“Happy 50th Birthday, Carrousel®”！——我所知道的卡魯塞爾氧化溝
作者簡介：
賈森，自1993年起分別在香港怡和機(jī)器有限公司、美國艾姆科工藝設(shè)備公司以及美國西方技術(shù)公司任職，負(fù)責(zé)中國市場的銷售、營銷、項目協(xié)調(diào)和技術(shù)支持工作，曾參與國內(nèi)很多卡魯塞爾氧化溝項目的投標(biāo)和競標(biāo)活動。本文簡要回顧了國內(nèi)卡魯塞爾氧化溝的技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展，同時也對美國的市場歷史和現(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，一個偶然的機(jī)會讓我遇到了EIMCO PROCESS EQUIPMENT COMPANY這間美國公司。當(dāng)時的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、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)會與美國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，同時EIMCO與DHV的業(yè)務(wù)關(guān)系又讓我有幸結(jié)識了DHV當(dāng)年在國內(nèi)的很多業(yè)務(wù)同行。后來我又陸續(xù)認(rèn)識了其它幾家相關(guān)的公司，如荷蘭的Landustrie公司和美國的WesTech公司等等，這是后話。
幾天前在整理過去的老照片時，無意中發(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，不禁思緒萬千，回想起自那時以來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，想寫寫自己所知道的卡魯塞爾，感謝和紀(jì)念這位二十多年來的“老朋友”，并真心說一聲“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商標(biāo)是 Carrousel® ，源自英文單詞Carousel，指兒童游樂場里的旋轉(zhuǎn)木馬以及飛機(jī)場的行李傳送帶。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® 和后來的Oxyrator® Star。與此同時，DHV公司還測試和認(rèn)證過其它幾種葉輪在卡魯塞爾氧化溝中使用，過去較早的品牌如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)計公司所設(shè)計的 Astrumaer®。以下是這些葉輪的圖片，資料分別來自相應(yīng)廠商的樣本、網(wǎng)頁或現(xiàn)場照片。
Oxyrator®
Landy®F
Hubert™
SimCar™
Landy® 7
O2Max®
Astrumaer®
3市場應(yīng)用概況
卡魯塞爾氧化溝自發(fā)明以來在世界各地都有應(yīng)用，但主要集中在歐洲和美國，以及后來的中國。美國始終是卡魯塞爾技術(shù)開發(fā)最活躍和市場推進(jìn)最迅速的地區(qū)，大概平均每年建成15-20個卡魯塞爾氧化溝項目。這里只重點(diǎn)介紹卡魯塞爾氧化溝在美國和國內(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，請咨詢DHV公司。
原來的美國 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)計和葉輪制造(Oxyrator®、Hubert™)。EIMCO公司在1979年設(shè)計建造了北美第一座卡魯塞爾氧化溝。在隨后的技術(shù)發(fā)展和市場推廣中，特別是在雙葉輪表曝機(jī)的開發(fā)以及生物脫磷脫氮的池型改進(jìn)與設(shè)計方面，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® 無異，但通常在曝氣葉輪下面增加一個同軸低位攪拌推進(jìn)葉輪，以增加氧化溝的池深，擴(kuò)大動力輸入調(diào)節(jié)范圍，防止污泥沉降。
另外，美國WesTech公司 (WesTech Engineering Inc.) 是荷蘭Landustrie公司在美國的授權(quán)制造公司，在美國本土制造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目中，基本就是Ovivo和WesTech兩家公司在做此項業(yè)務(wù)，嚴(yán)格的資歷和業(yè)績要求使其它廠家很難擠進(jìn)這個狹窄的市場。美國卡魯塞爾氧化溝常見的葉輪過去是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。美國市政污水廠的規(guī)模一般都比較小，往往就是一個到幾個MGD (每天百萬加侖，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。不過美國也有個別處理量很大的市政和工業(yè)項目。例如2016年佐治亞州的一個污水廠，單機(jī)200kW的表曝機(jī)一次就用了二十臺。到目前為止，美國采用卡魯塞爾氧化溝的污水廠已經(jīng)接近1000座。由于EIMCO開展卡魯塞爾氧化溝的業(yè)務(wù)比較早，EIMCO / Ovivo的業(yè)績表已經(jīng)積累了大約700個項目。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)計建造的卡魯塞爾氧化溝。
在國內(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)計和曝氣機(jī)。這是中國第一座引進(jìn)國外技術(shù)和設(shè)備的卡魯塞爾氧化溝項目。該項目日處理能力為每天10萬噸，采用生物脫磷脫氮溝型，兩個處理系列共計六臺150kW的Oxyrator® 大型立式表曝機(jī)，四臺15kW立軸缺氧攪拌機(jī)和六臺3kW立軸厭氧攪拌機(jī)。
天津華北市政工程設(shè)計院曾在1998年舉辦過一次規(guī)模盛大的氧化溝國際研討會，當(dāng)時代表國外三大主流氧化溝（三溝式氧化溝、奧貝爾氧化溝和卡魯塞爾氧化溝）的各個公司 (Kruger，USFilter，以及DHV/ EIMCO) 悉數(shù)到場，罕見地同臺PK。這次研討會為國內(nèi)大范圍推廣卡魯塞爾氧化溝拉開了序幕。在隨后的十多年間，國內(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) 也采購了來自EIMCO、WesTech、Landustrie以及DHV的卡魯塞爾氧化溝表曝機(jī)。這些項目的曝氣葉輪在2005年以前主要以O(shè)xyrator® 和Landy® F 為主，從 2005年開始才出現(xiàn)了效率更高的Landy® 7葉輪，但也有兩個例外是蘇州開發(fā)區(qū)污水廠一期和湘潭污水廠，這兩個項目采用的是EIMCO公司的Hubert™葉輪。關(guān)于DHVOxyrator® Star葉輪在國內(nèi)的推廣和使用情況，請咨詢DHV公司。國內(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所占的比例相對較大。到目前為止國內(nèi)已建成大約140座卡魯塞爾氧化溝，其中大部分是通過引進(jìn)或部分引進(jìn)來建設(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始在中國大范圍推廣應(yīng)用，DHV公司當(dāng)年的國內(nèi)同行們起到了至關(guān)重要的作用，他們?yōu)榭斎麪柤夹g(shù)在中國市場的擴(kuò)展付出了艱辛努力，取得了非凡成就。很希望能借這個機(jī)會再次向DHV當(dāng)年的國內(nèi)同行們致敬。
在談到卡魯塞爾氧化溝在國內(nèi)的早期應(yīng)用和發(fā)展時，還有兩個公司必須提及：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)到中國市場，而Landy™表曝機(jī)幾乎可以說是這個行業(yè)迄今為止動力效率最高、結(jié)構(gòu)設(shè)計最優(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)見十分令人敬佩。MTI公司在2003年為湖南湘潭污水廠(一期10萬噸/天) 成功引進(jìn)雙葉輪表曝機(jī)技術(shù)，建成了中國第一個、也是迄今為止唯一的一個采用雙葉輪曝氣機(jī)的卡魯塞爾氧化溝項目，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公司為這個項目付出了巨大努力，最終以令人信服的技術(shù)方案和極具競爭力的商務(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)度和開拓精神，值得尊重和學(xué)習(xí)。
國外卡魯塞爾氧化溝技術(shù)和設(shè)備的大批量引進(jìn)，也為國內(nèi)的許多環(huán)保設(shè)備廠商提供了成長和發(fā)展的機(jī)會。目前國內(nèi)已有很多廠商和公司通過技術(shù)吸收消化或產(chǎn)品測繪，逐步掌握了卡魯塞爾氧化溝的系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備制造能力，有的甚至已經(jīng)把表曝機(jī)設(shè)備做到了國外。隨著國內(nèi)污水處理市場逐步轉(zhuǎn)向中小城市和農(nóng)村，相信這些國產(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)勢結(jié)合在一起，既可利用長溝道進(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)來看，這樣做帶來的另外一個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很有意思的設(shè)計工作，因?yàn)槠矫娌贾猛瑫r涉及到了工藝設(shè)計和水力設(shè)計，而且平面布置隨池中安裝的表曝機(jī)數(shù)量而變化�？斎麪栄趸瘻铣Ｒ姷某匦筒贾萌缦拢�
單臺曝氣機(jī)的基本池型
兩臺曝氣機(jī)的基本池型
三臺曝氣機(jī)的基本池型
四臺曝氣機(jī)的基本池型
五臺曝氣機(jī)的基本池型
六臺曝氣機(jī)的基本池型
七臺曝氣機(jī)的基本池型
在實(shí)際項目中，還從未見過單座氧化溝安裝7臺以上曝氣機(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。記得曾在美國聽到過這樣一個笑話：一位年輕氣盛的工程師在設(shè)計卡魯塞爾氧化溝時，面對過于苛刻的設(shè)計條件和要求，發(fā)泄怨氣般地把其中一組渠道的直線段拉長，使整個平面看起來更像豎起的中指。。。這雖然只是一個笑話，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)計工作量大大超過工藝設(shè)計。水力設(shè)計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)荷變化以及項目初期往往達(dá)不到滿負(fù)荷運(yùn)行等因素，很多項目都在渠道中架設(shè)水下推進(jìn)器，以便在表曝機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行期間通過推進(jìn)器來幫助維持渠道流速，此時推進(jìn)器的設(shè)計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關(guān)鍵參數(shù)。直觀來看，渠道深度與單機(jī)功率或池體平均功率密度成正比，但同時還與曝氣機(jī)葉輪的具體設(shè)計形式和尺寸相關(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；對于同一個廠商的曝氣機(jī)，相同的電機(jī)功率還可以驅(qū)動不同尺寸的葉輪，由此也對池深造成影響。因此最好的辦法還是要求葉輪廠商針對具體項目的設(shè)計條件確認(rèn)對應(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考慮，再根據(jù)池容的大小就可以計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的距離是否合適，這仍屬于水力設(shè)計的范疇。為簡單起見，這個指標(biāo)可粗略地用氧化溝直線段長度與渠道寬度的比值來衡量。通常這個比值控制在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)入上個世紀(jì)八十年代以后，污水中營養(yǎng)物的去除成為活性污泥法進(jìn)一步改進(jìn)的主要市場驅(qū)動力。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)計建成了美國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)計了內(nèi)回流渠(見下圖)，不但使卡魯塞爾氧化溝成為最簡捷的生物脫氮系統(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公司將這個兩階段的設(shè)計稱作 Carrousel® denitIR，意為“通過內(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)計思路，只是池體平面布置方面略顯不同。對于常規(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。例如下面這個例子 (選自WesTech公司項目現(xiàn)場照片)：
7卡魯塞爾的核心設(shè)計思想
能使卡魯塞爾氧化溝的技術(shù)優(yōu)勢充分發(fā)揮出來的設(shè)計才是好的設(shè)計。相對于其他類型的氧化溝，卡魯塞爾氧化溝的優(yōu)勢在于：溝深更深、占地更小、運(yùn)行操作管理更簡單, 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)計思想也正是表曝機(jī)這個環(huán)節(jié)：Bigger Aerators, Fewer Aerators。按原意完整翻譯過來就是：在滿足供氧量要求和雍余設(shè)計要求的條件下，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�？斎麪栄趸瘻系某厣钆c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
在表曝機(jī)的選型工作中，有兩個參數(shù)特別需要注意：一個是葉輪的曝氣動力效率SAE，另一個是減速機(jī)的服務(wù)系數(shù)SF。這兩個參數(shù)如果理解有誤或把控不好，會直接影響實(shí)際的工藝性能和設(shè)備壽命。
曝氣動力效率SAE是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下葉輪在單位時間內(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，那么在計算曝氣功率時還要考慮減速機(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，這臺表曝機(jī)的動力效率已經(jīng)是國際水平了。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，由于沒有分隔墻的作用，曝氣效果會略有下降，SAE也會相應(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)所能通過的最大功率與電機(jī)額定功率的比值。這個比值越大，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。不過這里需要特別注意，減速機(jī)傳動軸和輸出軸的軸承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10萬小時和25萬小時，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)到上述小時數(shù)。因此最后需要請減速機(jī)廠商根據(jù)具體的數(shù)據(jù)（裝機(jī)功率，扭矩，軸向動荷載，徑向動荷載，傾翻力矩等等）復(fù)核減速機(jī)選型，必要的時候應(yīng)適當(dāng)加大型號，提高服務(wù)系數(shù)，以優(yōu)先保證傳動軸與輸出軸的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)對于保護(hù)用戶的設(shè)備投資是非常重要的。我在北美見到的大部分減速機(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，這時的SF可能早已超過通常規(guī)定的2.1了。
9葉輪的演變趨勢
卡魯塞爾氧化溝發(fā)明以后所使用的曝氣葉輪在很長一段時間內(nèi)都是倒傘形狀的，無論是Oxyrator®， Landy® F，還是Hubert™，SimCar™，基本如此。但這種局面在2000年以后開始發(fā)生改變，葉輪的“平板化”和“邊緣化”成為新的設(shè)計特征，原來立體的倒傘形狀逐漸消失，甚至變成了薄片，原來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。這種變化帶來的直接好處是：1- 提高曝氣動力效率大概10%左右，有的甚至更高，對降低曝氣能耗有利；2- 葉輪工作徑向沖擊力降低一個量級，從幾十kN到十幾kN甚至幾kN，對降低土建要求和延長減速機(jī)軸承壽命有利。3- 新型葉輪通�？稍谒嬉韵逻m當(dāng)深度工作，這對增加池深是有利的，但增加的幅度需要葉輪廠商就具體項目加以確認(rèn)。
10雙葉輪技術(shù)
1987年EIMCO公司開發(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)動力輸入的調(diào)節(jié)范圍 (Power Turndown Capacity)，同時避免污泥在渠道內(nèi)的永久沉降。這個技術(shù)專利由當(dāng)時在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，該廠當(dāng)時為亞洲最大的卡魯塞爾氧化溝項目；Rick曾在2003年為湖南湘潭污水處理廠設(shè)計了中國第一座 (也是目前中國唯一的一座) 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。
美國第一座雙葉輪卡魯塞爾氧化溝于1991年設(shè)計建成，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在美國市場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。
毫無疑問，雙葉輪的使用可以進(jìn)一步增大氧化溝的池深。一般來說，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。例如國內(nèi)湘潭污水廠一期的卡魯塞爾氧化溝，每天10萬噸分兩個系列，共安裝四套單機(jī)功率150kW的雙葉輪表曝機(jī)，溝深6米，無其他輔助推進(jìn)裝置。2010年該項目建設(shè)二期，又采購了相同功率的雙葉輪表曝機(jī)四套。
由于水質(zhì)水量的隨時變化，表曝機(jī)的動力輸出也需要根據(jù)出水端的溶解氧水平加以調(diào)節(jié) (如通過變頻)。從過程控制的觀點(diǎn)來看，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。對于較早時期的曝氣機(jī)，調(diào)節(jié)范圍最多只能做到滿負(fù)荷的25%-100%；但對于雙葉輪設(shè)計，可輕松做到10%-100%。
低位葉輪是為攪拌和推進(jìn)所設(shè)計的，但其驅(qū)動功率來自曝氣機(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力效率，低位葉輪會“拖后腿”。但作為上半部分的曝氣葉輪，其實(shí)際動力效率還是很好的，這一點(diǎn)在比較雙葉輪表曝機(jī)與常規(guī)表曝機(jī)的動力效率時須加以注意。
總之，雙葉輪技術(shù)是卡魯塞爾氧化溝比較獨(dú)特的設(shè)計方案，對于運(yùn)行負(fù)荷變化大和占地要求比較高的場合，這種技術(shù)不失為一種合乎邏輯的選擇。
結(jié)束語
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間，特送給大家一款卡魯塞爾氧化溝的工藝設(shè)計手機(jī)APP - iDitch Basic，希望這個工具能對大家的工作有所幫助。iDitch Basic目前暫時只有安卓版，蘋果版需要再等一段時間。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，請參考下面這段視頻：https://v.qq.com/x/page/y0500mmzkvy.html
最后再次感謝大家。
