城市污水處理的工藝技術較多，如AO(包括A2/O和A2·O)工藝、AB工藝、SBR工藝、UF/SB工藝等，其核心技術都是曝氣充氧。目前，在世界各國污水處理廠應用較好的工藝技術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的關鍵，是必不可少的工藝過程。
　　就曝氣充氧而言，其工藝技術也各有不同，而保證工藝效果的關鍵在于設備。工藝設備在實際應用中充氧的介質是污水，而不是20℃狀態下的脫氧清水，計算充氧量時應予修正。根據《室外排水設計規范》(GBJ14-87)的規定，采用機械延時完全混合曝氣工藝，清水與污水傳質修正系數α為0.8～0.85，即清水中的動力效率為2.5kgO2/kW·h，污水中動力效率為1.8～2.25kgO2/kW·h。
1 復合葉輪倒傘表面曝氣機的特點
　　自卡魯塞爾氧化溝問世后，倒傘曝氣機也隨之面世。倒傘曝氣機由機械動力驅動旋轉，葉輪上均布的八個葉片環向推流甩水。但到目前，包括美國、德國和荷蘭在內的發達國家生產的倒傘曝氣機的傳動機構、葉輪形狀、安裝方式及動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已有近40年的歷史，但在設備生產上基本為照搬仿制，性能與國外產品差距較大。近年來，我國技術人員在總結了國內外經驗的基礎上，根據機械運動原理和流體特性自主成功研發出性能優秀、動力效率高、能耗低的復合葉輪倒傘表面曝氣機并獲國家專利授權。這種新穎的復合葉輪倒傘表面曝氣機與國內外現有同類產品相比，具有以下特點：
　　(1)曝氣充氧動力效率高、能耗低。根據流體特性，優化設計了曝氣葉輪結構，運用機械運動，載流體定量、勻速、旋流環向噴射，形成強大勢能，挾裹空氣并充分與之混合，達到了理想的動力效果，設備的充氧能力大幅提高，能耗明顯下降，特別是動力效率，在產品標準或認定條件規定的動力效率為1.88kgO2/kW·h時，傳統倒傘表面曝氣機的實測動力效率為2.4kgO2/kW·h；而復合葉輪倒傘表面曝氣機的動力效率在污水中≥3.22kgO2/kW·h，在清水中≥3.95kgO2/kW·h。復合葉輪倒傘表曝機不論在清水還是污水中，都達到了較高水平(見圖1和表1)。

表1 復合葉輪倒傘表面曝氣機檢測報告

檢測項目 單位 標準要求 檢驗結果 單項評定 備注 充氧能力 kgO2/h ＞200 238.3 合格 此為污水中檢測的數據，相當于清水中充氧能力238.3/0.80～0.85 理論動力效率 kgO2/kW·h ＞1.88 3.22 合格 此為污水中檢測的數據，相當于清水中充氧能力3.22/0.80～0.85

表2 配套電機功率比較

倒傘曝氣機
葉輪直徑(mm) 現有國內外曝氣機
配套電機功率(kW) 復合葉輪倒傘表面曝氣
機配套電機功率(kW) 3250 55 45 3500 90 75 3750 132 90

　　由于動力效率高，復合葉輪倒傘表面曝氣機的配套電機，比目前世界上其他同類產品都壓降了一檔匹配電機的功率容量(見表2)。
　　由于動力效率高，可壓降配套電機的功率容量，而實際的充氧能力又遠高于國內外現有同規格葉輪的曝氣機(見圖2)，因此大大降低了設備的運行費用，直接壓縮了污水凈化處理成本。
　　(2)倒傘曝氣機的安裝方法一般都是從氧化溝(水池)上面安裝減速機和電機，在無水狀態下的水池下面安裝葉輪，一旦需要維修，必須將氧化溝內的污水放盡并沖洗干凈后才可實施維修。這樣不僅造成維修困難，而且氧化溝(池)內污水少則上萬m3，排放回流相當困難。污水未經處理不能排放，而經過處理的污水在排放時，已培養馴化成熟的活性污泥也會隨之排掉，當再繼續放污水進池轉入正常的污水處理過程時，活性污泥的培養馴化又需要一到兩個月的時間，極大地浪費了人力、財力和物力。
　　復合葉輪倒傘型表面曝氣機，采用了新的組合結構，葉輪和機座都可直接在水池上面進行安裝，減速機、電機則在葉輪和機座安裝就位后安放在上面固定即可，從而達到了“模塊化組合，藝術化造型”的效果。
　　(3)減速機采用了航空工業專業齒輪減速機技術，設計制造的高效率(傳動效率>98%)、低噪音(<75dB(A))同心軸輸出的減速機，充分利用了齒輪的有效圓，多齒嚙合，傳遞扭矩大，比平行軸減速機體積小，機油無泄漏，24h不停歇運轉，壽命一般可達15年左右(特殊要求使用壽命能達20年以上)，且外形美觀。
　　減速機與曝氣葉輪的傳動系統采用浮動聯接，在任何狀態下都可保證兩者間的運轉振擺誤差，杜絕了傳動滯阻或卡死現象的出現。
2 應用情況
　　山東省平陰縣日處理量為4萬m3的污水處理廠選用了4臺高效低能耗Φ3750mm復合葉輪倒傘表面曝氣機，采用傳統的卡魯氧化溝工藝。曝氣機應用工藝流程見圖3。

　　曝氣機平行安裝在氧化溝曝氣充氧區段曝氣充氧，貧氧區段安裝2臺低速推流器進行補償推流。復合葉輪倒傘表曝機配套電機功率為110kW，實際消耗功率≤80kW·h。
　　正常運行后，根據應用現場實地檢測及測試數據核算，該污水處理廠全年全日制運行可節約的費用：
(1)按理論動力效率計算
　　傳統的3750型倒傘表曝機理論動力效率＞1.88kgO2/kW·h，按1.88kgO2/kW·h計，單池耗氧量按350kgO2/h計，復合葉輪倒傘表曝機單池2臺機組理論耗能186.2kW/h，實際耗能108.7kW/h，節能77.5kW/h，以電費0.6元/kWh計，每年節約電費約81.5萬元。
(2)按設計需氧量與實際充氧量比較
　　以復合葉輪倒傘表曝機滿載時計，單池耗氧量按350kgO2/h計，單池機組設計耗氧量350kgO2/h，實際充氧量476.6kgO2/h，單池機組節能79.6kW/h，每年節約電費約83.7萬元。
(3)與國內外同類產品比較
　　以國內某同類產品檢測數據為依據，其動力效率為2.1kgO2/kW·h，單池耗氧量按350kgO2/h計，在同等條件下，同類產品的單池2臺機組耗能為166.7kW/h，復合葉輪倒傘表曝機耗能108.7kW/h，節能58kW/h，每年比同類產品節約電費約70多萬元。
3 結語
　　通過實際應用及檢測數據，證明了國產化的關鍵污水處理設備復合葉輪倒傘表面曝氣機具有效率高、能耗低、運行節電、成本節省的可靠性能和特點，設備運行處理效果與國內外同類產品相比，效率提高60%以上，能耗節約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

作者簡介：張鑫珩，高級工程師，中國環境保護產業協會水污染治理委員會個人委員、江蘇亞太水工機械設計研究所總工程師。