作者簡(jiǎn)介：

賈森，自1993年起分別在香港怡和機(jī)器有限公司、美國(guó)艾姆科工藝設(shè)備公司以及美國(guó)西方技術(shù)公司任職，負(fù)責(zé)中國(guó)市場(chǎng)的銷售、營(yíng)銷、項(xiàng)目協(xié)調(diào)和技術(shù)支持工作，曾參與國(guó)內(nèi)很多卡魯塞爾氧化溝項(xiàng)目的投標(biāo)和競(jìng)標(biāo)活動(dòng)。本文簡(jiǎn)要回顧了國(guó)內(nèi)卡魯塞爾氧化溝的技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展，同時(shí)也對(duì)美國(guó)的市場(chǎng)歷史和現(xiàn)狀做了介紹。文中提到的很多技術(shù)要點(diǎn)很值得關(guān)注和參考。文章最后附帶的卡魯塞爾氧化溝工藝設(shè)計(jì)手機(jī)APP是送給本文讀者和所有關(guān)注卡魯塞爾氧化溝的同行的小禮物，十分令人驚喜。

1前 言

很久以前，一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)讓我遇到了EIMCO PROCESS EQUIPMENT COMPANY這間美國(guó)公司。當(dāng)時(shí)的EIMCO是發(fā)明卡魯塞爾氧化溝的荷蘭DHV公司在北美的特許授權(quán)公司，可以獨(dú)立進(jìn)行卡魯塞爾氧化溝的工藝與水力設(shè)計(jì)、表曝機(jī)葉輪制造以及相關(guān)設(shè)備的成套。在EIMCO的工作讓我有機(jī)會(huì)與美國(guó)第一代卡魯塞爾技術(shù)專家近距離接觸，學(xué)到了很多關(guān)于卡魯塞爾氧化溝的知識(shí)，同時(shí)EIMCO與DHV的業(yè)務(wù)關(guān)系又讓我有幸結(jié)識(shí)了DHV當(dāng)年在國(guó)內(nèi)的很多業(yè)務(wù)同行。后來(lái)我又陸續(xù)認(rèn)識(shí)了其它幾家相關(guān)的公司，如荷蘭的Landustrie公司和美國(guó)的WesTech公司等等，這是后話。

幾天前在整理過(guò)去的老照片時(shí)，無(wú)意中發(fā)現(xiàn)一張大概二十年前自己站在卡魯塞爾氧化溝上的照片，不禁思緒萬(wàn)千，回想起自那時(shí)以來(lái)與卡魯塞爾氧化溝相關(guān)的歷歷往事。DHV公司在1967年發(fā)明了卡魯塞爾氧化溝技術(shù)，到今年正好五十年。于是有了一種沖動(dòng)，想寫(xiě)寫(xiě)自己所知道的卡魯塞爾，感謝和紀(jì)念這位二十多年來(lái)的“老朋友”，并真心說(shuō)一聲“Happy 50th Birthday, Carrousel®”！

2卡魯塞爾氧化溝

卡魯塞爾氧化溝最明顯的特征是以立式低速表曝機(jī)取代水平軸表曝機(jī)，由此使氧化溝的曝氣動(dòng)力效率、機(jī)械設(shè)備可靠性、池深與平面占地、操作環(huán)境、處理效率等方面得到全面的改善和提高。DHV公司卡魯塞爾氧化溝的注冊(cè)商標(biāo)是 Carrousel® ，源自英文單詞Carousel，指兒童游樂(lè)場(chǎng)里的旋轉(zhuǎn)木馬以及飛機(jī)場(chǎng)的行李傳送帶。早期的標(biāo)準(zhǔn)卡魯塞爾氧化溝如下圖所示，圖片來(lái)自原EIMCO公司的產(chǎn)品宣傳資料。

由于卡魯塞爾氧化溝的表曝機(jī)只能安裝在渠道的轉(zhuǎn)角處，因此表曝機(jī)必須同時(shí)提供三種功能：1-曝氣 (向曝氣池供氧)，2-攪拌 (保證原水、混合液與回流污泥的良好混合)，3-泵提升作用 (借助分隔墻維持0.3m/s的渠道流速)，所以氧化溝渠道的幾何尺寸與曝氣葉輪諸多參數(shù)之間的配合對(duì)氧化溝的運(yùn)行是至關(guān)重要的。為此，DHV公司持有自家品牌的專用曝氣葉輪，如較早以前的Oxyrator® 和后來(lái)的Oxyrator® Star。與此同時(shí)，DHV公司還測(cè)試和認(rèn)證過(guò)其它幾種葉輪在卡魯塞爾氧化溝中使用，過(guò)去較早的品牌如Landustrie公司的Landy® F，Hubert公司的Hubert™，以及Simon-Hartley公司的SimCar™ 等等；2000年以后較新的品牌如Landustrie公司的Landy® 7，Spaans公司的O2Max®；2005年以后還有荷蘭一家專業(yè)葉輪設(shè)計(jì)公司所設(shè)計(jì)的 Astrumaer®。以下是這些葉輪的圖片，資料分別來(lái)自相應(yīng)廠商的樣本、網(wǎng)頁(yè)或現(xiàn)場(chǎng)照片。

Oxyrator®

Landy®F

Hubert™

SimCar™

Landy® 7

O2Max®

Astrumaer®

3市場(chǎng)應(yīng)用概況

卡魯塞爾氧化溝自發(fā)明以來(lái)在世界各地都有應(yīng)用，但主要集中在歐洲和美國(guó)，以及后來(lái)的中國(guó)。美國(guó)始終是卡魯塞爾技術(shù)開(kāi)發(fā)最活躍和市場(chǎng)推進(jìn)最迅速的地區(qū)，大概平均每年建成15-20個(gè)卡魯塞爾氧化溝項(xiàng)目。這里只重點(diǎn)介紹卡魯塞爾氧化溝在美國(guó)和國(guó)內(nèi)的一些情況。如果需要了解卡魯塞爾氧化溝在歐洲與其它地區(qū)的使用情況，請(qǐng)咨詢DHV公司。

原來(lái)的美國(guó) EIMCO公司 (EIMCO Process Equipment Company，EIMCO Water Technology，現(xiàn)已并入Ovivo公司) 在2009年以前是DHV公司在北美的獨(dú)家技術(shù)授權(quán)公司，可以使用Carrousel® 商標(biāo)，并獨(dú)立進(jìn)行卡魯塞爾氧化溝的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和葉輪制造(Oxyrator®、Hubert™)。EIMCO公司在1979年設(shè)計(jì)建造了北美第一座卡魯塞爾氧化溝。在隨后的技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)推廣中，特別是在雙葉輪表曝機(jī)的開(kāi)發(fā)以及生物脫磷脫氮的池型改進(jìn)與設(shè)計(jì)方面，EIMCO公司都扮演了技術(shù)先鋒的角色。 2009年EIMCO公司并入Ovivo公司以后，Ovivo仍延續(xù)了EIMCO與DHV的業(yè)務(wù)關(guān)系，繼續(xù)在北美推進(jìn)卡魯塞爾氧化溝技術(shù)。Ovivo現(xiàn)在采用的葉輪稱為Excell®，該葉輪基本與前面提到的Astrumaer® 無(wú)異，但通常在曝氣葉輪下面增加一個(gè)同軸低位攪拌推進(jìn)葉輪，以增加氧化溝的池深，擴(kuò)大動(dòng)力輸入調(diào)節(jié)范圍，防止污泥沉降。

另外，美國(guó)WesTech公司 (WesTech Engineering Inc.) 是荷蘭Landustrie公司在美國(guó)的授權(quán)制造公司，在美國(guó)本土制造Landy® 系列表曝機(jī)，廣泛用于污水生物處理系統(tǒng)以及工業(yè)曝氣方面的特殊應(yīng)用。

美國(guó)雖然還有很多其它表曝機(jī)廠商和品牌，但在卡魯塞爾氧化溝的項(xiàng)目中，基本就是Ovivo和WesTech兩家公司在做此項(xiàng)業(yè)務(wù)，嚴(yán)格的資歷和業(yè)績(jī)要求使其它廠家很難擠進(jìn)這個(gè)狹窄的市場(chǎng)。美國(guó)卡魯塞爾氧化溝常見(jiàn)的葉輪過(guò)去是EIMCO的Hubert™ 和WesTech的Landy® F，現(xiàn)在是Ovivo的Excell®和WesTech的Landy® 7，應(yīng)用以市政為主，造紙、石化等行業(yè)其次。美國(guó)市政污水廠的規(guī)模一般都比較小，往往就是一個(gè)到幾個(gè)MGD (每天百萬(wàn)加侖，1 MGD=3785 m3/day)，單機(jī)裝機(jī)功率100HP (75kW) 以下的表曝機(jī)非常普遍。不過(guò)美國(guó)也有個(gè)別處理量很大的市政和工業(yè)項(xiàng)目。例如2016年佐治亞州的一個(gè)污水廠，單機(jī)200kW的表曝機(jī)一次就用了二十臺(tái)。到目前為止，美國(guó)采用卡魯塞爾氧化溝的污水廠已經(jīng)接近1000座。由于EIMCO開(kāi)展卡魯塞爾氧化溝的業(yè)務(wù)比較早，EIMCO / Ovivo的業(yè)績(jī)表已經(jīng)積累了大約700個(gè)項(xiàng)目。本文前面的第一張圖片就是EIMCO公司在上世紀(jì)八十年代初設(shè)計(jì)建造的卡魯塞爾氧化溝。

在國(guó)內(nèi)，廣東省中山市于1996-1997年間從EIMCO公司引進(jìn)了卡魯塞爾氧化溝的工藝設(shè)計(jì)和曝氣機(jī)。這是中國(guó)第一座引進(jìn)國(guó)外技術(shù)和設(shè)備的卡魯塞爾氧化溝項(xiàng)目。該項(xiàng)目日處理能力為每天10萬(wàn)噸，采用生物脫磷脫氮溝型，兩個(gè)處理系列共計(jì)六臺(tái)150kW的Oxyrator® 大型立式表曝機(jī)，四臺(tái)15kW立軸缺氧攪拌機(jī)和六臺(tái)3kW立軸厭氧攪拌機(jī)。

天津華北市政工程設(shè)計(jì)院曾在1998年舉辦過(guò)一次規(guī)模盛大的氧化溝國(guó)際研討會(huì)，當(dāng)時(shí)代表國(guó)外三大主流氧化溝（三溝式氧化溝、奧貝爾氧化溝和卡魯塞爾氧化溝）的各個(gè)公司 (Kruger，USFilter，以及DHV/ EIMCO) 悉數(shù)到場(chǎng)，罕見(jiàn)地同臺(tái)PK。這次研討會(huì)為國(guó)內(nèi)大范圍推廣卡魯塞爾氧化溝拉開(kāi)了序幕。在隨后的十多年間，國(guó)內(nèi)很多市政污水處理廠利用歐洲政府貸款從DHV公司引進(jìn)了卡魯塞爾氧化溝成套設(shè)備，而其它一些資金渠道不同的市政與工業(yè)項(xiàng)目 (如世行、亞行、日本海外協(xié)理基金OECF、工業(yè)園區(qū)招商、海外投資以及自籌資金等等) 也采購(gòu)了來(lái)自EIMCO、WesTech、Landustrie以及DHV的卡魯塞爾氧化溝表曝機(jī)。這些項(xiàng)目的曝氣葉輪在2005年以前主要以O(shè)xyrator® 和Landy® F 為主，從 2005年開(kāi)始才出現(xiàn)了效率更高的Landy® 7葉輪，但也有兩個(gè)例外是蘇州開(kāi)發(fā)區(qū)污水廠一期和湘潭污水廠，這兩個(gè)項(xiàng)目采用的是EIMCO公司的Hubert™葉輪。關(guān)于DHVOxyrator® Star葉輪在國(guó)內(nèi)的推廣和使用情況，請(qǐng)咨詢DHV公司。國(guó)內(nèi)引進(jìn)的表曝機(jī)的單機(jī)功率基本在75kW到160kW之間，其中93kW、112kW和132kW所占的比例相對(duì)較大。到目前為止國(guó)內(nèi)已建成大約140座卡魯塞爾氧化溝，其中大部分是通過(guò)引進(jìn)或部分引進(jìn)來(lái)建設(shè)的，采用的處理流程基本都是生物脫磷脫氮工藝。

卡魯塞爾氧化溝能夠開(kāi)始在中國(guó)大范圍推廣應(yīng)用，DHV公司當(dāng)年的國(guó)內(nèi)同行們起到了至關(guān)重要的作用，他們?yōu)榭�魯塞爾技術(shù)在中國(guó)市場(chǎng)的擴(kuò)展付出了艱辛努力，取得了非凡成就。很希望能借這個(gè)機(jī)會(huì)再次向DHV當(dāng)年的國(guó)內(nèi)同行們致敬。

在談到卡魯塞爾氧化溝在國(guó)內(nèi)的早期應(yīng)用和發(fā)展時(shí)，還有兩個(gè)公司必須提及：上海的海天技術(shù)貿(mào)易公司和北京的美國(guó)MTI公司。海天公司最早將荷蘭Landustrie公司的Landy™系列表曝機(jī)引進(jìn)到中國(guó)市場(chǎng)，而Landy™表曝機(jī)幾乎可以說(shuō)是這個(gè)行業(yè)迄今為止動(dòng)力效率最高、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最優(yōu)秀的表曝機(jī)。海天公司當(dāng)年敏銳的技術(shù)洞察力和卓越的遠(yuǎn)見(jiàn)十分令人敬佩。MTI公司在2003年為湖南湘潭污水廠(一期10萬(wàn)噸/天) 成功引進(jìn)雙葉輪表曝機(jī)技術(shù)，建成了中國(guó)第一個(gè)、也是迄今為止唯一的一個(gè)采用雙葉輪曝氣機(jī)的卡魯塞爾氧化溝項(xiàng)目，把卡魯塞爾氧化溝的技術(shù)特點(diǎn)發(fā)揮到了極致。當(dāng)年MTI公司為這個(gè)項(xiàng)目付出了巨大努力，最終以令人信服的技術(shù)方案和極具競(jìng)爭(zhēng)力的商務(wù)條件贏得合同。MTI這種鉆研技術(shù)、敢吃螃蟹的敬業(yè)態(tài)度和開(kāi)拓精神，值得尊重和學(xué)習(xí)。

國(guó)外卡魯塞爾氧化溝技術(shù)和設(shè)備的大批量引進(jìn)，也為國(guó)內(nèi)的許多環(huán)保設(shè)備廠商提供了成長(zhǎng)和發(fā)展的機(jī)會(huì)。目前國(guó)內(nèi)已有很多廠商和公司通過(guò)技術(shù)吸收消化或產(chǎn)品測(cè)繪，逐步掌握了卡魯塞爾氧化溝的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備制造能力，有的甚至已經(jīng)把表曝機(jī)設(shè)備做到了國(guó)外。隨著國(guó)內(nèi)污水處理市場(chǎng)逐步轉(zhuǎn)向中小城市和農(nóng)村，相信這些國(guó)產(chǎn)設(shè)備一定大有作為。

4基本工藝原理

如前所述，卡魯塞爾氧化溝最明顯的特征是以立式低速表曝機(jī)取代水平軸表曝機(jī)，這樣做的工藝背景是使曝氣區(qū)基本接近完全混合反應(yīng)器的流態(tài)，曝氣區(qū)下游的長(zhǎng)渠道則基本接近推流反應(yīng)器模型的流態(tài)。因此卡魯塞爾氧化溝實(shí)際上是將兩種反應(yīng)器模型的優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起，既可利用長(zhǎng)溝道進(jìn)行較為徹底的生化反應(yīng)，還能借助完全混合區(qū)的攪拌、緩沖能力化解水質(zhì)負(fù)荷的變化，具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。從現(xiàn)在的工藝觀點(diǎn)來(lái)看，這樣做帶來(lái)的另外一個(gè)好處就是在渠道下游形成的缺氧區(qū)還可以觸發(fā)反硝化反應(yīng)。如下圖所示。

5基本池型布置

卡魯塞爾氧化溝的平面布置是一項(xiàng)很有意思的設(shè)計(jì)工作，因?yàn)槠矫娌贾猛瑫r(shí)涉及到了工藝設(shè)計(jì)和水力設(shè)計(jì)，而且平面布置隨池中安裝的表曝機(jī)數(shù)量而變化。卡魯塞爾氧化溝常見(jiàn)的池型布置如下：

單臺(tái)曝氣機(jī)的基本池型

兩臺(tái)曝氣機(jī)的基本池型

三臺(tái)曝氣機(jī)的基本池型

四臺(tái)曝氣機(jī)的基本池型

五臺(tái)曝氣機(jī)的基本池型

六臺(tái)曝氣機(jī)的基本池型

七臺(tái)曝氣機(jī)的基本池型

在實(shí)際項(xiàng)目中，還從未見(jiàn)過(guò)單座氧化溝安裝7臺(tái)以上曝氣機(jī)的情況。

雖然卡魯塞爾氧化溝安裝表曝機(jī)的位置是有限和固定的，但池型的變化卻很豐富。需要指出，在上面的某些布置中，渠道直線段是可以彼此不一樣的，因此實(shí)際工程中的平面組合還會(huì)更多。后面將要提到的DHV Carrousel® 2000系統(tǒng)的平面布置就是采用了長(zhǎng)度不等的渠道直線段，從而為前置缺氧池或厭氧池留出空間。記得曾在美國(guó)聽(tīng)到過(guò)這樣一個(gè)笑話：一位年輕氣盛的工程師在設(shè)計(jì)卡魯塞爾氧化溝時(shí)，面對(duì)過(guò)于苛刻的設(shè)計(jì)條件和要求，發(fā)泄怨氣般地把其中一組渠道的直線段拉長(zhǎng)，使整個(gè)平面看起來(lái)更像豎起的中指。。。這雖然只是一個(gè)笑話，但卻折射出了卡魯塞爾氧化溝在平面布置方面的靈活與多變。

也許正是因?yàn)槌匦筒贾玫亩嘧冃院挽`活性，卡魯塞爾氧化溝的水力設(shè)計(jì)工作量大大超過(guò)工藝設(shè)計(jì)。水力設(shè)計(jì)的目的是要保證氧化溝渠道的斷面平均流速不低于0.3m/sec，這樣才能保證渠道內(nèi)不發(fā)生污泥的永久沉降。為做到這一點(diǎn)，卡魯塞爾氧化溝的平均曝氣功率密度通常至少要維持在18-20W/m3的水平。另外，考慮到運(yùn)行期間的負(fù)荷變化以及項(xiàng)目初期往往達(dá)不到滿負(fù)荷運(yùn)行等因素，很多項(xiàng)目都在渠道中架設(shè)水下推進(jìn)器，以便在表曝機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行期間通過(guò)推進(jìn)器來(lái)幫助維持渠道流速，此時(shí)推進(jìn)器的設(shè)計(jì)功率密度可視具體條件按2-4W/m3考慮。

與水力條件高度相關(guān)的渠道深度是決定池體平面尺寸的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。直觀來(lái)看，渠道深度與單機(jī)功率或池體平均功率密度成正比，但同時(shí)還與曝氣機(jī)葉輪的具體設(shè)計(jì)形式和尺寸相關(guān)。不同廠商的葉輪即使在相同的電機(jī)功率或相同的功率密度下，可達(dá)到的有效池深仍有差異；對(duì)于同一個(gè)廠商的曝氣機(jī)，相同的電機(jī)功率還可以驅(qū)動(dòng)不同尺寸的葉輪，由此也對(duì)池深造成影響。因此最好的辦法還是要求葉輪廠商針對(duì)具體項(xiàng)目的設(shè)計(jì)條件確認(rèn)對(duì)應(yīng)的有效池深。

當(dāng)池深確定以后，渠道的寬度往往可以大致按照池深的兩倍來(lái)考慮，再根據(jù)池容的大小就可以計(jì)算出氧化溝的平面尺寸了。到了這一步，還有一件工作需要做，那就是校核渠道水流在兩次曝氣之間所流過(guò)的距離是否合適，這仍屬于水力設(shè)計(jì)的范疇。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，這個(gè)指標(biāo)可粗略地用氧化溝直線段長(zhǎng)度與渠道寬度的比值來(lái)衡量。通常這個(gè)比值控制在3:1~6:1比較合適。如果比值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于3或遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于6，那就需要重新考慮池型布置了，這包括重新考慮處理流程分組數(shù)量以及每組氧化溝安裝的曝氣機(jī)數(shù)量等等。

6在脫磷脫氮方面的應(yīng)用

進(jìn)入上個(gè)世紀(jì)八十年代以后，污水中營(yíng)養(yǎng)物的去除成為活性污泥法進(jìn)一步改進(jìn)的主要市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力。前置厭氧區(qū)和前置缺氧區(qū)逐漸成為活性污泥法工藝的標(biāo)準(zhǔn)配置。EIMCO公司在1983年設(shè)計(jì)建成了美國(guó)第一座具有生物脫磷脫氮功能 (BNR) 的卡魯塞爾氧化溝，1988年又率先在標(biāo)準(zhǔn)的卡魯塞爾氧化溝與前置缺氧池之間巧妙地設(shè)計(jì)了內(nèi)回流渠(見(jiàn)下圖)，不但使卡魯塞爾氧化溝成為最簡(jiǎn)捷的生物脫氮系統(tǒng)，也為傳統(tǒng)氧化溝在生物脫氮方面的廣泛應(yīng)用奠定了工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，在卡魯塞爾氧化溝發(fā)展史上留下了濃重而精彩的一筆。

EIMCO公司將這個(gè)兩階段的設(shè)計(jì)稱作 Carrousel® denitIR，意為“通過(guò)內(nèi)回流實(shí)現(xiàn)反硝化的卡魯塞爾氧化溝”，實(shí)際上這就是卡魯塞爾版的MLE (Modified Ludzack-Ettinger) 工藝。后來(lái)DHV公司也推出了Carrousel® 2000生物脫磷脫氮系統(tǒng)，在前置反硝化內(nèi)回流方面采用了與Carrousel®denitIR完全類似的設(shè)計(jì)思路，只是池體平面布置方面略顯不同。對(duì)于常規(guī)市政污水，兩階段卡魯塞爾脫氮系統(tǒng)的出水可做到BOD:TSS:TN=10:10:7~9。有了這種兩階段系統(tǒng)作基礎(chǔ)，三階段的卡魯塞爾生物脫磷脫氮系統(tǒng) (A2O)、四階段和五階段的卡魯塞爾-巴登夫 (Bardenpho®) 深度處理系統(tǒng)的配置也就順理成章了。

三階段卡魯塞爾生物脫磷脫氮系統(tǒng) (A2O)，對(duì)于常規(guī)市政污水，出水可做到BOD:TSS:TN:TP=10:10:7~9:1

四階段卡魯塞爾-巴登夫 (Bardenpho®) 系統(tǒng)，對(duì)于常規(guī)市政污水，出水可做到BOD:TSS:TN=10:10:3~6

五階段卡魯塞爾-巴登夫 (Bardenpho®) 系統(tǒng)，對(duì)于常規(guī)市政污水，出水可做到BOD:TSS:TN:TP=10:10:<3~6:1

在考慮到生物脫磷脫氮以后，卡魯塞爾氧化溝的池型變化依然精彩。例如下面這個(gè)例子 (選自WesTech公司項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)照片)：

7卡魯塞爾的核心設(shè)計(jì)思想

能使卡魯塞爾氧化溝的技術(shù)優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)的設(shè)計(jì)才是好的設(shè)計(jì)。相對(duì)于其他類型的氧化溝，卡魯塞爾氧化溝的優(yōu)勢(shì)在于：溝深更深、占地更小、運(yùn)行操作管理更簡(jiǎn)單, 效率更高，而所有這些都與如何選取表曝機(jī)有很大的關(guān)系。

事實(shí)上，卡魯塞爾氧化溝的核心設(shè)計(jì)思想也正是表曝機(jī)這個(gè)環(huán)節(jié)：Bigger Aerators, Fewer Aerators。按原意完整翻譯過(guò)來(lái)就是：在滿足供氧量要求和雍余設(shè)計(jì)要求的條件下，盡量采用單機(jī)功率更大的表曝機(jī)，從而使設(shè)備總數(shù)更少�？�魯塞爾氧化溝的池深與表曝機(jī)裝機(jī)功率成正比。單機(jī)功率越大，池深越深，平面占地就越小。設(shè)備數(shù)量少了，運(yùn)行管理自然就方便了。

8設(shè)備選型注意事項(xiàng)

在表曝機(jī)的選型工作中，有兩個(gè)參數(shù)特別需要注意：一個(gè)是葉輪的曝氣動(dòng)力效率SAE，另一個(gè)是減速機(jī)的服務(wù)系數(shù)SF。這兩個(gè)參數(shù)如果理解有誤或把控不好，會(huì)直接影響實(shí)際的工藝性能和設(shè)備壽命。

曝氣動(dòng)力效率SAE是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下葉輪在單位時(shí)間內(nèi)所吸收的功率能向水中傳遞多少氧，單位是 kgO2/kW-hr，是衡量葉輪曝氣效率的唯一指標(biāo)。SAE一般是由葉輪廠商給出，因此大家看到的通常都是比較理想的上限數(shù)值。其實(shí)，考察曝氣機(jī)的SAE數(shù)值，更重要的是要探究廠商是怎樣定義SAE單位中的功率kW的：是葉輪軸功率，是電機(jī)軸功率，還是電機(jī)接線功率？等等。如果是葉輪軸功率，那么在計(jì)算曝氣功率時(shí)還要考慮減速機(jī)和電機(jī)的效率；如果是電機(jī)軸功率，則需要考慮電機(jī)的效率；如果是接線功率，那就不用再考慮這些效率了�？傊�，弄清楚SAE的kW定義基準(zhǔn)點(diǎn)比SAE本身的大小更重要。就當(dāng)前的葉輪制造技術(shù)水平而言，如果SAE中的kW定義為電機(jī)接線功率，那么當(dāng)SAE達(dá)到2.3 kgO2/kW-hr時(shí)，這臺(tái)表曝機(jī)的動(dòng)力效率已經(jīng)是國(guó)際水平了。另外需要注意，如果把表曝機(jī)用于普通曝氣池而不是卡魯塞爾氧化溝，由于沒(méi)有分隔墻的作用，曝氣效果會(huì)略有下降，SAE也會(huì)相應(yīng)降低大約8%~10%。

表曝機(jī)減速機(jī)的服務(wù)系數(shù)SF是另外一個(gè)重要指標(biāo)，它定義為經(jīng)熱功率校核以后減速機(jī)所能通過(guò)的最大功率與電機(jī)額定功率的比值。這個(gè)比值越大，減速機(jī)的功率傳遞能力越富裕，內(nèi)部軸承的工作負(fù)荷越輕，減速機(jī)的故障率也越低。對(duì)于氧化溝表曝機(jī)的應(yīng)用，往往規(guī)定減速機(jī)SF要大于或等于2.1。不過(guò)這里需要特別注意，減速機(jī)傳動(dòng)軸和輸出軸的軸承B10壽命其實(shí)才是更應(yīng)當(dāng)關(guān)注的參數(shù)，通常應(yīng)當(dāng)分別不低于10萬(wàn)小時(shí)和25萬(wàn)小時(shí)，而“SF大于或等于2.1”這條要求并不一定能百分之百地保證軸承壽命達(dá)到上述小時(shí)數(shù)。因此最后需要請(qǐng)減速機(jī)廠商根據(jù)具體的數(shù)據(jù)（裝機(jī)功率，扭矩，軸向動(dòng)荷載，徑向動(dòng)荷載，傾翻力矩等等）復(fù)核減速機(jī)選型，必要的時(shí)候應(yīng)適當(dāng)加大型號(hào)，提高服務(wù)系數(shù)，以優(yōu)先保證傳動(dòng)軸與輸出軸的B10壽命達(dá)到要求。由于減速機(jī)成本通常要占表曝機(jī)成本的70%左右，這一復(fù)核環(huán)節(jié)對(duì)于保護(hù)用戶的設(shè)備投資是非常重要的。我在北美見(jiàn)到的大部分減速機(jī)選型，最后的SF大多在2.2-2.5，有的甚至接近3.0，其主要原因就是要在項(xiàng)目具體的工作負(fù)荷下優(yōu)先滿足減速機(jī)軸承的B10壽命的要求，這時(shí)的SF可能早已超過(guò)通常規(guī)定的2.1了。

9葉輪的演變趨勢(shì)

卡魯塞爾氧化溝發(fā)明以后所使用的曝氣葉輪在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都是倒傘形狀的，無(wú)論是Oxyrator®， Landy® F，還是Hubert™，SimCar™，基本如此。但這種局面在2000年以后開(kāi)始發(fā)生改變，葉輪的“平板化”和“邊緣化”成為新的設(shè)計(jì)特征，原來(lái)立體的倒傘形狀逐漸消失，甚至變成了薄片，原來(lái)沿著倒傘面分布的葉片也被擠到了邊緣，成為邊緣葉片 (rim-blade)，例如Landy® 7，O2Max® 和Astrumaer®，很明顯都有這種傾向。這種變化帶來(lái)的直接好處是：1- 提高曝氣動(dòng)力效率大概10%左右，有的甚至更高，對(duì)降低曝氣能耗有利；2- 葉輪工作徑向沖擊力降低一個(gè)量級(jí)，從幾十kN到十幾kN甚至幾kN，對(duì)降低土建要求和延長(zhǎng)減速機(jī)軸承壽命有利。3- 新型葉輪通�？稍谒�面以下適當(dāng)深度工作，這對(duì)增加池深是有利的，但增加的幅度需要葉輪廠商就具體項(xiàng)目加以確認(rèn)。

10雙葉輪技術(shù)

1987年EIMCO公司開(kāi)發(fā)了用于卡魯塞爾氧化溝的雙葉輪技術(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)的曝氣葉輪下面增加一個(gè)同軸低位攪拌推進(jìn)葉輪，主要目的是增加氧化溝的池深和渠道的水流推力，擴(kuò)大表曝機(jī)動(dòng)力輸入的調(diào)節(jié)范圍 (Power Turndown Capacity)，同時(shí)避免污泥在渠道內(nèi)的永久沉降。這個(gè)技術(shù)專利由當(dāng)時(shí)在EIMCO公司任職的Dave DiGregorio，Rick Riser和Mark G Biesinger三人所發(fā)明，他們是美國(guó)卡魯塞爾氧化溝的第一代技術(shù)專家。Dave曾在1999年為福建福州洋里污水處理廠做了卡魯塞爾氧化溝的方案建議書(shū)，該廠當(dāng)時(shí)為亞洲最大的卡魯塞爾氧化溝項(xiàng)目；Rick曾在2003年為湖南湘潭污水處理廠設(shè)計(jì)了中國(guó)第一座 (也是目前中國(guó)唯一的一座) 采用雙葉輪表曝機(jī)的卡魯塞爾氧化溝；Mark現(xiàn)在是WesTech公司的生物處理技術(shù)首席顧問(wèn)。

美國(guó)第一座雙葉輪卡魯塞爾氧化溝于1991年設(shè)計(jì)建成，雙葉輪結(jié)構(gòu)是在Hubert™ 葉輪的基礎(chǔ)上增加了低位攪拌推進(jìn)葉輪，如下圖所示（原EIMCO公司樣本資料）：

EIMCO于2007年推出了第二代雙葉輪表曝機(jī)Excell®，曝氣葉輪采用了結(jié)構(gòu)更新、效率更高的Astrumaer®，低位攪拌推進(jìn)葉輪幾乎沒(méi)有變化，但低位葉輪的導(dǎo)流系統(tǒng)得到更新和優(yōu)化。目前Ovivo在美國(guó)市場(chǎng)為卡魯塞爾氧化溝提供的表曝機(jī)基本都是雙葉輪的Excell®，而且Ovivo也是唯一一家這樣做的設(shè)備制造商。

毫無(wú)疑問(wèn)，雙葉輪的使用可以進(jìn)一步增大氧化溝的池深。一般來(lái)說(shuō)，在不使用任何其他輔助攪拌機(jī)和推進(jìn)器的情況下，大功率雙葉輪表曝機(jī)的池深可輕易做到6米以上。例如國(guó)內(nèi)湘潭污水廠一期的卡魯塞爾氧化溝，每天10萬(wàn)噸分兩個(gè)系列，共安裝四套單機(jī)功率150kW的雙葉輪表曝機(jī)，溝深6米，無(wú)其他輔助推進(jìn)裝置。2010年該項(xiàng)目建設(shè)二期，又采購(gòu)了相同功率的雙葉輪表曝機(jī)四套。

由于水質(zhì)水量的隨時(shí)變化，表曝機(jī)的動(dòng)力輸出也需要根據(jù)出水端的溶解氧水平加以調(diào)節(jié) (如通過(guò)變頻)。從過(guò)程控制的觀點(diǎn)來(lái)看，這種調(diào)節(jié)范圍在不發(fā)生污泥永久沉淀的條件下當(dāng)然是越寬越好。對(duì)于較早時(shí)期的曝氣機(jī)，調(diào)節(jié)范圍最多只能做到滿負(fù)荷的25%-100%；但對(duì)于雙葉輪設(shè)計(jì)，可輕松做到10%-100%。

低位葉輪是為攪拌和推進(jìn)所設(shè)計(jì)的，但其驅(qū)動(dòng)功率來(lái)自曝氣機(jī)的電機(jī)，約占曝氣機(jī)電機(jī)功率的10%左右。因此若以電機(jī)總功率折算雙葉輪的曝氣動(dòng)力效率，低位葉輪會(huì)“拖后腿”。但作為上半部分的曝氣葉輪，其實(shí)際動(dòng)力效率還是很好的，這一點(diǎn)在比較雙葉輪表曝機(jī)與常規(guī)表曝機(jī)的動(dòng)力效率時(shí)須加以注意。

總之，雙葉輪技術(shù)是卡魯塞爾氧化溝比較獨(dú)特的設(shè)計(jì)方案，對(duì)于運(yùn)行負(fù)荷變化大和占地要求比較高的場(chǎng)合，這種技術(shù)不失為一種合乎邏輯的選擇。

結(jié)束語(yǔ)

實(shí)在不好意思，因?yàn)橐粡埨险掌�，已�?jīng)七千五百多字了。為感謝各位讀者和朋友的耐心和時(shí)間，特送給大家一款卡魯塞爾氧化溝的工藝設(shè)計(jì)手機(jī)APP - iDitch Basic，希望這個(gè)工具能對(duì)大家的工作有所幫助。iDitch Basic目前暫時(shí)只有安卓版，蘋(píng)果版需要再等一段時(shí)間。使用安卓手機(jī)的朋友可以從下面的鏈接下載安裝：http://url.cn/5rPyw8D如果需要了解iDitch Basic如何使用，請(qǐng)參考下面這段視頻：https://v.qq.com/x/page/y0500mmzkvy.html

最后再次感謝大家。