【初步设计】【设备选型】【污水处理专用设备（曝气装置与设备）】LY-I型高效表面曝气机在污水治理工程中的应用及经济效益分析

 1 前言

随着我国经济的高速发展，环境污染,特别是水污染问题十分严重，不少地方，出现“有河皆干，有水皆污，湿地消失，地下水枯竭，近海水域赤潮不断等严重局面”。同时，能源问题亦成为制约经济发展的“瓶颈”。党和国家对环境和能源问题十分重视，提出科学发展观，实施“节能减排”重大发展战略。

随着我国污水处理事业的快速发展，污水处理设备市场很大，产业化正方兴未艾。在政府提倡国产化的鼓励下，国内环保装备制造业有了较快的发展。目前，主要污水处理设备已形成国产和进口两分天下的局面。

污水处理的主要方法是活性污泥法，该方法的运行电费约占总成本的70%，而曝气设备是耗电最多的设备，约占污水处理总电耗的80%。因此，提高曝气设备的动力效率是降低污水处理成本的关键。目前我国使用的曝气设备分为鼓风曝气和机械表面曝气两大类。大型污水处理厂多使用鼓风曝气；中、小型污水处理厂多用机械曝气。由于中、小型污水处理厂数量多，污水处理所用的曝气设备中，机械曝气所占比例要大一些。

我国上世纪70年代污水处理的机械曝气设备为泵型叶轮表曝机（动力效率约为1.5～2.0kgO₂/kw.h）。至80年代我国污水处理事业开始较快发展，随着三沟式氧化沟的传入，水平轴转刷曝气机（动力效率约为1.60～1.90kgO₂/kw.h）随之传入；随着卡罗塞氧化沟的传入，垂直轴倒伞曝气机（动力效率约为1.80～2.44kgO₂/kw.h）随之传入；随着奥贝尔氧化沟的传入，水平轴转碟（盘）曝气机（动力效率约为1.85～2.14kgO₂/kw.h）随之传入。以上四种机械曝气设备国内厂家多有制造，其动力效率和进口设备相当。多年来未见高效新型表面曝气设备出现，更没有我国自主开发和具有中国创新品牌的产品。

2 《LY-I》型高效表面曝气机的特点及主要参数

2.1 《 LY—I 》型高效表面曝气机的构造

 

2.2 《LY-I》型高效表面曝气机的特点

该曝气机是一种高效、节能型机械表面曝气机。该机采用了“多孔导水”圆盘、“三维变径曲面”弧形叶片等核心组件；达到了“高效的曝气充氧、剧烈的混合搅拌、强力推动水流”的完美结合。所以该曝气机具有如下特点：

1）理论动力效率高

《LY—I》表曝机独特的叶轮形式是动力效率高的关键。叶轮转动将混合液剧烈搅拌产生水跃，把大量水滴和水幕抛向空中，特殊构造的叶轮使水浪产生负压吸入大量空气，同时“三维变径曲面”叶片的独特切割作用可使空气在水中形成很多小气泡，将空气中的氧气溶解在水中，完成充氧。本曝气机叶轮产生的气泡既多又小，所以气、液接触面积很大。根据双膜理论接触面积越大，氧向水中的转移量自然就大，因此动力效率自然就高。

根据现场测试，该机动力效率平均值可达3.40～3.80 KgO₂/kw·h。

⑴该机与国内同类型曝气机相比较：

●与转刷曝气机相比，理论动力效率提高：88.9%～111.1%；（该机理论动力效率为：1.80 KgO₂/kw·h）；

●与泵型曝气机相比，理论动力效率提高：80.8%～102.0%；（该机理论动力效率为：1.88 KgO₂/kw·h）；

●与转盘曝气机相比，理论动力效率提高：41.7%～58.3%；  （该机理论动力效率为：2.40 KgO₂/kw·h）；

●与倒伞型曝气机相比，理论动力效率提高：36.0%～52.0%；（该机理论动力效率为：2.50 KgO₂/kw·h）；

⑵ 该机与国外同类型曝气机相比较

该机与荷兰“LANDUSTRIE”公司生产的“Landy-7”、美国西方技术公司注册的“OXYSTREAM”-“Landy-7”及“金科-西方”公司在中国注册的“Landy-7”相比理论动力效率平均提高38.5%，（以上三家公司的“Landy-7”的理论动力效率为2.50～2.7 0KgO₂/kw·h.）；

与荷兰“DHV”公司生产的“Airmax Aerators”相比较，理论动力效率的平均值提高63.6%。（该公司生产的“Airmax”曝气机理论动力效率为1.80～2.60 KgO₂/kw·h.）。

2）《LY—I》型高效表面曝气机充氧能力大

如160kw 《 LY—I 》曝气机每小时最大充氧量达480公斤氧（O₂），而国外同功率倒伞型曝气机为310公斤氧。与之相比，《LY—I 》曝气机每小时多充氧170公斤，充氧量的增加值为54.8%。

3）《LY—I 》型高效表面曝气机搅拌剧烈，强力推流，混合效果好。

该曝气机为直立叶片，叶片最大高度可达850mm，其搅拌深度可以达到叶片高度的10.5倍；抛洒水花的直径可以达到圆盘直径的6.5倍。与倒伞型曝气机相比，本曝气机的叶片高H是叶轮直径D的1/3.6—1/2.9；而倒伞机H/D=1/10—1/15，所以本曝气机的抽升力和径向推动力均大于倒伞表曝机。因此，在氧化沟的底部流速可达倒伞型曝气机的3倍，推流效果好！

4）使用《LY—I》型高效表面曝气机可减少曝气机的使用数量。

《 LY—I 》型高效表面曝气机与转刷曝气机按其功率比，相当于3.5台转刷曝气机，但按其充氧能力，则相当于7～8台转刷曝气机；由此可以大大减少曝气机安装、维修等工作量。

5）使用《LY—I》型高效表面曝气机节电效果显著。

使用该机比转刷曝气机可以节约电能和节约电费在50%以上；与倒伞型曝气机相比，节约电能和节约电费的平均值在40%以上。

2.3 《 LY—I 》型高效表面曝气机主要技术参数

主要技术参数如下：

1） 境温度：-20℃～ +50℃;

2）介质温度：4℃～ 4.5℃;

3）PH值：6 ～ 10;

4）理论动力效率：≥3.2 KgO₂/kw·h;

5）负载运行噪声：≤85 dB(A);

6）空载运行噪声：≤80 dB(A);

7）沟底平均流速：≥0.3m/s;

8）充氧能力(160kw)：384～448 KgO₂/h;

9）使用寿命：≥10年

2.4 《LY-I》型高效表面曝气机主要型号及性能参数（见下表）

   

3.《LY-I》型高效表面曝气机的经济效益分析

3.1 《LY-I》型高效表面曝气机的技术经济分析

1）动力效率与节能的关系

由于曝气机运转时，能做到剧烈搅拌、负压吸气、气水混合，提升水流、抛洒水花、瞬时一步完成，达到了充氧曝气、搅拌混合、强力推流的多重效果。因此，该曝气机的动力效率高，且节约电能。

2）充氧能力与脱氮及数量的关系

在卡鲁塞氧化沟中紧靠曝气机下游的溶解氧约3.0-4.0mg/L，在距曝气机下游50m左右，溶解氧可降至0.5mg/L以下。这样，在氧化沟内一个曝气机就形成一个O/A（好氧/缺氧），多台曝气机便形成多个O/A的串联，可以实现脱氮。另外，曝气机位置上、下游溶解氧梯度大，空气中的氧更易溶于水中，从而又可提高曝气机的动力效率。但氧化沟这种布局要求单台曝气机的充氧量应该大，否则两台曝气机之间的距离太近，沟内不能形成缺氧段。比如用转碟和转刷曝气的氧化沟，因它们的单机充氧量受沟宽限制，不可能太大，所以用的曝气机数量多，曝气机之间的距离很近，无法形成A/O格局，不利脱氮和提高动力效率。另外，曝气机台数多，控制复杂，设备总价也会增加。《LY-1》表曝机单机充氧量不受沟宽限制，单台功率可达160Kw,是转碟和转刷曝气机难以达到的。 

正是由于《LY-I》型高效表面曝气机充氧能力大，有利脱氮，节省电能。

4.2 曝气机的运行成本比较

LY-1表曝机不仅动力效率高，而且价格便宜，性价比优于其他形式的表曝机。现将《LY-1》高效表曝机和目前国内常使用的国产转碟（盘）曝气机以及近年被看好的DHV公司倒伞表曝机进行比较。比较方法为: 都用于日处理5万吨/日的城市生活污水处理厂，同等条件分别测算污水处理曝气部分的运行成本。

比较参数为：电价：0.6元/kW.h；设备使用年限均为10年；设备价格及性能均按各生产厂的报价及样本。三种曝气机按相同的充氧量，比较结果见下表:

5万吨/日污水处理厂表曝机运行成本比较表

序号	曝气机名称	LY-1高效 表曝机	DHV倒伞 表曝机	转碟（盘）   曝气机	备注
1	充氧量（kgO2/h）	1430	1430	1430
2	单机充氧量（kgO2/台..h）	264-308	260-316	75-90
3	单机功率（kw）	110	160	45
4	总台数（台）	5	5	18
5	单价（万元/台）	30	70	20
6	总价（万元）	150	350	360
7	每年耗电（万kw.h/年）	481.8	700.8	709.6
8	每年电费（万元/年）	289	420	426
9	每年折旧费（万元/年）	15.0	35.0	36.0
10	曝气年运行费（万元/年）	304	455	462
11	单位水量运行成本（元/吨）	0.167	0.249	0.253
12	比LY-1机增加成本（%）	——	49.1%	51.5%

    从上表可以看出，《LY-1》表曝机不仅节省电费，设备购置费也只有DHV倒伞和转碟的40%左右。运行电费节省45%；仅曝气运行成本节省约50%。

3.3  实例分析

1）与倒伞型表面曝气机的分析对比实例

河南刘店纸业有限公司造纸废水处理工程，原设计使用8台倒伞型曝气机—即5台110KW和3台132KW曝气机；运行状况：常开7台，备用1台；后公司经过技术、经济比较，改用《Ly—I》型高效表面曝气机：5台110KW和3台132KW曝气机。该处理工程投产后，一直是常开4台曝气机，即可达到设计要求。原设计采用倒伞型曝气机，每年耗电469.4万度电；每年电费：314.5万元。实际用的《 Ly—I 》型曝气机，每年耗电：266.3万度电，每年电费：178.4万元；每年节约电量：203.1万度电，每年节约电费136.1万元；其节电和节约电费的效率都达到43%以上。

2）与转刷型表面曝气机的分析对比实例

以山东省×××城市二十万吨/日污水曝气机处理厂为例，对使用两种表曝机进行节能经济效益计算。

该市第二污水处理厂采用氧化沟处理工艺，氧化沟沟宽B＝9.0m，原设计采用转刷曝气机，安装转刷共64台，（大部分是进口产品）；其中1/3数量转刷曝气机使用双速电机，（共22台）这22台双速电机的转刷曝气机，每天有6小时以低速运转；其他时间以高速运行；42台单速电机（即高速电机）功率为45kW；（而低速电机的电机功率为30kW）通过计算，该厂每年单氧化沟转刷曝气机耗电为2450万度电，电费为每年约为1600万元（具体电费数为：1,593万元/年）。该市政府和污水厂主管部门为了节能和节约电费，准备以节能高效曝气机进行替代。即以《LY-I》型高效表面曝气机替代以上转刷曝气机，在达到相同的处理效果情况下进行两种机型节能的经济效益计算：

①转刷曝气机耗电量计算

·22台双速电机带动的转刷曝气机每天耗电量：

[45×(24-6)+30×6]×22＝21,780(kW•h)；

·42台高速电机带动转刷曝气机每天耗电量：

[45×(64-22)]×24＝45,360(kW·h)；

·转刷曝气机每日耗用电量为：

45,360＋21,780＝67,140(kW•h)

·转刷每小时耗电量为：

67,140÷24＝2,798(kW•h)

·转刷曝气机每年耗电量为：

67,140×365＝24,506,100(kW•h)≈2450.6万度电

如果电费以1(kW•h)为0.65元计算，则转刷曝气机所需要电费如下：

转刷曝气机每日需电费：

0.65元/kW•h×67,140＝43,641元/日≈4.36万元/日；

转刷曝气机每年所需电费：

0.65元/kW•h×24,506,100＝15,928,965元≈1,593万元/年

即使用转刷曝气机每年需电费约为1,600万元左右

由于转刷曝气机理论动力效率为：1.80kgO₂/kW•h。

它每小时提供给氧化沟的氧量为：

1.80kgO₂/kW•h×2798kW•h＝5,036(kgO₂/h)

如果以提供同样数量的氧量，设备换成《LY-I》型高效表面曝气机，该机的理论动力效率为：3.40～3.80 kgO₂/kW•h

②《LY-I》型高效表面曝气机的耗电量计算

《LY-I》型高效表面曝气机每小时耗电量为：

5036÷(3.40～3.80)＝1,481.18～1,325.26(kW•h)

《LY-I》型高效表面曝气机每天耗电量为：

(1,418.18～1,325.26)×24＝35,548～31,806.32(kW•h)

约为3.2万度至3.56万度电。

《LY-I》型高效表面曝气机每年耗电量为：

(35,548～31,806.32)×365＝12,975,020～11,609,306(kW•h)

约为1，297.5万度至1，160.9万度电

③《LY-I》型高效表面曝气机电费计算

《LY-I》型高效表面曝气机每天所需电费：

0.65元/kW•h×(31,806.32～35,548)＝20,674.11～23,106.20元

每天所需电费约为：2.0～2.3万元

《LY-I》型高效表面曝气机每年所需电费：

0.65元/kW•h×(12,975,020～11,609,306)

＝8,433,763～7,546,048.9≈843～754.6万元

《LY-I》型高效表面曝气机每年所需电费：843～754.6万元

④《LY-I》型高效表面曝气机比转刷曝气机节约电量计算

每日所节约电量：

67,140－(35,548～31,806)＝31,592～35,334(kW•h)

即每日节约电量为：3.2～3.5万度电

每年所节约电量：

[2450.6－(1,297.5～1,161)]×10⁴＝(1,153～1,289.6)×10⁴(kW•h)

即每年节约电量约为：1,100万度电～1,300万度电。

⑤《LY-I》型高效表面曝气机比转刷曝气机节约电费的计算

每日节约电费：

0.65元/kW•h×(31,592～35,334)＝(20,534.8～26,967)元

即每日节约电费为：2.0～2.7万元

每年所节约电费

0.65元/kW•h×(1,153～1,289.6)×10⁴＝(749.45～838.24) ×10⁴元

《LY-I》型高效表面曝气机比转刷曝气机每年节约电费约为：750万元～840万元 左右。

综上所述可以看出：

※《LY-I》型高效表面曝气机比转刷曝气机每年可节电46.88％～52.50％；

※《LY-I》型高效表面曝气机比转刷曝气机每年可节约电费达46.88％～52.50％。

 

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