huán)境類兩大類。
　　基質(zhì)類包括營養(yǎng)物質(zhì)，如以碳元素為主的有機(jī)化合物即碳源物質(zhì)、氮源、磷源等營養(yǎng)物質(zhì)、以及鐵、鋅、錳等微量元素；另外，還包括一些有毒有害化學(xué)物質(zhì)如酚類、苯類等化合物、也包括一些重金屬離子如銅、鎘、鉛離子等。
　　環(huán)境類影響因素主要有：
　　（1）溫度。溫度對(duì)微生物的影響是很廣泛的，盡管在高溫環(huán)境（50℃～70℃）和低溫環(huán)境（-5～0℃）中也活躍著某些類的細(xì)菌，但污水處理中絕大部分微生物最適宜生長(zhǎng)的溫度范圍是20-30℃。在適宜的溫度范圍內(nèi)，微生物的生理活動(dòng)旺盛，其活性隨溫度的增高而增強(qiáng)，處理效果也越好。超出此范圍，微生物的活性變差，生物反應(yīng)過程就會(huì)受影響。一般的，控制反應(yīng)進(jìn)程的最高和最低限值分別為35℃和10℃。
　　（2）PH值。活性污泥系統(tǒng)微生物最適宜的PH值范圍是6.5-8.5，酸性或堿性過強(qiáng)的環(huán)境均不利于微生物的生存和生長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使污泥絮體遭到破壞，菌膠團(tuán)解體，處理效果急劇惡化。
　　（3）溶解氧。對(duì)好氧生物反應(yīng)來說，保持混合液中一定濃度的溶解氧至關(guān)重要。當(dāng)環(huán)境中的溶解氧高于0.3mg/l時(shí)，兼性菌和好氧菌都進(jìn)行好氧呼吸；當(dāng)溶解氧低于0.2-0.3mg/l接近于零時(shí)，兼性菌則轉(zhuǎn)入?yún)捬鹾粑^大部分好氧菌基本停止呼吸，而有部分好氧菌（多數(shù)為絲狀菌）還可能生長(zhǎng)良好，在系統(tǒng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)后常導(dǎo)致污泥膨脹。一般的，曝氣池出口處的溶解氧以保持2mg/l左右為宜，過高則增加能耗，經(jīng)濟(jì)上不合算。
　　在所有影響因素中，基質(zhì)類因素和PH值決定于進(jìn)水水質(zhì)，對(duì)這些因素的控制，主要靠日常的監(jiān)測(cè)和有關(guān)條例、法規(guī)的嚴(yán)格執(zhí)行。對(duì)一般城市污水而言，這些因素大都不會(huì)構(gòu)成太大的影響，各參數(shù)基本能維持在適當(dāng)范圍內(nèi)。溫度的變化與氣候有關(guān)，對(duì)于萬噸級(jí)的城市污水處理廠，特別是采用活性污泥工藝時(shí)，對(duì)溫度的控制難以實(shí)施，在經(jīng)濟(jì)上和工程上都不是十分可行的。因此，一般是通過設(shè)計(jì)參數(shù)的適當(dāng)選取來滿足不同溫度變化的處理要求，以達(dá)到處理目標(biāo)。因此，工藝控制的主要目標(biāo)就落在活性污泥本身以及可通過調(diào)控手段來改變的環(huán)境因素上，控制的主要任務(wù)就是采取合適的措施，克服外界因素對(duì)活性污泥系統(tǒng)的影響，使其能持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)揮作用。
　　實(shí)現(xiàn)對(duì)生物反應(yīng)系統(tǒng)的過程控制關(guān)鍵在于控制對(duì)象或控制參數(shù)的選取，而這又與處理工藝或處理目標(biāo)密切相關(guān)。
　　前已述及溶解氧是生物反應(yīng)類型和過程中一個(gè)非常重要的指示參數(shù)，它能直觀且比較迅速地反映出整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，運(yùn)行管理方便，儀器、儀表的安裝及維護(hù)也較簡(jiǎn)單，這也是近十年我國新建的污水處理廠基本都實(shí)現(xiàn)了溶解氧現(xiàn)場(chǎng)和在線監(jiān)測(cè)的原因。
　　對(duì)于有特殊處理要求或某項(xiàng)指標(biāo)成為處理過程的限制因素時(shí)，也可將出水的某項(xiàng)指標(biāo)作為控制參數(shù)。例如，對(duì)出水中氨氮或硝酸鹽氮有嚴(yán)格限制時(shí)，限制的指標(biāo)可以被選取作為控制參數(shù)。這需要在反應(yīng)池內(nèi)設(shè)置氨氮和硝酸鹽氮以及亞硝酸鹽氮的監(jiān)測(cè)儀表，將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)反饋到控制系統(tǒng)，通過改變供氣量的多少來增強(qiáng)或減弱某一生物反應(yīng)（硝化或反硝化），從而達(dá)到所希望的出水指標(biāo)。這一控制方式在國外有應(yīng)用，如美國奧蘭多（Orlando）的一個(gè)Water Reclamation Facility，該廠在1986年擴(kuò)建時(shí)并無對(duì)出水中硝酸鹽氮控制的要求，但在1992年，佛羅里達(dá)州環(huán)境保護(hù)部對(duì)所有處理設(shè)施增加了出水硝酸鹽氮需在10mg/l以下的限制要求。在不改動(dòng)處理構(gòu)筑物的條件下，該廠通過增設(shè)現(xiàn)場(chǎng)儀表，采取自動(dòng)控制供氣量的方式達(dá)到了處理要求。但在我國，以采集這類水質(zhì)指標(biāo)為控制參數(shù)的控制方式尚未見有應(yīng)用實(shí)例，其原因可能是此類參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)儀表十分昂貴，特別是如硝酸鹽氮等在線監(jiān)測(cè)儀表基本上得依賴于國外進(jìn)口。因此，現(xiàn)階段這種控制方式在我國還難以實(shí)施。

1、解氧控制

　　生物池溶氧值的運(yùn)行控制是污水處理廠中至為重要的環(huán)節(jié)，該運(yùn)行控制品質(zhì)的好壞，直接關(guān)系到出水質(zhì)量和污水廠的能耗的高低。溶解氧控制的主要目標(biāo)是：確保供氧量滿足有機(jī)物氧化分解過程動(dòng)態(tài)變化的需要并且維持一個(gè)期望的混合液DO濃度；有效的控制氧氣的傳輸以最大限度的減小曝氣能耗；最大限度地減少實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)所需的人力。
　　污水處理廠實(shí)行曝氣運(yùn)行控制的益處在于降低運(yùn)行成本。曝氣池中DO濃度持續(xù)不足可抑制生物活性，會(huì)在處理過程中產(chǎn)生一些問題，如污泥膨脹，絮凝效果差，抑制硝化作用。相反，過度曝氣會(huì)造成能量過度消耗。提高過程的可靠性、除氮效率、污泥可沉淀性及出水水質(zhì)等都?xì)w功于DO的控制。曝氣能量的消耗一般約占普通活性污泥法污水處理廠能源總需求的50%以上，曝氣過程有效的運(yùn)行控制能大大節(jié)省能耗。
　　需氧量的變化使得操作人員很難手動(dòng)控制空氣流速和空氣分配量，從而在整個(gè)處理過程中難以維持期望的混合液DO濃度值，即使對(duì)于設(shè)計(jì)得很好且有靈活曝氣系統(tǒng)的污水處理廠也是如此。因此，手動(dòng)調(diào)節(jié)曝氣系統(tǒng)一般在空氣流量分配固定的情況下使用，通常是每周或每月調(diào)一兩次。手動(dòng)調(diào)節(jié)空氣流量使其固定在一個(gè)足夠高的值上，以滿足峰值負(fù)荷期間的需氧量，但這樣卻導(dǎo)致了負(fù)荷降低期間不必要的昂貴的過量曝氣。
　　自動(dòng)DO控制是曝氣系統(tǒng)運(yùn)行控制的最佳方式，它可以最大限度地減小與曝氣不足或過量有關(guān)的運(yùn)行問題，最大限度地減少曝氣能量消耗。一般來說，采用自動(dòng)控制曝氣的方式節(jié)能可達(dá)25%～40%。
在生物反應(yīng)過程中，溶解氧的變化率可用下式表示：
　　　　　　dc/dt =αKla（βCs- C）-γ
式中：dc/dt--溶解氧的變化率（mg/(Loh)）
　　　Kla--氧在清水中的總轉(zhuǎn)移系數(shù)（h-1）
　　　αKla--氧在污水中的總轉(zhuǎn)移系數(shù)（h-1）
　　　Cs--氧在清水中的溶解度（mg/L）
　　　βCs--氧在污水中的溶解度（mg/L）
　　　C--氧在污水中的實(shí)際濃度（mg/L）
　　　γ--生物池中氧的消耗速率（mg/(Loh)）
　　生化反應(yīng)需氧量決定生物池中氧的消耗速率，如不考慮硝化作用，則碳化需氧量O2表示為：
　　　　　　O2 = aQ(So-Se)+bVX
式中：Q(So-Se)--基質(zhì)去除量（kg/d）
　　　VX--微生物量（kg）
　　　a--常數(shù)（kg O2 /kg基質(zhì)）
　　　b--常數(shù)（微生物內(nèi)呼吸需氧率d-1）
　　當(dāng)氧傳遞速率αKla （βCs - C）與耗氧速率γ相等，即傳氧與耗氧達(dá)到平衡時(shí)，dc/dt=0，溶解氧濃度保持相對(duì)穩(wěn)定。當(dāng)耗氧速率上升時(shí)，dc/dt<0，導(dǎo)致C下降，但C的下降使傳氧動(dòng)力（βCs - C）增加，氧傳遞速率相應(yīng)增加，直至氧傳遞速率與耗氧速率達(dá)到新的平衡，C停止下降。溶解氧又在一個(gè)較低水平上保持相對(duì)穩(wěn)定。反之，當(dāng)耗氧速率下降時(shí)，dc/dt>0，C和氧傳遞速率朝與上述相反的方向變化，直至氧傳遞速率與耗氧速率在較高的溶解氧水平上達(dá)到新的平衡。對(duì)于耗氧速率，由于生物反應(yīng)池中微生物量相對(duì)穩(wěn)定，因而進(jìn)水流量和進(jìn)水BOD5是導(dǎo)致耗氧速率變化的直接因素，BOD5目前尚不易實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線監(jiān)測(cè)，故不能得到Q(So-Se)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。因此，溶解氧濃度成為生化反應(yīng)過程中氧傳遞速率和耗氧速率平衡狀況的關(guān)鍵指示值，也是曝氣控制的重要被調(diào)參數(shù)。基于上述氧傳遞原理，為最大程度的節(jié)約能源，對(duì)于推流式生物反應(yīng)池，延其流向溶解氧可按梯度設(shè)定，即進(jìn)入口附近溶解氧可以控制在最低水平，出水口附近溶解氧控制在2mg/l左右，以保證污泥良好的沉降特性，使出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。而對(duì)于完全混合式生物反應(yīng)池，也可分區(qū)域控制溶解氧的濃度，如奧貝爾氧化溝采用外、中、內(nèi)溝溶解氧分別控制在0-1-2的范圍內(nèi)。
　　對(duì)于溶解氧濃度的控制，由于其動(dòng)態(tài)過程是非線性的、時(shí)變的、滯后的，因此在確定控制方案時(shí)應(yīng)選擇理想控制和維持控制器的穩(wěn)定性兩者之間的折中方案，即控制器在某種程度上不可調(diào)或斷續(xù)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)溶解氧變化的動(dòng)態(tài)過程。
　　大中型城市污水處理廠多有數(shù)個(gè)生物池，根據(jù)工藝有兩種運(yùn)行方式:
　　1）生物池的曝氣量分配不同，有不同的溶氧控制目標(biāo)值，如采用AB法的海泊河污水處理廠，由于鼓風(fēng)機(jī)輸出氣量不能平均分配，需要在輸氣管道出口安裝電動(dòng)閥來調(diào)節(jié)氣量的分配。運(yùn)行控制采用2個(gè)獨(dú)立的調(diào)節(jié)回路，1個(gè)調(diào)節(jié)回路是根據(jù)DO的變化調(diào)節(jié)相應(yīng)管路的風(fēng)量閥門，另1個(gè)調(diào)節(jié)回路是根據(jù)管道壓力變化來調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉片或出口擴(kuò)壓器葉片。其控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如下所示。

　　實(shí)地測(cè)量海泊河污水處理廠生物池在各種不同控制條件下的數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，只有在調(diào)節(jié)閥門之后根據(jù)總管壓力調(diào)節(jié)擴(kuò)壓器葉片，鼓風(fēng)機(jī)能耗才能保持最小，所以最經(jīng)濟(jì)的方法是盡量開大閥門以減少管道的損耗，以調(diào)節(jié)擴(kuò)壓器葉片調(diào)節(jié)風(fēng)量為主，閥門開度調(diào)節(jié)為輔。
　　2）生物池的運(yùn)行條件完全一樣，也有同樣的溶解氧控制目標(biāo)值，如李村河污水處理廠。這種情況從原理上講應(yīng)平均分配氣量，雖然在實(shí)際運(yùn)行中，各個(gè)生物池的運(yùn)行狀態(tài)不可能完全一樣，各個(gè)池子的溶氧值有一些差異，但是由于差異比較小，而且變化和擾動(dòng)情況相似，可以采用手動(dòng)閥門，在污水處理廠運(yùn)行初期人工調(diào)節(jié)氣量的分配，以獲得調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)，穩(wěn)定運(yùn)行后，閥門開度基本可以固定下來，這樣可以降低成本減少運(yùn)行控制的復(fù)雜程度。其控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如下所示。

　　如前面對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的分析中所述，出口節(jié)流是經(jīng)濟(jì)性最差的方案，但是在第一種請(qǐng)況下，為了滿足氣量分配的要求又必須采用出口節(jié)流。設(shè)計(jì)適合這種工藝條件的控制系統(tǒng)時(shí)，要盡量減少閥門阻力，盡量保持閥門閥門開度量大，以減小鼓風(fēng)機(jī)的功率損耗。此外，為防止發(fā)生喘振，也應(yīng)控制閥門的開度，防止閥門開度過小，流量減小，會(huì)使鼓風(fēng)機(jī)性能工況點(diǎn)移到喘振區(qū)。控制系統(tǒng)應(yīng)考慮下面三種情況：
　　1）所有生物池的溶氧值均偏高。這時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的導(dǎo)葉片，降低風(fēng)量。如果此時(shí)有多臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)在運(yùn)行，應(yīng)調(diào)節(jié)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)的導(dǎo)葉片，使其流量降低，當(dāng)這兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)流量之和再加上一預(yù)先設(shè)定值后小于單臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)氣量時(shí)，關(guān)閉運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的鼓風(fēng)機(jī)。設(shè)定值的作用是設(shè)置了一個(gè)緩沖區(qū)，以避免鼓風(fēng)機(jī)的頻繁啟停。
　　2）生物池的溶氧值有的偏高，有的偏低。這時(shí)應(yīng)先根據(jù)溶氧值調(diào)節(jié)出口閥門，進(jìn)行氣量的重新分配，鼓風(fēng)機(jī)則根據(jù)空氣總管的壓力調(diào)節(jié)導(dǎo)葉片，以維持總管壓力的穩(wěn)定，如果閥門開度均已達(dá)到最大，而溶氧值還未達(dá)到目標(biāo)，則應(yīng)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉片增加鼓風(fēng)機(jī)的流量。
　　3）所有生物池的溶氧值均偏低。這時(shí)應(yīng)逐步增加閥門的開度，減小管網(wǎng)阻力，當(dāng)閥門開度達(dá)到最大時(shí)，溶氧值還未達(dá)標(biāo)，則應(yīng)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的導(dǎo)葉片增加流量。如果在設(shè)定時(shí)間內(nèi)，溶氧值還未達(dá)標(biāo)，應(yīng)增加開啟一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)。此設(shè)定時(shí)間為溶解氧測(cè)量系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，一般約為10分鐘到半小時(shí)。
　　由于溶氧值測(cè)量存在滯后，溶氧值的控制目標(biāo)值不應(yīng)設(shè)定為一固定值，而應(yīng)設(shè)定一個(gè)控制死區(qū)，例如，當(dāng)期望的溶氧值是1.5mg/l時(shí)，可以設(shè)定溶氧值的控制區(qū)間為1.0mg/l-2.0mg/l，這樣可以使得鼓風(fēng)機(jī)的啟停間隔時(shí)間延長(zhǎng)，保護(hù)風(fēng)機(jī)，節(jié)約電耗，但是控制效果會(huì)有一些下降。由于曝氣池的主要目的是保證生物的活性而且儀表測(cè)量本身有一定的不穩(wěn)定性，只要死區(qū)設(shè)置得當(dāng)，這種控制對(duì)曝氣效果的影響甚微。為了達(dá)到需要的溶氧值，測(cè)量溶氧值的溶氧儀的安裝位置應(yīng)根據(jù)工藝選定，自控系統(tǒng)獲得的溶氧值最好是幾臺(tái)溶氧儀的平均值，以減少測(cè)量誤差。
　　導(dǎo)葉片和擴(kuò)壓器的調(diào)節(jié)一般采用PID閉環(huán)控制。在確定的運(yùn)行條件下，應(yīng)該能夠找到一組最佳的控制參數(shù)。但是對(duì)于DO濃度控制，由于其動(dòng)態(tài)過程是非線性的，隨時(shí)間、溫度、水質(zhì)等參數(shù)變化，實(shí)現(xiàn)理想的控制需要隨時(shí)調(diào)節(jié)PID參數(shù)，參數(shù)不斷變化會(huì)和控制器的穩(wěn)定性之間產(chǎn)生矛盾，所以固定PID參數(shù)，以便在較大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)充分控制是比較好的方案。如果條件允許，可以根據(jù)運(yùn)行情況的變化，在不同的時(shí)間，設(shè)置不同的控制參數(shù)，例如，為適應(yīng)季節(jié)性DO濃度變化，可以在不同的季節(jié)設(shè)置不同的控制參數(shù)。
　　空氣管道出口閥門的調(diào)節(jié)如果采用PID調(diào)節(jié)，會(huì)使閥門的開度產(chǎn)生震蕩，從而影響到對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)。所以，閥門的調(diào)節(jié)以步進(jìn)調(diào)節(jié)為好，步進(jìn)的幅度宜小不宜大，宜慢不宜快，以配合溶解氧測(cè)定的速度。
　　溶氧控制系統(tǒng)需要設(shè)置的儀表：氣體流量計(jì)，壓力計(jì)，溫度計(jì)，溶氧儀。

2、風(fēng)機(jī)的運(yùn)行控制

　　曝氣系統(tǒng)中最為重要的是鼓風(fēng)機(jī)的控制和空氣分配系統(tǒng)的控制，鼓風(fēng)機(jī)是污水處理廠中的能耗大戶，其電耗占到全廠電耗的30% - 50%，如何提高鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率、降低其能耗是一個(gè)重要的研究課題。鼓風(fēng)機(jī)在工況點(diǎn)的效率并不完全取決于鼓風(fēng)機(jī)本身，而是和整個(gè)曝氣系統(tǒng)密切相關(guān)。
　　污水處理廠污水處理量日均變化范圍大，亦即需氧量變化大，要求鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)范圍寬，由于離心鼓風(fēng)機(jī)適用于壓頭穩(wěn)定、流量調(diào)節(jié)范圍寬的場(chǎng)合，所以污水處理廠通常采用離心鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行鼓風(fēng)曝氣。離心鼓風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)控制方法主要有鼓風(fēng)機(jī)出口節(jié)流調(diào)節(jié)、進(jìn)口流量調(diào)節(jié)、鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉片調(diào)節(jié)和出口擴(kuò)壓器調(diào)節(jié)等方式，或幾種方式共同調(diào)節(jié)，如進(jìn)口導(dǎo)葉片和出口擴(kuò)壓器結(jié)合調(diào)節(jié)。下面根據(jù)海泊河污水處理廠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析離心鼓風(fēng)機(jī)的各種控制方法的機(jī)理：
　　1）出口節(jié)流：通過調(diào)節(jié)出口閥門開度，改變管網(wǎng)特性曲線，使鼓風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)移動(dòng)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)氣量的工藝要求。
　　污水處理廠曝氣系統(tǒng)的管網(wǎng)性能曲線如圖3-2中曲線1所示，鼓風(fēng)機(jī)的性能曲線由曲線3所示，曲線3和曲線1的交點(diǎn)s是鼓風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)，相應(yīng)的工況參數(shù)是Qs、Ps。如果通過關(guān)小管道出口閥門改變流量，這時(shí)管道的性能曲線由曲線1移到曲線2的位置，此時(shí)工況點(diǎn)是s‘點(diǎn)，相應(yīng)工況參數(shù)是Qs‘、Ps‘，這里Qs‘< Qs、Ps‘>Ps，Ps‘- Ps的壓降消耗在由于關(guān)小閥門開度而增加的管道阻力上了，進(jìn)入曝氣池的氣體壓力仍然為Ps，流量減小為Qs‘，從而達(dá)到了等壓調(diào)節(jié)的目的。

　　在海泊河現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中我們進(jìn)行了出口閥門調(diào)節(jié)測(cè)試，從測(cè)試數(shù)據(jù)中可以看到，調(diào)節(jié)A池或B池任一池的出口閥門都會(huì)對(duì)另外一池的出氣量產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。例如在調(diào)節(jié)A池閥門時(shí)，閥門開度從15%到100%逐漸增大的情況下，A段氣量從1150Nm³/h增加到10560Nm³/h，但是B段氣量大幅下降，總風(fēng)量下降達(dá)31%之多，總氣管的壓力因之下降5%。此時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)的電流和功率變化卻不大，可見調(diào)節(jié)出口閥門過程中鼓風(fēng)機(jī)的效率下降較大。
　　理論分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)充分說明雖然出口調(diào)節(jié)這種控制方法簡(jiǎn)單，但是由于調(diào)整閥位增加了管道損耗，使得鼓風(fēng)機(jī)能耗上升，效率下降，調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性較差。因此，這種調(diào)節(jié)方法僅適用于小功率的離心鼓風(fēng)機(jī)控制，在大型污水處理廠的曝氣控制中也只能作為一種滿足工藝要求的輔助控制手段來使用。
　　2）進(jìn)口節(jié)流：通過調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口節(jié)流閥門的開度來改變鼓風(fēng)機(jī)的性能，以適應(yīng)工藝對(duì)流量的要求。

　　調(diào)節(jié)進(jìn)口節(jié)流閥會(huì)改變鼓風(fēng)機(jī)的性能曲線，圖3-3中曲線1是節(jié)流閥全開時(shí)的性能曲線，這時(shí)進(jìn)口壓力等于大氣壓，曲線2和曲線3是節(jié)流閥開度逐漸關(guān)小時(shí)鼓風(fēng)機(jī)的性能曲線，它們的進(jìn)口壓力都小于大氣壓。曲線k是在節(jié)流閥不同開度時(shí)鼓風(fēng)機(jī)喘振點(diǎn)的連線。

　　圖3-4為鼓風(fēng)機(jī)等壓力調(diào)節(jié)性能曲線。圖中曲線1是正常工作時(shí)的管網(wǎng)性能曲線，曲線2是進(jìn)口節(jié)流閥全開時(shí)鼓風(fēng)機(jī)的性能曲線，鼓風(fēng)機(jī)的初始工作點(diǎn)是s，相應(yīng)的工況參數(shù)是Qs、Ps，當(dāng)管網(wǎng)阻力增加，管網(wǎng)特性曲線移到曲線3的位置，工況點(diǎn)為s‘‘，工況參數(shù)為Qs‘‘、Ps‘‘，此時(shí)Ps‘‘> Ps，由于是恒壓調(diào)節(jié)，所以關(guān)小進(jìn)風(fēng)口節(jié)流閥，鼓風(fēng)機(jī)的性能曲線移到曲線4的位置，鼓風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)變?yōu)閟‘，工況參數(shù)為Qs‘、Ps‘，此時(shí)Ps‘=Ps，而流量變小。從而達(dá)到了等壓力變流量調(diào)節(jié)的目的。這種調(diào)節(jié)方法比較簡(jiǎn)單，但效率會(huì)有所降低，較適合在投資較低的污水處理廠中使用。
　　使用進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié)要注意保持閥門后的氣流均勻流暢，以避免影響到后面壓縮機(jī)的工作，降低工作效率。
　　3）進(jìn)口導(dǎo)葉片調(diào)節(jié):進(jìn)口導(dǎo)向控制組件裝配在鼓風(fēng)機(jī)上，導(dǎo)向葉在鼓風(fēng)機(jī)葉輪入口處呈輻射狀均勻分布，在氣體進(jìn)入葉輪產(chǎn)生一定程度的預(yù)旋，在同一流量下改變鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的能頭，從而改變鼓風(fēng)機(jī)的性能曲線。
　　進(jìn)口導(dǎo)葉片的功能就是使流經(jīng)導(dǎo)葉片的氣體產(chǎn)生不同程度的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)產(chǎn)生正旋轉(zhuǎn)時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)性能曲線下移，能頭減少，壓比降低，流量下降；當(dāng)產(chǎn)生負(fù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)性能曲線上移，能頭增加，壓比增大，流量增加。這樣，在鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，通過調(diào)節(jié)導(dǎo)葉片可以改變鼓風(fēng)機(jī)的性能曲線。

　　圖3-5中曲線1是離心鼓風(fēng)機(jī)無預(yù)旋(α=90°)時(shí)的性能曲線，調(diào)節(jié)進(jìn)口導(dǎo)葉片，使進(jìn)口氣流產(chǎn)生正旋轉(zhuǎn)時(shí)，得到性能曲線2、3，正預(yù)旋越大，機(jī)器的性能曲線越往下移，壓力和流量降低。如果進(jìn)口導(dǎo)葉片反向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)口氣流為負(fù)旋轉(zhuǎn)，則鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的能頭增大，對(duì)應(yīng)的曲線為2‘，位于無預(yù)旋曲線1的上方，壓力和流量都有一定的增加。
　　正預(yù)旋調(diào)節(jié)與進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié)相比有明顯的節(jié)能效果，經(jīng)驗(yàn)證明，進(jìn)口氣流導(dǎo)葉片調(diào)節(jié)和進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié)相比，當(dāng)流量減少 60%時(shí)比功率節(jié)省達(dá)16%到20%。使用正預(yù)旋調(diào)節(jié)時(shí)能在相當(dāng)大的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)使鼓風(fēng)機(jī)的效率無明顯的下降，并且能使鼓風(fēng)機(jī)的喘振工況區(qū)流量變小，可以使壓縮機(jī)在較小的氣量下正常工作，而不會(huì)發(fā)生喘振。
　　4）擴(kuò)壓器葉片調(diào)節(jié)：可調(diào)式出口擴(kuò)壓器控制裝置安裝在鼓風(fēng)機(jī)葉輪出氣口上，呈輻射狀分布。調(diào)節(jié)帶有擴(kuò)壓器葉片的鼓風(fēng)機(jī)的葉片的角度，可以改變擴(kuò)壓器 的進(jìn)口沖角氣流從而改變鼓風(fēng)機(jī)的性能。
　　帶有葉片擴(kuò)壓器的鼓風(fēng)機(jī)與沒有葉片擴(kuò)壓器的鼓風(fēng)機(jī)相比，在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)有較高的效率。由于擴(kuò)壓器葉片對(duì)氣體的流動(dòng)有較大影響，當(dāng)氣流沖角小于擴(kuò)壓器葉片的角度時(shí)，氣流與擴(kuò)壓器葉片發(fā)生脫離，擴(kuò)壓器內(nèi)的壓力不能達(dá)到應(yīng)有的提高。由于氣流沖角會(huì)隨氣體流量的減小而減小，容易造成喘振現(xiàn)象的過早發(fā)生。此時(shí)，減小擴(kuò)壓器葉片的角度，可以使鼓風(fēng)機(jī)的喘振點(diǎn)向小流量方向移動(dòng)，避免喘振。

　　如圖3-6所示，當(dāng)改變鼓風(fēng)機(jī)擴(kuò)壓器葉片角度時(shí)，相應(yīng)的改變了葉片擴(kuò)壓器的進(jìn)口沖角從而使鼓風(fēng)機(jī)的性能曲線左右移動(dòng)，可以適應(yīng)管網(wǎng)特性曲線的變化。從圖中可以看出當(dāng)葉片擴(kuò)壓器的角度減小時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)的性能曲線明顯的向小流量的方向移動(dòng)，能量頭和效率值略有降低，附加的功率消耗很少，性能曲線類似于平移。因此，改變擴(kuò)壓器葉片的角度，適應(yīng)了鼓風(fēng)機(jī)對(duì)流量變化的要求，并且由于氣體沖角變化不大，從而使氣體進(jìn)入葉片擴(kuò)壓器后基本上不產(chǎn)生氣體的脫離，可以擴(kuò)大離心鼓風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定工況范圍，而且效率的變化較小。這種控制方法適用于流量變化范圍大、壓力要求穩(wěn)定的系統(tǒng)的調(diào)。
　　當(dāng)需要單獨(dú)或同時(shí)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)出口壓力時(shí)，擴(kuò)壓器葉片調(diào)節(jié)就很有局限性了。而在需要穩(wěn)定壓力，調(diào)節(jié)流量的污水處理廠的工況條件下，這種方式是比較適合的。由于技術(shù)水平的限制，我國目前還不能生產(chǎn)這種鼓風(fēng)機(jī)。
　　海泊河測(cè)試數(shù)據(jù)表明，隨著擴(kuò)壓器葉片開度的增加，鼓風(fēng)機(jī)的電流和功率與鼓風(fēng)機(jī)的總風(fēng)量相對(duì)應(yīng)呈線性上升。這說明鼓風(fēng)機(jī)的效率基本是穩(wěn)定的。雖然實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中流量從26000Nm³/h減少到4400Nm³/h，為最大值的17%，而軸功率由100%減少到53.7%，功耗的下降小于流量的下降，但是很明顯這種調(diào)節(jié)方法的總效率與其他節(jié)流調(diào)節(jié)流量的方法相比要高的多。
　　國外大功率鼓風(fēng)機(jī)有采用導(dǎo)葉片和擴(kuò)壓器聯(lián)合控制的調(diào)節(jié)方式，具有以上兩種調(diào)節(jié)方式的優(yōu)點(diǎn)，與兩個(gè)獨(dú)立的調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比，能在更寬的流量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)保持較高的效率。

3、處理廠鼓風(fēng)機(jī)的配置方式

　　大型城市污水處理廠需氧量大，往往需要幾臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，以提高送風(fēng)量。這就需要研究鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)時(shí)其性能曲線的變化。圖3-7為兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的鼓風(fēng)機(jī)工作曲線，其中中曲線3、4是并聯(lián)工作的第一臺(tái)和第二臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，曲線5是并聯(lián)后的總性能曲線。曲線1是壓力容器的特性線，曲線2是普通管網(wǎng)的特性線。點(diǎn)a、b、c和點(diǎn)a‘、b‘、c‘是鼓風(fēng)機(jī)在兩種條件下并聯(lián)后的工況點(diǎn)。從圖中可以看出：
　　1）并聯(lián)后鼓風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)參數(shù)中，流量為在此種工況下兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)流量之和：Qc=Qa+Qb，Pc=Pa=Pb 和Qc‘=Qa‘+Qb‘，Pc‘=Pa‘=Pb‘。
　　2）鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作時(shí)，每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)與單獨(dú)工作時(shí)的工況點(diǎn)是不同的。由于流量增加，管網(wǎng)阻力也同時(shí)增加，每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)在相同壓力下的流量要比并聯(lián)前小，所以并聯(lián)工作的總流量比每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)單獨(dú)工作時(shí)的流量之和要小。
　　3）鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作時(shí)，如果管網(wǎng)阻力增加，管網(wǎng)性能曲線上移，鼓風(fēng)機(jī)曲線4達(dá)到喘振點(diǎn)，這說明，為了使并聯(lián)工作時(shí)鼓風(fēng)機(jī)有較寬的穩(wěn)定工況范圍，鼓風(fēng)機(jī)Ⅱ的穩(wěn)定工況范圍要盡可能大些。
　　4）當(dāng)需要較大流量，一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)不能滿足工藝要求時(shí)，或者流程中用氣量經(jīng)常變動(dòng)，可以把一臺(tái)作為主要鼓風(fēng)機(jī)，另外一臺(tái)作為輔助鼓風(fēng)機(jī)（在需氣量大時(shí)工作，在需氣量小的時(shí)候停機(jī)），這種情況適合鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作。其控制原則是，只允許最少數(shù)量的鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來滿足風(fēng)量的需求。在運(yùn)行的幾臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)中平均分配負(fù)荷，以達(dá)到每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，保持最高的效率的目的。

　　通過對(duì)鼓風(fēng)機(jī)各種控制方式的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，取得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與上述理論分析基本吻合。在投資情況許可的條件下，帶有葉片擴(kuò)壓器和導(dǎo)葉片的鼓風(fēng)機(jī)是較好的選擇，有良好的節(jié)約電耗和提高效率的效果。缺點(diǎn)是投資大，需引進(jìn)外國設(shè)備。投資較少時(shí)，可以考慮采用進(jìn)口節(jié)流或調(diào)節(jié)進(jìn)口導(dǎo)葉片的方法，目前國內(nèi)已能夠生產(chǎn)這種鼓風(fēng)機(jī)。如果工藝要求不同的池段溶氧值的控制目標(biāo)不同，再輔以調(diào)節(jié)出口閥門以滿足氣量的分配。