關于污水廠羅茨風機噪聲的治理案例

某省某污水處理廠全套引進國外技術與設備，采用射流曝氣活性污泥法處理工藝。送風選用羅茨風機，型號為RV73.5L2G，德國制造。主要技術參數：風壓73kPa，風量112m3/min，轉速960r/min，配套電機功率183kW。風機房共安裝了9臺羅茨風機，目前正常生產只開2臺，將來二期工程投產后需開4臺。
　　雖然工程設計時已采取了對羅茨風機加隔聲罩等噪聲控制措施，但運行后鼓風曝氣系統噪聲污染仍然十分嚴重。風機房內噪聲平均值達118.8dB(A)；曝氣池靠近送風道處的噪聲達111.6dB(A)；風機房相鄰西廠界噪聲達75.5dB(A)，超過所在區域廠界噪聲標準值(夜間)30.5dB(A)。

　　1 羅茨風機隔聲罩的改進設計

　　羅茨風機是一種強噪聲的機電產品，其噪聲主要包括進氣口和排氣口輻射的空氣動力性噪聲、機殼及軸承輻射的機械性噪聲、基礎振動輻射的噪聲、電動機噪聲［1］。
　　在原工程設計中已采取了一定的噪聲控制措施，主要有：給每一臺羅茨風機加隔聲罩，罩外壁材料為玻璃鋼，內壁材料為穿孔鋼板，中間填玻璃棉。羅茨風機進氣口加消聲器、空氣濾清器，它們橫臥于罩內。風機所需空氣通過一根直徑420mm玻璃鋼管由室外引入隔聲罩內，室外進氣口加有玻璃鋼材料制作的阻性消聲器，見圖1。

　　羅茨風機加隔聲罩可有效降低其機殼及軸承輻射的機械性噪聲、電動機噪聲；進氣口加消聲器可有效降低進氣口輻射的空氣動力性噪聲。為了解決機器散熱，利用羅茨風機工作時罩內形成的負壓吸入外界空氣冷卻，這種降溫方法從技術上也是合理的。
　　水廠投入運行后發現隔聲罩門不能關閉，否則跳閘，羅茨風機不能正常工作。在隔聲罩門打開的情況下，隔聲罩已基本無降噪作用。分析失敗的原因有三方面：
　?、?氣流組織不合理。原設計中隔聲罩進氣口和羅茨風機進氣口均位于隔聲罩內上部，氣流形成短路，位于隔聲罩下部的電動機等部件得不到有效冷卻。
　?、?隔聲罩進氣口截面積較小，進氣阻力較大，增加了羅茨風機負荷。
　　③ 隔聲罩為了保證有效隔聲，除密閉性好外，還使用了較厚的玻璃棉材料。它既是吸聲材料，也是保溫材料，因此隔聲罩散熱能力很差。本工程中的鼓風機是間歇工作，在非工作時間，罩內不形成負壓，罩外空氣不能進入罩內起散熱作用，鼓風機再工作時環境溫度將較高。
　　為了節省治理費用，在工程設計時沒有重新設計隔聲罩，而是根據對失敗原因的分析，對原隔聲罩進行了改進，采取的措施從比較圖1(b)與圖1(a)中可看出，主要有：
　?、?將隔聲罩進氣口從罩上方改到下方，使氣流能夠流經電動機與羅茨風機機體，對它們進行冷卻。
　?、?進氣口截面積從0.126m2增加到0.384m2。
　?、?進氣口由室外進風改為室內進風，不僅減少通風阻力，而且改善了風機房內通風狀況。
　?、?進氣口配用了折板式阻性消聲器。
　?、?在罩內增設新的強制通風設施。在隔聲罩上方加一排氣扇，它僅在羅茨風機不工作時運行；排氣扇外加裝消聲器，以降低從排氣口泄出的噪聲；在排氣扇與消聲器間設簡易逆止閥，以防止羅茨風機工作時室外氣流由此進入。
　?、?將羅茨風機泄壓口由室外移至隔聲罩內，并配用消聲器，其對外環境影響可忽略。采取上述措施后，即使在夏季最熱天氣，隔聲罩門也不需要打開，隔聲罩的降噪作用得到保障。工程竣工后測量，罩內噪聲為106.8dB(A)，罩外進氣口處噪聲已降至82.5dB(A)。

　　2 羅茨風機排氣口消聲器的設計

　　在原工程設計中，雖然重視了羅茨風機進氣口噪聲控制，但卻沒有重視排氣口噪聲控制，這是噪聲控制失敗的另一個主要原因。羅茨風機排氣口噪聲很強，他不僅通過排氣管道向外輻射，而且能夠激起排氣管道產生強烈的再生噪聲。
選擇羅茨風機隔聲罩內靠近風機排氣口處作測點①，選擇羅茨風機隔聲罩外匯流管下靠近風機排氣管處作測點②。用B&K2230聲級計和B&K1625帶通濾波器測量了A聲級和噪聲頻譜，測量結果見表1。

表1 羅茨風機隔聲罩內外噪聲測量值dB 測點 時間 倍頻程頻帶聲壓級 A聲級
63.0Hz 125Hz 250Hz 500Hz 1 000Hz 2 000Hz 4 000Hz 8 000Hz
① 治理前 110.6 103.6 105.1 108.1 102.4 96.2 90.3 85.8 108.1
② 治理前 90.4 96.2 111.2 110.7 114.8 111.0 100.0 88.3 116.2
② 治理后 87.5 88.1 85.2 89.8 80.5 76.7 69.9 64.1 87.8

　　隔聲罩有一定的隔聲量，因此罩外測點②的A聲級應低于罩內測點①，但實際測量值反之，說明罩外有其他強噪聲存在，這就是管道再生噪聲。從噪聲頻譜差別也可看到這一點，罩內測點噪聲呈明顯中低頻特性，這是風機的頻譜特點［1］；罩外測點噪聲呈明顯中高頻特性，這是再生噪聲的頻譜特點。根據兩個聲級合成計算公式，可推算出再生噪聲達116.1dB(A)。
　　管道傳聲是固體傳聲，隨傳播距離增加衰減很小，因此整個管道均向外輻射噪聲，成為典型的線聲源。本工程地面以上管道長達300 m，所以污染情況相當嚴重。由上面分析可知，降低羅茨風機排氣口氣流噪聲是本工程另一個重要措施。加裝消聲器是降低氣流噪聲的有效手段，根據羅茨風機噪聲頻譜，設計了阻抗復合式消聲器，其結構見圖2。

　　該消聲器有下列技術特點：
　?、?為方便制造和維護，消聲器分成阻性、抗性兩段，中間以標準法蘭相連接。
　　② 吸聲材料選用離心玻璃棉氈，為了提高低頻消聲效果，消聲器阻性段離心玻璃棉氈厚度設計為150mm。
　?、?消聲器有效長度增加，可提高消聲量。設計時將原羅茨風機排氣口逆止閥到風量調節閥之間“S”形管道改為“L”形，降低了風量調節閥高度，從而使消聲器長度增加，消聲器有效長度已達1800mm。
　?、?消聲器出口直徑大于進口直徑，有效通道截面積增加近1倍，使進入匯流管的氣流速度由原來的23.2m/s降低為12.3m/s，減少了對匯流管的撞擊，達到了降低再生噪聲的目的。
　?、莶扇√貏e結構措施，保證使用安全。本工程通過氣體壓力高達73kPa，而國內定型生產的各類羅茨風機消聲器限定通過氣體壓力低于50kPa［2］。
　　羅茨風機排氣口加裝消聲器后，對匯流管還采取了下列再生噪聲控制措施：
　?、?減少管道截面變化。原匯流管由三個不同直徑段組成，現統一為一種直徑，降低了由于管道截面變化引起的渦流噪聲。
　?、?增大管道直徑。原匯流管最大直徑800mm，現增至1100mm，降低了風速，可降低渦流噪聲，也減少了“T”形口處氣流對管壁的撞擊，從而降低機械振動噪聲。
　?、?改善管道支撐。匯流管通過鋼箍固定于支架，將原固定于電纜溝蓋板上的支架改為直接固定在地面上。在匯流管與鋼箍間墊橡膠條以增加管道振動阻尼。
　　采取上述措施后，測點②噪聲已從116.2dB(A)降至87.8dB(A)，在室外主送風道入口處再加裝一臺阻抗復合式消聲器后，曝氣池靠近送風道處噪聲已由111.6dB(A)降至63.8dB(A)。

　　3 提高風機房圍護結構隔聲量的措施

　　污水處理廠所在區域廠界噪聲夜間標準為45dB(A)，經過計算，采取上述措施后還不能達標。然而，再對羅茨風機本身采取進一步噪聲控制措施，不僅存在技術困難，而且費用較高，故采取提高風機房圍護結構隔聲量的辦法，主要措施為：
　?、?風機房門改為隔聲門。原來的門為普通木門，而且門縫較大，實測隔聲量不足10dB(A)。為此，參照J649國家標準圖制作了隔聲門，設計隔聲量25dB(A)。
　?、?風機房臨廠界西側窗戶封砌，東側窗戶改為隔聲窗，供采光。為了降低治理費用，隔聲窗系在原有窗戶內側再加裝一層固定玻璃窗做成，兩層窗戶間作吸聲處理。
　　③ 在東墻下部進風口設置消聲進風柜。進風口有效面積根據二期工程完工后所需進風量確定，風速控制在6m/s。消聲進風柜的消聲片厚度設計為80mm，片間距為100mm，消聲片可從柜中抽出，以便清掃積塵。
　?、?在西墻設兩臺低噪聲排氣扇，并配消聲器。排氣扇是為夏季通風降低室內氣溫用。
　?、?滿鋪吸聲吊頂。吸聲吊頂不僅降低了風機房內的混響噪聲，而且提高了隔聲薄弱的屋頂的隔聲量。
　　噪聲治理工程已經竣工，市環境監測站在開動4臺羅茨風機情況下測量，風機房內噪聲平均值已降至85.5dB(A)；廠界噪聲降至43.5dB(A)，達到國家有關噪聲標準。