污水處理廠變頻調速技術探討

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摘要：通過變頻調速節能原理，依據風機、水泵運行特性，對污水處理廠風機、水泵采用變頻調速與傳統閥門控制的能耗進行了分析比較，揭示了污水處理廠采用變頻調速技術節能的機理。結合污水處理廠的運行控制要求及特性，討論說明了污水處理廠運用變頻調速技術的方法。表明了污水處理廠采用變頻調速技術的可行性、實用性、經濟性，具有良好的推廣價值。

關鍵詞：污水處理廠；變頻調速；節能；應

1概述

隨著城市化、工業化進程加快，因工業生產和城市集聚產生的污水量迅速增加，水環境污染成為需急待解決的問題。目前全國各地建設了一大批污水處理廠，由于電費、藥劑、人力費用的不斷上漲，使在運行的污水處理廠的運營費用也不斷增加，從某種程度上阻礙了污水處理廠的正常運營，使得一大批污水處理不能正常運轉。為此，解決污水廠運行能耗問題，合理配置能源勢在必行。經大量統計分析污水處理廠能耗主要集中在曝氣風機和進水提升泵上面，約占整個污水處理廠能耗的50～70%，如何降低污水處理廠曝氣風機、進水提升泵能耗系實現污水處理廠節能、降低運營費用的有效途經。

2污水處理廠應用變頻調速節能原理

2.1變頻器調速原理與特性。隨著電子科技的不斷發展，新型電力電子元器件不斷出現，微機控制技術日益成熟，變頻調速技術得以迅猛發展，變頻調速技術廣泛運用在工業生產領域。通過變頻調速技術來控制交流電動機轉速，可以比以往直接采用機械控制方式運行大幅減少能量損耗。根據交流電動機轉速公式；n=60f（1-s)/p(1)式中；f-電動機的電源頻率（Hz)；p-電動機的極對數；s-電動機的轉差率。從式中得出理論上，在p、s不改變的情況下，只要改變電動機的電源頻率f,電動機轉速n也將作相應改變。相對電動機額定轉速，電動機轉速降低，電動機軸功率也相應減少，輸出功率也相應隨之減少，從而實現變頻調速的節能功能。2.2污水處理廠應用變頻調速的節能分析。污水處理廠運行期間，由于污水流量等因素的變化，理論上風機、水泵的流量、壓力也應相應改變，符合運行要圖3水泵變頻調速運行特性圖求。傳統方式系采用控制管路閥門的方式來使流量、壓力符合運行值，采用該法風機、水泵始終處在額定運行狀態，造成巨大能源浪費。如何實現風機、水泵隨之變量、變壓實現節能目的呢？采用變頻調速節能技術是一種高效的變量、變壓調節方式。根據風機、水泵的特性曲線分析：從圖1分析可知風機、水泵一般輸送流量減少，壓力升高。在運行時，當流量從Q1減至Q2時，風機，水泵的揚程從H1升至H2，運行工況從A點到B點，而根據水力計算，在管徑不變的情況下，流速減少，管阻也相應減少，原則上應降低運行揚程。傳統的控制系通過人工調節閥門等機械方式來增加管阻從而減少流量，采用這種控制方式雖然可調節流量，水泵仍處于滿負荷狀態運行，水泵特性曲線不變，電動機輸入功率沒有減少，大量的能量浪費在調節閥門在壓降上，并不能實現節能目的。采用變頻調速技術可實現風機、水泵變壓力、流量運行，從而達到節能目的。污水處理廠風機節能分析，按照運行工藝曝氣池的溶氧量的需求，運行時風機的風量將會改變。當采用人工調節控制閥門時，風機從最大工況點A變至工況點B，管路曲線由R1變為R，風壓從H1升至H2。而采用變頻調速技術，風機從最大工況點A變至工況點C，由此可見在滿足同樣風量Q2時，風壓也隨之大幅下降，降至H變，功率也隨之減少。根據風機比例定律；Q1/Q2=(n1/n2),H1/H2=(n1/n2)2,P1/P2=(n1/n2)3（2）由此可知，當風機轉速從額定轉速降低至對應工況點時，流量、風壓，軸功率為成倍下降之勢，這就運用變頻調速技術大幅節能的原因。污水處理廠進水提升泵節能分析，當進水流量從最大流量Q1變化到實際流量Q2時，當通過調節閥門方式，管路曲線由R1改變為R2，運行工況點由A至B，水泵仍處滿負荷運行，大量能耗用于管阻消耗。而采用變頻調速技術，管路曲線R不變，水泵轉速從n1調至n2，水泵特性曲線由（Q-H）1改變為變頻調速時水泵特性曲線（Q-H）2，運行工況點由A點移至C點，揚程從H1降至H變。根據水泵特性曲線公式；N=rQH/102η（3）式中：N-水泵使用工況點軸功率（kw);Q-水泵使用工況點流量（m3/s）;H-水泵使用工況點揚程（m）;r-水的密度（kg/m3）;η-水泵的總效率（%）工況點C點與B點軸功率之差經計算可知；△N=rQ（H3-H變）/102η（4）由此可見相對用閥門控制流量方式比較，采用變頻調頻技術可降低水泵運行能耗，且水泵轉速與軸功率成正比三次方關系，轉速下降，軸功率相應大幅減少，從而實現節能目標

3污水處理廠變頻調速技術應用措施

3.1、變頻調速技術在污水處理廠曝氣機上的應用?；钚晕勰喾ㄏ党鞘形鬯幚砗陀袡C性工業污水的有效生物處理法?；钚晕勰喾▽嵸|上是以存在于污水中的有機物作為培養基，在有氧的條件下，對各種微生物群進行混合連續培養，通過凝聚、吸附、氧化分解、沉淀等過程去除有機物的一種方法，它受到BOD負荷率、溶解氧、水溫、營養物平衡、PH值等環境因素的影響。在微生物的代謝過程中，需要將污水中一部分有機物氧化分解，并自身氧化一部分細胞物質，為其新細胞的合成以及維持生命活動提供能源。這兩部分氧化所需的氧量，一般用下列公式表示；O2=a'QSr+b'VXv（5）式中；O2-混合液需氧量(kgO2/d);a'-代謝每公斤BOD所需氧量（kg）;Q-污水流量（m3/d）;QSr-有機物降解量（kg/d）b'-污水自身氧化需氧率（kg）V-曝氣池總容積（V）VXv-曝氣池中混合液揮發性懸浮物固體總量（kg）。從公式（5）可以看出，當污水量增大時，曝氣池的需氧量就需要增多。反之，曝氣池的需氧量就需要減少?；钚晕勰喾ㄊ切柩醮x過程，當曝氣池供氧不足會引起絲狀菌大量繁殖，導致污泥澎漲。反之供氧過度，會使活性污泥生物-營養的平衡遭受破壞，使微生物量減少并失去活性，吸附能力降低，一部分絮凝體成為不易沉降的羽狀污泥，處理水質渾濁。為了使沉淀分離性能良好，較大絮凝體是所期望的，曝氣池的溶解氧濃度宜保持在2mg/L左右。污水處理廠在實際運行期間，由于進水量等方面的變化，曝氣池的需氧量也在不斷改變。采用變頻調速技術，通過改變風機轉速方式，控制曝氣池溶解氧濃度維持在2mg/L左右（圖4）。污水處理廠曝氣變頻調速控制系統主要由風機、變頻器、軟啟動器，小型可編程控制器（PLC）、DO在線溶氧儀構成。在曝氣池內設置DO在線溶氧儀，通過DO在線溶氧儀檢測曝氣池內混合液的溶解氧濃度值，并轉換為DC4～24mA標準信號轉給PLC，經PLC運算將傳給變頻器，在變頻器上設定給定值。通過變頻器內置的PID內進行運算、比較，其結果改變輸入風機的電源頻率，從而使風機轉速改變，保持曝氣池內溶解氧濃度在2mg/L。當溶解氧濃度低于2mg/L時，使變頻器輸出頻率增大，風機轉速隨之升高，曝氣池內進氣量相應增多，池內混合液溶解氧濃度隨之升高，反之亦然。當變頻器輸出頻率達50Hz后，池內混合液溶解氧濃度仍低于給定的溶解氧濃度（2mg/L）時，通過PLC轉出轉出指令通過變頻器或較啟動器增加風機運行臺數。反之，當在滿足溶解氧給定濃度時，變頻器輸出頻率降低，降至設定下限輸出頻率時，通過PLC減少風機運行臺數。使曝氣池內混合液溶解氧濃度始終維持在2mg/L左右。另外，曝氣池系統還可設置各類與運行相關的傳感器，采集運行狀態信息和數據，經PLC向污水處理廠中央控制室上位控制器系統傳送。并可通過上位機系統運行狀況信息、數據直接顯示或存儲、打印。并可接受上位控制系統的控制指令。3.2變頻器在污水處理廠提升泵上的應用。污水處理廠進水提升泵的目的系將污水提高水頭，以保證污水可以以重力流方式流過污水處理廠后續水工構筑物。根據污水處理廠設計時的水頭損失計算，污水處理廠進水提升泵提升水頭可以是一個定值。污水進水流量和集水井水位發生變化時，污水提升泵的提升水頭也隨之變化，當污水提升水頭高于所需水頭時，就產生了不必要的能源浪費。采用變頻調速技術，通過調節水泵轉速，使水泵揚程符合水工構筑物所需水頭，從而實現節能目的。污水處理廠進水提升泵變頻調速控制系統主要由水泵、變頻器、軟啟動器、PLC、壓力傳感器構成，設在水泵出水管上的壓力傳感器將檢測的出水壓力值反饋至PLC、變頻器，經與變頻器上設定值進行計算、比較，其結果改變變頻器的輸出電源頻率，從而改變水泵的運行轉速，使水泵出水壓力恒定在設定值。當變頻器頻率輸出達50Hz時，出水管壓力仍低于設定值，則經PLC給出信號，通過變頻器或軟啟動器增加運行水泵。在多泵運行時，某臺變頻器小于設定頻率，則減泵運行。同時；可通過PLC向中央控制室上位控制器傳遞運行信息和數據，并可接收上位控制系統的運行指令。

通過對污水處理廠風機、水泵采用變頻調速技術節能的節能分析，證明在污水處理廠采用變頻調速技術是一種效果顯著的節能措施，值得廣泛推廣應用。同時，對曝氣風機和污水提升泵運用方法及措施做了詳細介紹，也證明了污水處理廠運用變頻技術的技術可行性。污水處理廠采用變頻調速技術不但具有節能效果，還具備提高設備效率，減輕設備維護，降低設備維修費用等優點，經濟效益明顯。

參考文獻

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作者:胡清云 單位:南昌高新工程管理有限公司