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：电机机轴功率率P和流流量Q、扬扬程H之之间的关关系为：P=KHHQ/其其中K为为常数；为效效率。它们与与转速NN之间的的关系为为：QQ1/QQ2=NN1/NN2H11/H22=（NN1/NN2）22P1/P2=（N11/N22）3式式中：QQ1、QQ2流量，mm3/ss；N11、N22

4、转转速，rr/miin；PP1、PP2功率，kkW；HH1、HH2扬程，mm。上上图中曲曲线1为为风机在在恒速下下压力,H和流流量Q的的特性曲曲线，曲曲线2是是管网风风阻特性性（阀门门开度为为1000%）。假假设风机机在设计计时工作作在A点点的效率率最高，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，当当风量需需从Q11减少到到Q（例例如700%）时时，如采采用调节节阀门的的方法相相当于增增加了管管网阻力力，使管管网阻力力特性变变到为曲曲线3，系系统由原原来的工工况A点点变到新新的工况况B点运运行，由由图中可可以看出出，

5、风压压反而增增加了，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，将将风机转转速由NN1降到到N2，根根据风机机的比例例定律，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（相相等于面面积CHH30QQ2）也也随着显显著减少少，节省省的功率率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。即即流量与与转速成成比例，而而功率与与流量的的3次方方成比例例。由于于风机、水水泵一般般用不调调速的笼笼型电动动机传动动，当流

6、流量需要要改变时时，用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，当当流量减减小时，所所需功率率近似按按流量的的3次方方大幅度度下降。例例如风量量下降到到80%，转速速也下降降到800%时，则则轴功率率下降到到额定功功率的551%；如风量量下降到到50%，功率率P可下下降到额额定功率率的133%，当当然由于于实际工工况的影影响，节节能的实实际值不不会有这这么明显显，即使使这样，节节能的效效果也是是十分明明显的。22、变变频调速速技术在在污水处处理厂不不同工艺艺流程中中的应用用城市市污水处处理工艺艺按流程程和处理理程序划划分，可可分为预预处理工工艺、一一级处理理工艺

7、、二二级处理理工艺、深深度处理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。格格栅处理理的目的的是截留留大块物物质以保保护后续续水泵管管线、设设备的正正常运行行。一般般均采用用格栅除除污机进进行清污污，尽管管除污机机可采用用变频调调速技术术，实现现除污速速度的无无极调节节，但目目前大部部分污水水处理厂厂均利用用格栅前前后的液液位差值值给出动动作信号号控制格格栅除污污机的动动作，较较少采用用变频调调速装置置。污污水提升升泵房的的目的是是提高水水头，以以保证污污水可以以靠重力力

8、流过后后续建在在地面上上的各个个处理构构筑物。污污水提升升泵作为为污水处处理厂的的重要耗耗能设备备，节能能非常重重要。污污水提升升泵采用用变频调调速装置置，可根根据进水水流量的的大小，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。需需要注意意的是，一一般情况况下，应应保持集集水池的的高水位位运行，这这样可降降低泵的的扬程，在在保证提提升水量量的前提提下降低低能耗。沉沉砂处理理的目的的是去除除污水中中裹携的的砂、石石与大块块颗粒物物，以减减少它们们在后续续构筑物物中的沉沉降，防防止造成成设施淤淤砂，影影响功效效，造成成磨损堵堵塞，影影响管线线设备的的正常运运行。一一般分为曝曝气沉砂砂

9、池及旋旋流沉砂砂池。曝曝气沉砂砂池中设设备一般般为刮泥泥机及鼓鼓风机，因因刮泥机机运行速速度很慢慢，一般般仅设双双速电机机运行；鼓风机机为沉砂砂池曝气气，使污污水产生生一定的的旋流速速度，以以便于污污水中的的较大砂砂粒沉淀淀，根据据工艺需需要，可可将沉砂砂池鼓风风机设为为变频调调速，以以调整曝曝气强度度，可根根据进入入沉砂池池的水量量来调整整转速。旋旋流沉砂砂池与曝曝气沉砂砂池道理理一样，不不是采用用曝气方方式产生生旋流速速度，而而是直接接采用搅搅拌器使使水流产产生旋转转速度，一一般可将将搅拌器器设为变变频调速速。（11）一级级处理工工艺主要要是初次次沉淀池池，目的的是将污污水中悬悬浮物尽尽可

10、能的的沉降去去除。该该部分设设备主要要是刮泥泥机，刮刮泥机基基本是连连续或间间断匀速速运行，一一般不设设变频装装置。（22）二级级处理工工艺主要要是由曝曝气池和和二沉池池组成，目目的是通通过微生生物的新新陈代谢谢将污水水中的大大部分污污染物变变成COO2和HH2O。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。曝曝气池是是由微生生物组成成的活性性污泥与与污水中中的有机机污染物物质充分分混和接接触，并并进而将将其吸收收并分解解的场所所，它是是活性污污泥工

11、艺艺的核心心。曝气气系统分分为故风风曝气及及机械曝曝气两大大类。曝曝气设备备主要有有鼓风机机及表曝曝机等，鼓鼓风机及及表曝机机作为污污水处理理厂的主主要设备备，它们们的运行行工况不不仅关系系到污水水处理效效果的好好坏，而而且和整整个污水水处理厂厂的运行行成本有有极大的的关系。曝曝气鼓风风机一般般采用离离心式鼓鼓风机，又又分为单单级高速速离心风风机及多多级低速速离心风风机，对对于单级级高速离离心风机机，由于于风机本本身的特特性要求求，国内内大部分分污水厂厂均采用用自动调调节进口口导叶片片来达到到节能效效果，实实际运行行效果也也不错；对于多多级低速速离心风风机，常常采用变变频调速速装置控控制，已已

12、达到节节能效果果。对于于表曝机机设备，均均采用变变频调速速装置来来控制曝曝气量，达达到节能能目的。无无论是鼓鼓风机还还是表曝曝机，一一般均采采用曝气气池污泥泥混和液液的溶解解氧DOO值作为为控制参参数对变变频调速速装置进进行调节节，从而而调节曝曝气池的的曝气量量。有有些曝气气池因为为工艺方方式的不不同，设设有曝气气池混和和液回流流泵，该该泵可采采用变频频调速装装置控制制来调节节混和液液回流量量。混和和液的回回流量采采用内回回流比控控制（可可根据曝曝气池污污泥浓度度控制内内回流比比），因因为该参参数与污污水性质质、温度度情况、进进水水量量及运行行效果等等多种因因素有关关，该参参数需要要在运行行过

13、程中中逐渐摸摸索调整整（一般般人工调调整），因因此该泵泵一般采采用人工工调整。因因为混和和液回流流量的不不确定性性及连续续性，采采用变频频调速装装置控制制比较容容易实现现。为为防止污污泥沉淀淀，曝气气池内还还安装有有水下推推进器，该该设备定定速运行行，不需需要调速速。二二沉池的的作用是是使活性性污泥与与处理完完的污水水分离，并并使污泥泥得到一一定程度度的浓缩缩。该部部分设备备主要是是吸泥机机，基本本是连续续或间断断匀速运运行，一一般不设设变频装装置。回回流污泥泥系统主主要是把把二沉池池中沉淀淀下来的的绝大部部分活性性污泥再再回流到到曝气池池，以保保证曝气气池有足足够的微微生物浓浓度。主主要设备

14、备为回流流污泥泵泵，应采采用变频频调速装装置控制制，回流流污泥量量主要靠靠回流比比来调节节，调节节回流比比的参数数较多，可可以根据据二沉池池泥位、沉沉降比、回回流污泥泥及混和和液的浓浓度等参参数综合合进行调调节。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，因因为剩余余污泥量量的原因因，剩余余污泥泵泵电机功功率一般般不大，设设变频调调速装置置一方面面节能，另另一方面面也是工工艺处理理过程的的需要，变变频剩余余污泥泵泵的控制制可由生生物池的的混和液液污泥浓浓度决定定，现在在越来越越多的污污水厂在在浓缩脱脱水前不不设贮泥泥池，因因此采用用

15、变频调调速来调调节剩余余污泥量量就显得得更加重重要。污污水处理理厂还有有一种常常见的工工艺为氧氧化沟工工艺，氧氧化沟工工艺的主主要设备备为转碟碟或转刷刷曝气机机，也有有安装表表曝机的的，表曝曝机的运运行控制制方式基基本上采采用变频频调速装装置控制制，转碟碟或转刷刷曝气机机因为在在氧化沟沟中安装装台数较较多，一一般为了了调节多多采用双双速电机机，很少少采用变变频调速速装置控控制。（33）深度度处理工工艺主要要是为污污水回用用于工业业等特殊殊用途而而进行的的进一步步处理工工艺。通通常的处处理工艺艺有混凝凝沉淀、过过滤、加加药加氯氯等，并并设有出出水泵站站。深度度处理和和一般的的净水厂厂工艺有有相似

16、之之处，变变频装置置一般用用在混凝凝沉淀池池的刮泥泥机、滤滤站的反反冲洗水水泵及鼓鼓风机、加加氯加药药间的加加药泵、出出水泵站站的出水水泵等，有有关该部部分的控控制可参参照有关关净水厂厂工艺控控制资料料，本文文不再描描述。（44）污泥泥处理工工艺及污污泥处置置主要包包括污水水厂污泥泥部分的的浓缩、消消化、脱脱水、堆堆肥或制制肥、农农用填埋埋等。污污泥消化化及污泥泥制肥在在多数污污水厂较较少采用用，不在在多述，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。污泥浓缩就是将含水率很高的污泥进行浓缩，以方便污泥的后续处理或处置，污水厂一般常用的有重力浓缩及离心浓缩。重重力浓缩缩主要

17、靠靠浓缩池池进行浓浓缩，主主要设备备有污泥泥浓缩机机，一般般浓缩机机为连续续工作，不不采用变变频调速速装置。由由于离心心浓缩具具有浓缩缩速度快快、臭味味小等特特点，现现在被越越来越多多的污水水厂采用用，主要要设备有有污泥浓浓缩机，加加药泵、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，一一般在设设有贮泥泥池时设设进泥泵泵，因此此进泥泵泵进泥量量一定，一一般不加加调速装装置。控控制污泥泥浓缩设设备的主主要参数数为进泥泥量及污污泥的性性质、温温度等因因素，速速度调节节比较复复杂，需需在运行行中根据据实际情情况给出出模型进进行控制制。污污泥脱水水就是将将浓缩后后的污泥泥中

18、的含含水量进进一步减减少，使使污泥体体积缩小小，便于于外运及及堆放。一一般采用用机械脱脱水。主主要设备备为污泥泥脱水机机、加药药泵、进进泥泵、冲冲洗泵等等。脱脱水机常常用的有有带式压压滤脱水水机及离离心脱水水机两种种，带式式脱水机机带速及及滤布的的调节主主要靠减减速机械械及其它它机械装装置来完完成，一一般不用用变频调调速装置置；离心心脱水机机一般均均采用变变频调速速装置控控制，脱脱水机的的控制参参数需根根据进泥泥泥质的的变化进进行调节节。其其它如加加药泵也也需要随随时进行行调节，一一般也采采用变频频调速装装置控制制，离心心脱水机机的进泥泥泵也常常采用变变频调速速控制。为为带式脱脱水机冲冲洗滤布

19、布用的冲冲洗泵因因为压力力流量的的恒定，不不采用调调速控制制。污污泥处理理厂新工工艺比较较多，随随新工艺艺及新设设备的投投入，控控制精确确度、运运行经济济等多方方面的要要求，需需要变频频调速装装置控制制的设备备越来越越多，这这就要求求设计人人员需根根据工艺艺过程的的特点，认认真选择择，既要要做到运运行安全全、经济济、节能能，又要要考虑投投资的经经济合理理。33、污污水处理理厂变频频器选择择及使用用中应注注意的一一些问题题（1）变变频器选选择中，应应按电动动机的额额定功率率及额定定电流、额额定电压压综合考考虑，合合理选择择变频器器的参数数，与用用电设备备配套。污污水厂中中有些机机械配套套的电动动

20、机属于于大电流流、低转转速电机机，在选选择变频频器时在在按额定定功率选选择变频频器时，必必须校核核变频器器的额定定电流要要与设备备配套。（22）污水水厂除了了水泵、风风机等设设备外，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，有有些生产产厂的变变频器分分水泵风风机类负负载及恒恒转矩类类负载两两种，选选择变频频器时需需特别注注意,对对于恒转转矩类负负载或有有较高静静态转速速精度要要求的机机械采用用具有转转矩控制制功能的的高功能能型变频频器则是是比较理理想的。（33）现在在大部分分生产厂厂商的变变频器均均采用电电压源型型，功率率因数较较高，可可保证在在0.995以上上，在实实际应用用中应结结合功率率因数补补偿协同同考虑,可不不需额外外增加补补偿装置置。集中中补偿的的电容也也可适当当降低补补偿容量量。但也也有些生生产厂变变频器为为电流源源型，变变频设备备随电机机转速的的变化，功功率因素素变化幅幅度较大大，需要要考虑补补偿电容容。（44）大型型电动机机变频装装置，特特别是高高压变频频装置向向电网注注入谐波波分量应应按国家家电能能质量公公用电网网谐波管管理标准准GB/T1445499-933严格执执行，特特殊情况况还需另另行提出出要求。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。（55）变频频器选择择时还要要考虑变变