中国市政工程

1、作者：中国市政工程华北设计研究院郑效文宋立强崔佳摘要：概述污水处理厂的一般工艺,简单介绍了风机、水泵等的节能特点，介绍了变频调速装置在污水处理厂各处理工段的应用。英文摘要：Theessayintroducesthegeneralprocessingtechnologyofwastewatertreatment,andthepowersavingcharacterofblowersandpumps.Itfocusesontheapplicationoffrequencyconversionequipmentforadjustmentofmotorrunningspeedinrelativepro

2、cessingsectionofwastewatertreatmentplant.关键词：变频调速污水处理厂节能 1、引言我国作为一个能源短缺的国家，节能尤为重要。中国节能技术大纲提出水泵风机类应最大发挥其节能作用的要求，对污水处理厂来说，水泵风机类负载作为其主要的用电设备，节约能源、降低消耗尤为重要。在污水处理厂采用变频调速技术，既可实现无级调速，满足污水处理工艺过程中各项指标对电机速度控制的要求，保证工艺流程的相对稳定，又可实现节约能源、降低消耗，减少相关设备的开停次数，延长设备使用寿命，并可解决由于工程实际运行规模与设计规模不一致带来的运行过程的偏差，对协调各工艺流程间匹配关系，起到重要

3、的调节作用，因此变频调速技术在污水处理厂的生产过程中得到越来越广泛的应用。1.1风机、水泵等设备调速节能特点污水处理厂内一般风机、水泵的流量有一定的变化范围，根据风机、水泵的扬程流量特性曲线，按照工艺要求的流量，实现变速变流量控制，是很有效的节能方法。风机、水泵具有以下特点：水泵、风机流量、扬程关系曲线如下附图：电电机轴功功率P和和流量QQ、扬程程H之间间的关系系为：P=KKHQ/其中中K为常常数；为效率率。它它们与转转速N之之间的关关系为：Q11/Q22=N11/N22H1/H2=（N11/N22）2PP1/PP2=（N1/N2）3式中中：Q11、Q22流流量，mm3/ss；N11、N22转

4、转速，rr/miin；PP1、PP2功率，kW；H1、H2扬程程，m。上图中中曲线11为风机机在恒速速下压力力,H和和流量QQ的特性性曲线，曲线22是管网网风阻特特性（阀阀门开度度为1000%）。假设设风机在在设计时时工作在在A点的的效率最最高，输输出风量量Q1为为1000%，此此时的轴轴功率PP1=QQ1HH1与面面积AHH10QQ1成正正比。根根据工艺艺要求，当风量量需从QQ1减少少到Q（例如770%）时，如如采用调调节阀门门的方法法相当于于增加了了管网阻阻力，使使管网阻阻力特性性变到为为曲线33，系统统由原来来的工况况A点变变到新的的工况BB点运行行，由图图中可以以看出，风压反反而增加加

5、了，轴轴功率PP2与面面积BHH20QQ2成正正比，减减少不多多。如如果采用用变频调调速控制制方式，将风机机转速由由N1降降到N22，根据据风机的的比例定定律，可可以画出出在转速速N2下下压力HH和流量量Q特性性如曲线线4所示示，可见见在满足足同样风风量Q22的情况况下，风风压H33将大幅幅度降低低，功率率P3（相等于于面积CCH300Q2）也随着着显著减减少，节节省的功功率P=HQ22与面积积BH22H3C成正比比，节能能的效果果是十分分明显的的。即流量量与转速速成比例例，而功功率与流流量的33次方成成比例。由于风风机、水水泵一般般用不调调速的笼笼型电动动机传动动，当流流量需要要改变时时，用

6、改改变风门门或阀门门的开度度进行控控制，效效率很低低。若采采用转速速控制，当流量量减小时时，所需需功率近近似按流流量的33次方大大幅度下下降。例例如风量量下降到到80%，转速速也下降降到800%时，则轴功功率下降降到额定定功率的的51%；如风风量下降降到500%，功功率P可可下降到到额定功功率的113%，当然由由于实际际工况的的影响，节能的的实际值值不会有有这么明明显，即即使这样样，节能能的效果果也是十十分明显显的。2、变频调调速技术术在污水水处理厂厂不同工工艺流程程中的应应用城城市污水水处理工工艺按流流程和处处理程序序划分，可分为为预处理理工艺、一级处处理工艺艺、二级级处理工工艺、深深度处理

7、理工艺和和污泥处处理工艺艺，以及及最终的的污泥处处置。下下面就不不同阶段段工艺设设备所选选变频设设备进行行预处理理工艺通通常包括括格栅处处理、泵泵房抽升升和沉砂砂处理。格栅处处理的目目的是截截留大块块物质以以保护后后续水泵泵管线、设备的的正常运运行。一一般均采采用格栅栅除污机机进行清清污，尽尽管除污污机可采采用变频频调速技技术，实实现除污污速度的的无极调调节，但但目前大大部分污污水处理理厂均利利用格栅栅前后的的液位差差值给出出动作信信号控制制格栅除除污机的的动作，较少采采用变频频调速装装置。污水提提升泵房房的目的的是提高高水头，以保证证污水可可以靠重重力流过过后续建建在地面面上的各各个处理理构

8、筑物物。污水水提升泵泵作为污污水处理理厂的重重要耗能能设备，节能非非常重要要。污水水提升泵泵采用变变频调速速装置，可根据据进水流流量的大大小，进进行调节节，避免免水泵的的频繁起起停，延延长水泵泵寿命。需要注注意的是是，一般般情况下下，应保保持集水水池的高高水位运运行，这这样可降降低泵的的扬程，在保证证提升水水量的前前提下降降低能耗耗。沉砂处处理的目目的是去去除污水水中裹携携的砂、石与大大块颗粒粒物，以以减少它它们在后后续构筑筑物中的的沉降，防止造造成设施施淤砂，影响功功效，造造成磨损损堵塞，影响管管线设备备的正常常运行。一般分为为曝气沉沉砂池及及旋流沉沉砂池。曝气沉沉砂池中中设备一一般为刮刮泥

9、机及及鼓风机机，因刮刮泥机运运行速度度很慢，一般仅仅设双速速电机运运行；鼓鼓风机为为沉砂池池曝气，使污水水产生一一定的旋旋流速度度，以便便于污水水中的较较大砂粒粒沉淀，根据工工艺需要要，可将将沉砂池池鼓风机机设为变变频调速速，以调调整曝气气强度，可根据据进入沉沉砂池的的水量来来调整转转速。旋旋流沉砂砂池与曝曝气沉砂砂池道理理一样，不是采采用曝气气方式产产生旋流流速度，而是直直接采用用搅拌器器使水流流产生旋旋转速度度，一般般可将搅搅拌器设设为变频频调速。（1）一一级处理理工艺主主要是初初次沉淀淀池，目目的是将将污水中中悬浮物物尽可能能的沉降降去除。该部分分设备主主要是刮刮泥机，刮泥机机基本是是连

10、续或或间断匀匀速运行行，一般般不设变变频装置置。（2）二二级处理理工艺主主要是由由曝气池池和二沉沉池组成成，目的的是通过过微生物物的新陈陈代谢将将污水中中的大部部分污染染物变成成CO22和H22O。该该部分作作为污水水处理厂厂的主要要处理工工段，组组成较复复杂，根根据不同同的工艺艺，设备备选择也也不尽相相同。以以下就一一般的活活性污泥泥工艺中中的一些些设备及及控制做做一下简简单描述述。曝气池池是由微微生物组组成的活活性污泥泥与污水水中的有有机污染染物质充充分混和和接触，并进而而将其吸吸收并分分解的场场所，它它是活性性污泥工工艺的核核心。曝曝气系统统分为故故风曝气气及机械械曝气两两大类。曝气设设

11、备主要要有鼓风风机及表表曝机等等，鼓风风机及表表曝机作作为污水水处理厂厂的主要要设备，它们的的运行工工况不仅仅关系到到污水处处理效果果的好坏坏，而且且和整个个污水处处理厂的的运行成成本有极极大的关关系。曝气鼓鼓风机一一般采用用离心式式鼓风机机，又分分为单级级高速离离心风机机及多级级低速离离心风机机，对于于单级高高速离心心风机，由于风风机本身身的特性性要求，国内大大部分污污水厂均均采用自自动调节节进口导导叶片来来达到节节能效果果，实际际运行效效果也不不错；对对于多级级低速离离心风机机，常采采用变频频调速装装置控制制，已达达到节能能效果。对于表表曝机设设备，均均采用变变频调速速装置来来控制曝曝气量

12、，达到节节能目的的。无论是是鼓风机机还是表表曝机，一般均均采用曝曝气池污污泥混和和液的溶溶解氧DDO值作作为控制制参数对对变频调调速装置置进行调调节，从从而调节节曝气池池的曝气气量。有些曝曝气池因因为工艺艺方式的的不同，设有曝曝气池混混和液回回流泵，该泵可可采用变变频调速速装置控控制来调调节混和和液回流流量。混混和液的的回流量量采用内内回流比比控制（可根据据曝气池池污泥浓浓度控制制内回流流比），因为该该参数与与污水性性质、温温度情况况、进水水水量及及运行效效果等多多种因素素有关，该参数数需要在在运行过过程中逐逐渐摸索索调整（一般人人工调整整），因因此该泵泵一般采采用人工工调整。因为混混和液回回

13、流量的的不确定定性及连连续性，采用变变频调速速装置控控制比较较容易实实现。为防止止污泥沉沉淀，曝曝气池内内还安装装有水下下推进器器，该设设备定速速运行，不需要要调速。二沉池池的作用用是使活活性污泥泥与处理理完的污污水分离离，并使使污泥得得到一定定程度的的浓缩。该部分分设备主主要是吸吸泥机，基本是是连续或或间断匀匀速运行行，一般般不设变变频装置置。回流污污泥系统统主要是是把二沉沉池中沉沉淀下来来的绝大大部分活活性污泥泥再回流流到曝气气池，以以保证曝曝气池有有足够的的微生物物浓度。主要设设备为回回流污泥泥泵，应应采用变变频调速速装置控控制，回回流污泥泥量主要要靠回流流比来调调节，调调节回流流比的参

14、参数较多多，可以以根据二二沉池泥泥位、沉沉降比、回流污污泥及混混和液的的浓度等等参数综综合进行行调节。剩剩余污泥泥系统主主要是把把曝气池池中每天天净增的的一部分分活性污污泥排放放，主要要设备有有剩余污污泥泵，因为剩剩余污泥泥量的原原因，剩剩余污泥泥泵电机机功率一一般不大大，设变变频调速速装置一一方面节节能，另另一方面面也是工工艺处理理过程的的需要，变频剩剩余污泥泥泵的控控制可由由生物池池的混和和液污泥泥浓度决决定，现现在越来来越多的的污水厂厂在浓缩缩脱水前前不设贮贮泥池，因此采采用变频频调速来来调节剩剩余污泥泥量就显显得更加加重要。污水处处理厂还还有一种种常见的的工艺为为氧化沟沟工艺，氧化沟沟

15、工艺的的主要设设备为转转碟或转转刷曝气气机，也也有安装装表曝机机的，表表曝机的的运行控控制方式式基本上上采用变变频调速速装置控控制，转转碟或转转刷曝气气机因为为在氧化化沟中安安装台数数较多，一般为为了调节节多采用用双速电电机，很很少采用用变频调调速装置置控制。（3）深深度处理理工艺主主要是为为污水回回用于工工业等特特殊用途途而进行行的进一一步处理理工艺。通常的的处理工工艺有混混凝沉淀淀、过滤滤、加药药加氯等等，并设设有出水水泵站。深度处处理和一一般的净净水厂工工艺有相相似之处处，变频频装置一一般用在在混凝沉沉淀池的的刮泥机机、滤站站的反冲冲洗水泵泵及鼓风风机、加加氯加药药间的加加药泵、出水泵泵

16、站的出出水泵等等，有关关该部分分的控制制可参照照有关净净水厂工工艺控制制资料，本文不不再描述述。（4）污污泥处理理工艺及及污泥处处置主要要包括污污水厂污污泥部分分的浓缩缩、消化化、脱水水、堆肥肥或制肥肥、农用用填埋等等。污泥泥消化及及污泥制制肥在多多数污水水厂较少少采用，不在多多述，仅仅就污泥泥浓缩及及脱水工工艺介绍绍一下变变频调速速装置的的应用。污泥浓浓缩就是是将含水水率很高高的污泥泥进行浓浓缩，以以方便污污泥的后后续处理理或处置置，污水水厂一般般常用的的有重力力浓缩及及离心浓浓缩。重力浓浓缩主要要靠浓缩缩池进行行浓缩，主要设设备有污污泥浓缩缩机，一一般浓缩缩机为连连续工作作，不采采用变频频

17、调速装装置。由于离离心浓缩缩具有浓浓缩速度度快、臭臭味小等等特点，现在被被越来越越多的污污水厂采采用，主主要设备备有污泥泥浓缩机机，加药药泵、进进泥泵等等。一般般污泥浓浓缩机及及加药泵泵均采用用变频调调速装置置控制，一般在在设有贮贮泥池时时设进泥泥泵，因因此进泥泥泵进泥泥量一定定，一般般不加调调速装置置。控制制污泥浓浓缩设备备的主要要参数为为进泥量量及污泥泥的性质质、温度度等因素素，速度度调节比比较复杂杂，需在在运行中中根据实实际情况况给出模模型进行行控制。污泥脱脱水就是是将浓缩缩后的污污泥中的的含水量量进一步步减少，使污泥泥体积缩缩小，便便于外运运及堆放放。一般般采用机机械脱水水。主要要设备

18、为为污泥脱脱水机、加药泵泵、进泥泥泵、冲冲洗泵等等。脱水机机常用的的有带式式压滤脱脱水机及及离心脱脱水机两两种，带带式脱水水机带速速及滤布布的调节节主要靠靠减速机机械及其其它机械械装置来来完成，一般不不用变频频调速装装置；离离心脱水水机一般般均采用用变频调调速装置置控制，脱水机机的控制制参数需需根据进进泥泥质质的变化化进行调调节。其它如如加药泵泵也需要要随时进进行调节节，一般般也采用用变频调调速装置置控制，离心脱脱水机的的进泥泵泵也常采采用变频频调速控控制。为带式式脱水机机冲洗滤滤布用的的冲洗泵泵因为压压力流量量的恒定定，不采采用调速速控制。污泥处处理厂新新工艺比比较多，随新工工艺及新新设备的

19、的投入，控制精精确度、运行经经济等多多方面的的要求，需要变变频调速速装置控控制的设设备越来来越多，这就要要求设计计人员需需根据工工艺过程程的特点点，认真真选择，既要做做到运行行安全、经济、节能，又要考考虑投资资的经济济合理。3、污水处处理厂变变频器选选择及使使用中应应注意的的一些问问题（11）变频频器选择择中，应应按电动动机的额额定功率率及额定定电流、额定电电压综合合考虑，合理选选择变频频器的参参数，与与用电设设备配套套。污水水厂中有有些机械械配套的的电动机机属于大大电流、低转速速电机，在选择择变频器器时在按按额定功功率选择择变频器器时，必必须校核核变频器器的额定定电流要要与设备备配套。（2）

20、污污水厂除除了水泵泵、风机机等设备备外，还还有一些些如转碟碟、表曝曝机等需需要较大大起动力力矩的重重载起动动设备，有些生生产厂的的变频器器分水泵泵风机类类负载及及恒转矩矩类负载载两种，选择变变频器时时需特别别注意,对于恒恒转矩类类负载或或有较高高静态转转速精度度要求的的机械采采用具有有转矩控控制功能能的高功功能型变变频器则则是比较较理想的的。（3）现现在大部部分生产产厂商的的变频器器均采用用电压源源型，功功率因数数较高，可保证证在0.95以以上，在在实际应应用中应应结合功功率因数数补偿协协同考虑虑,可可不需额额外增加加补偿装装置。集集中补偿偿的电容容也可适适当降低低补偿容容量。但但也有些些生产厂厂变频器器为电流流源型，变频设设备随电电机转速速的变化化，功率率因素变变化幅度度较大，需要考考虑补偿偿电容。（4）大大型电动动机变频频装置，特别是是高压变变频装置置向电网网注入谐谐波分量量应按国国家电电能质量量公用电电网谐波波管理理标准GGB/TT145549-93严严格执行行，特殊殊情况还还需另行行提出要要求。在在选用时时应选择择相关附附件，并并对生产产厂提出出具体要要求。（5）变变频器选选择时还还要考