На фоне дальнейшего развития систем очистки коммунальных и промышленных сточных вод, а также экологической инфраструктуры всё большее внимание уделяется системам аэрации как одному из ключевых элементов биологической очистки. Воздуходувки Рутс широко применяются в системах аэрации благодаря простой конструкции, стабильной работе, непрерывной подаче воздуха и удобному регулированию производительности.

Для проектов очистки сточных вод выбор воздуходувки Рутс не сводится только к определению номинальной мощности или расхода воздуха. Необходимо учитывать глубину воды в аэротенке, сопротивление трубопроводов, характеристики аэраторов, фактическую потребность в кислороде, сезонные изменения температуры и диапазон регулирования оборудования.

I. Почему воздуходувки Рутс широко применяются в системах аэрации

Стабильная подача воздуха благодаря объёмному принципу работы

Воздуходувка Рутс относится к объёмным роторным газовым машинам. Синхронизирующие шестерни приводят в движение два ротора, которые вращаются с одинаковой скоростью в противоположных направлениях внутри корпуса. При вращении роторов газ непрерывно всасывается и перемещается к стороне нагнетания, обеспечивая принудительную и непрерывную подачу воздуха.

По сравнению с некоторыми другими типами воздуходувок оборудование Рутс отличается относительно простой конструкцией и способно обеспечивать стабильный объёмный расход во время работы. Поэтому такие машины подходят для систем аэрации, где требуется непрерывная подача воздуха.

В процессе биологической очистки сточных вод микроорганизмам необходимо постоянное поступление кислорода. Расход воздуха, обеспечиваемый воздуходувкой, непосредственно влияет на концентрацию растворённого кислорода в аэротенке. Поэтому стабильность подачи воздуха и возможность её регулирования являются важными параметрами при выборе оборудования.

Противодавление определяет фактическое рабочее давление

Одной из особенностей воздуходувки Рутс является то, что давление нагнетания не является фиксированным давлением, которое просто создаётся самой машиной. Оно в основном определяется сопротивлением системы после воздуходувки, то есть так называемым противодавлением.

В системах аэрации очистных сооружений противодавление главным образом формируется глубиной воды в аэротенке, сопротивлением аэраторов, сопротивлением воздушных трубопроводов и местными потерями давления на арматуре и соединительных элементах.

Поэтому при выборе воздуходувки Рутс недостаточно ориентироваться только на номинальное давление, указанное на табличке оборудования. Необходимо также рассчитать фактическое сопротивление всей системы аэрации.

II. Как определить необходимый расход воздуха

Предварительная оценка расхода по площади аэрации

Расход воздуха является одним из основных параметров при выборе воздуходувки Рутс.

При окончательном проектировании расход воздуходувки не следует определять только по площади аэротенка. Он должен рассчитываться на основе биологической потребности в кислороде, включая потребность в кислороде для окисления органических веществ и нитрификации аммонийного азота, с учётом температуры воды, возраста активного ила, качества поступающей и очищенной воды и других технологических параметров.

На предварительной стадии проекта, когда полный набор технологических данных ещё отсутствует, расход воздуха можно ориентировочно определить по площади аэротенка и количеству аэраторов.

Например, при размещении примерно четырёх аэраторов на один квадратный метр типичный расчётный расход воздуха для мелкопузырчатых аэраторов можно предварительно принять на уровне около 1,5–3 м³/ч на один аэратор, что соответствует примерно 0,025–0,05 м³/мин на аэратор.

Следует подчеркнуть, что данный расчёт предназначен только для предварительной оценки. Окончательный выбор оборудования должен выполняться на основании фактических характеристик аэраторов и подробного расчёта потребности в кислороде.

Необходимо предусмотреть разумный запас производительности

После определения теоретической потребности в кислороде и расчётного расхода воздуха необходимо учитывать возможные колебания нагрузки во время реальной эксплуатации очистных сооружений.

Как правило, к расчётному расходу воздуха можно добавить запас примерно 10–15%, чтобы компенсировать изменения нагрузки, снижение характеристик оборудования и изменение рабочих условий.

Однако чрезмерно большой запас также нежелателен. Если воздуходувка постоянно работает с расходом, значительно превышающим фактическую потребность, это может привести к неоправданному расходу электроэнергии и чрезмерному повышению концентрации растворённого кислорода в аэротенке.

III. Как сезонные изменения влияют на работу воздуходувок Рутс

Изменение температуры влияет на массовый расход воздуха

В реальных условиях эксплуатации очистных сооружений температура воздуха зимой и летом значительно отличается, а плотность воздуха изменяется вместе с температурой.

Для одной и той же воздуходувки Рутс объёмный расход при одинаковой скорости вращения и аналогичных рабочих условиях не изменяется в такой же степени, как плотность воздуха. Однако из-за изменения плотности изменяется массовый расход подаваемого воздуха.

Зимой более низкая температура обычно приводит к увеличению плотности воздуха. Поэтому одинаковый объём воздуха соответствует большей массе воздуха. Летом повышение температуры снижает плотность, и тот же объёмный расход соответствует меньшей массе воздуха.

Сезонная регулировка становится важным элементом эксплуатации

На очистных сооружениях потребность в кислороде зависит не только от входящей нагрузки, но также от температуры воды, активности микроорганизмов и технологических условий.

Если зимой подача воздуха остаётся неизменной, увеличение массового расхода воздуха может привести к заметному изменению концентрации растворённого кислорода в аэротенке. Поэтому режим работы воздуходувки следует корректировать с учётом показаний датчиков растворённого кислорода, входящей нагрузки и технологических требований.

Воздуходувка Рутс с частотно-регулируемым приводом позволяет изменять расход воздуха за счёт регулирования скорости вращения. Это помогает лучше адаптировать подачу воздуха к фактической потребности в кислороде в разные сезоны и при различных режимах эксплуатации.

IV. Другие факторы, которые необходимо учитывать при выборе воздуходувки Рутс

1. Связь между скоростью вращения и расходом воздуха

В нормальных условиях расход воздуха воздуходувки Рутс примерно пропорционален частоте вращения, поэтому регулирование скорости с помощью частотного преобразователя является эффективным способом управления подачей воздуха.

Однако снижение скорости не всегда приводит к повышению эффективности. При слишком низкой скорости внутренние утечки могут составлять значительную долю общего расхода, что приводит к снижению объёмного КПД. Кроме того, мощность на валу не всегда уменьшается строго пропорционально снижению скорости.

Поэтому минимальная рабочая скорость для конкретной модели должна определяться по характеристикам производителя и допустимому диапазону частотного регулирования. В инженерной практике часто рекомендуется избегать длительной работы ниже примерно 50% номинальной скорости, однако окончательное значение должно определяться техническими характеристиками конкретной модели.

2. Правильный подбор мощности электродвигателя

При относительно постоянном расходе воздуха повышение давления в системе, как правило, приводит к увеличению необходимой мощности на валу воздуходувки Рутс.

Поэтому необходимо рассчитать мощность на валу исходя из фактических расхода и давления и правильно подобрать электродвигатель. Выбор двигателя не должен основываться только на номинальном расходе воздуходувки. Двигатель должен обеспечивать необходимую мощность при фактическом рабочем давлении.

В зависимости от реальных условий проектирования можно предусмотреть запас мощности около 5–15%, чтобы снизить риск длительной работы двигателя на полной нагрузке или в режиме перегрузки.

3. Рабочая точка должна находиться в эффективной зоне

Расход и давление воздуходувки являются взаимосвязанными параметрами, которые вместе определяют фактическую рабочую точку оборудования.

При выборе необходимо нанести расчётные значения расхода и давления на рабочую характеристику воздуходувки и проверить, находится ли рабочая точка в допустимой и эффективной зоне.

Длительная работа вблизи границ рабочей характеристики может привести к снижению эффективности, увеличению энергопотребления или недостаточному диапазону регулирования. Для очистных сооружений с непрерывным режимом работы особенно важно обеспечить работу оборудования в эффективной зоне.

4. Выбор материалов с учётом состава воздуха

Воздуходувки Рутс на очистных сооружениях обычно перемещают атмосферный воздух. Однако при особых условиях эксплуатации воздух может содержать коррозионно-активные компоненты, пыль или водяной пар.

При сложных условиях среды может потребоваться специальное исполнение роторов, корпуса и системы уплотнений. В зависимости от условий эксплуатации могут применяться никель-фосфорные покрытия роторов, покрытия PTFE и лабиринтные уплотнения.

Конкретные материалы и тип уплотнения необходимо выбирать с учётом состава воздуха, температуры, влажности и технических требований производителя оборудования.

5. Нельзя забывать о шуме и теплоотводе

Во время работы воздуходувки Рутс могут создавать заметный механический и аэродинамический шум. Фактический уровень шума зависит от модели оборудования, скорости вращения, давления, применяемых шумозащитных мероприятий и условий установки.

Для проектов, расположенных рядом с жилыми районами, офисами или другими чувствительными к шуму объектами, мероприятия по снижению шума необходимо предусматривать ещё на стадии проектирования.

К распространённым решениям относятся глушители на всасывании и нагнетании, звукоизолирующие кожухи и гибкие соединения. Одновременно при установке звукоизолирующего кожуха необходимо обеспечить эффективный отвод тепла и достаточную вентиляцию, чтобы чрезмерное повышение температуры не повлияло на длительную работу электродвигателя и воздуходувки.

V. Интеллектуальное управление способствует дальнейшему снижению энергопотребления

По мере развития отрасли очистки сточных вод в направлении более точного и интеллектуального управления традиционная эксплуатация с постоянным расходом воздуха постепенно заменяется подачей воздуха по фактической потребности.

С помощью онлайн-контроля растворённого кислорода, частотного регулирования и автоматических систем управления скорость воздуходувки можно изменять в соответствии с текущим состоянием биологического процесса. В системах с несколькими параллельно работающими воздуходувками также можно изменять комбинацию работающего оборудования в зависимости от общей потребности в воздухе, снижая ненужное энергопотребление при низкой нагрузке.

Для очистных сооружений система воздуходувок часто является одним из основных потребителей энергии в процессе аэрации. Поэтому правильный выбор воздуходувок Рутс в сочетании с частотным регулированием и автоматическими системами управления может способствовать повышению стабильности и энергетической эффективности системы аэрации.

VI. Научно обоснованный выбор является основой стабильной работы очистных сооружений

В целом выбор воздуходувки Рутс для отрасли очистки сточных вод не сводится к определению простой комбинации «расход + давление». Необходимо комплексно учитывать технологические требования, характеристики аэраторов, сопротивление трубопроводов, сезонные изменения, эффективность оборудования и диапазон регулирования.

На предварительной стадии расход воздуха можно ориентировочно определить по площади аэрации и количеству аэраторов. На этапе окончательного проектирования необходимо выполнить подробный расчёт потребности в кислороде, потерь давления в трубопроводах и соответствия рабочей точки характеристике воздуходувки. После этого определяется мощность двигателя и количество рабочих агрегатов с учётом фактических условий эксплуатации.

Для очистных сооружений, работающих в непрерывном режиме, выбор воздуходувок Рутс, способных обеспечить требуемые рабочие параметры, имеющих подходящий диапазон регулирования и работающих в эффективной зоне характеристик, в сочетании с частотным и автоматическим управлением позволяет повысить стабильность системы аэрации и эффективность использования энергии.

Информация о продукте воздуходувки Roots

Веб‑сайт: http://www.greentechblower.com/ (Групповой веб‑сайт) ‖ http://www.zqblower.cn/ (Китайская версия) ‖ http://www.ringblower.cn/ (Кольцевой нагнетатель) ‖ http://www.china‑blower.com/ (Рутсовский нагнетатель) ‖ https://www.zibovacuumpump.com (Вакуумный насос)