我國(guó)作為一個(gè)能源短缺的國(guó)家，節(jié)能尤為重要?！吨袊?guó)節(jié)能技術(shù)大綱》提出水泵風(fēng)機(jī)類應(yīng)zui大發(fā)揮其節(jié)能作用的要求，對(duì)污水處理廠來(lái)說(shuō)，水泵風(fēng)機(jī)類負(fù)載作為其主要的用電設(shè)備，節(jié)約能源、降低消耗尤為重要。在污水處理廠采用變頻調(diào)速技術(shù)，既可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，滿足污水處理工藝過(guò)程中各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)電機(jī)速度控制的要求，保證工藝流程的相對(duì)穩(wěn)定，又可實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源、降低消耗，減少相關(guān)設(shè)備的開(kāi)停次數(shù)，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，并可解決由于工程實(shí)際運(yùn)行規(guī)模與設(shè)計(jì)規(guī)模不一致帶來(lái)的運(yùn)行過(guò)程的偏差，對(duì)協(xié)調(diào)各工藝流程間匹配關(guān)系，起到重要的調(diào)節(jié)作用，因此變頻調(diào)速技術(shù)在污水處理廠的生產(chǎn)過(guò)程中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

1.1風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備調(diào)速節(jié)能特點(diǎn)
污水處理廠內(nèi)一般風(fēng)機(jī)、水泵的流量有一定的變化范圍，根據(jù)風(fēng)機(jī)、水泵的揚(yáng)程－流量特性曲線，按照工藝要求的流量，實(shí)現(xiàn)變速變流量控制，是很有效的節(jié)能方法。風(fēng)機(jī)、水泵具有以下特點(diǎn)：
水泵、風(fēng)機(jī)流量、揚(yáng)程關(guān)系曲線如下附圖：

電機(jī)軸功率P和流量Q、揚(yáng)程H之間的關(guān)系為：
P=K＊H＊Q/η
其中K為常數(shù)；
η為效率。
它們與轉(zhuǎn)速N之間的關(guān)系為：
Q1/Q2=N1/N2
H1/H2=（N1/N2）2
P1/P2=（N1/N2）3
式中：Q1、Q2――流量，m3/s；
N1、N2――轉(zhuǎn)速，r/min；
P1、P2――功率，kW；
H1、H2――揚(yáng)程，m。

上圖中曲線1為風(fēng)機(jī)在恒速下壓力,H和流量Q的特性曲線，曲線2是管網(wǎng)風(fēng)阻特性（閥門開(kāi)度為*）。假設(shè)風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)工作在A點(diǎn)的效率zui高，輸出風(fēng)量Q1為*，此時(shí)的軸功率P1=Q1×H1與面積AH10Q1成正比。根據(jù)工藝要求，當(dāng)風(fēng)量需從Q1減少到Q（例如70%）時(shí)，如采用調(diào)節(jié)閥門的方法相當(dāng)于增加了管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性變到為曲線3，系統(tǒng)由原來(lái)的工況A點(diǎn)變到新的工況B點(diǎn)運(yùn)行，由圖中可以看出，風(fēng)壓反而增加了，軸功率P2與面積BH20Q2成正比，減少不多。 如果采用變頻調(diào)速控制方式，將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由N1降到N2，根據(jù)風(fēng)機(jī)的比例定律，可以畫(huà)出在轉(zhuǎn)速N2下壓力H和流量Q特性如曲線4所示，可見(jiàn)在滿足同樣風(fēng)量Q2的情況下，風(fēng)壓H3將大幅度降低，功率P3（相等于面積CH30Q2）也隨著顯著減少，節(jié)省的功率△P=△HQ2與面積BH2H3C成正比，節(jié)能的效果是十分明顯的。

即流量與轉(zhuǎn)速成比例，而功率與流量的3次方成比例。由于風(fēng)機(jī)、水泵一般用不調(diào)速的籠型電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，當(dāng)流量需要改變時(shí)，用改變風(fēng)門或閥門的開(kāi)度進(jìn)行控制，效率很低。若采用轉(zhuǎn)速控制，當(dāng)流量減小時(shí)，所需功率近似按流量的3次方大幅度下降。例如風(fēng)量下降到80%，轉(zhuǎn)速也下降到80%時(shí)，則軸功率下降到額定功率的51%；如風(fēng)量下降到50%，功率P可下降到額定功率的13%，當(dāng)然由于實(shí)際工況的影響，節(jié)能的實(shí)際值不會(huì)有這么明顯，即使這樣，節(jié)能的效果也是十分明顯的。

2 、變頻調(diào)速技術(shù)在污水處理廠不同工藝流程中的應(yīng)用
城市污水處理工藝按流程和處理程序劃分，可分為預(yù)處理工藝、一級(jí)處理工藝、二級(jí)處理工藝、深度處理工藝和污泥處理工藝，以及zui終的污泥處置。下面就不同階段工藝設(shè)備所選變頻設(shè)備進(jìn)行預(yù)處理工藝通常包括格柵處理、泵房抽升和沉砂處理。

格柵處理的目的是截留大塊物質(zhì)以保護(hù)后續(xù)水泵管線、設(shè)備的正常運(yùn)行。一般均采用格柵除污機(jī)進(jìn)行清污，盡管除污機(jī)可采用變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)除污速度的無(wú)極調(diào)節(jié)，但目前大部分污水處理廠均利用格柵前后的液位差值給出動(dòng)作信號(hào)控制格柵除污機(jī)的動(dòng)作，較少采用變頻調(diào)速裝置。

污水提升泵房的目的是提高水頭，以保證污水可以靠重力流過(guò)后續(xù)建在地面上的各個(gè)處理構(gòu)筑物。污水提升泵作為污水處理廠的重要耗能設(shè)備，節(jié)能非常重要。污水提升泵采用變頻調(diào)速裝置，可根據(jù)進(jìn)水流量的大小，進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免水泵的頻繁起停，延長(zhǎng)水泵壽命。需要注意的是，一般情況下，應(yīng)保持集水池的高水位運(yùn)行，這樣可降低泵的揚(yáng)程，在保證提升水量的前提下降低能耗。

沉砂處理的目的是去除污水中裹攜的砂、石與大塊顆粒物，以減少它們?cè)诤罄m(xù)構(gòu)筑物中的沉降，防止造成設(shè)施淤砂，影響功效，造成磨損堵塞，影響管線設(shè)備的正常運(yùn)行。一般 分為曝氣沉砂池及旋流沉砂池。曝氣沉砂池中設(shè)備一般為刮泥機(jī)及鼓風(fēng)機(jī)，因刮泥機(jī)運(yùn)行速度很慢，一般僅設(shè)雙速電機(jī)運(yùn)行；鼓風(fēng)機(jī)為沉砂池曝氣，使污水產(chǎn)生一定的旋流速度，以便于污水中的較大砂粒沉淀，根據(jù)工藝需要，可將沉砂池鼓風(fēng)機(jī)設(shè)為變頻調(diào)速，以調(diào)整曝氣強(qiáng)度，可根據(jù)進(jìn)入沉砂池的水量來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)速。旋流沉砂池與曝氣沉砂池道理一樣，不是采用曝氣方式產(chǎn)生旋流速度，而是直接采用攪拌器使水流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)速度，一般可將攪拌器設(shè)為變頻調(diào)速。

（1）一級(jí)處理工藝主要是初次沉淀池，目的是將污水中懸浮物盡可能的沉降去除。該部分設(shè)備主要是刮泥機(jī)，刮泥機(jī)基本是連續(xù)或間斷勻速運(yùn)行，一般不設(shè)變頻裝置。

（2）二級(jí)處理工藝主要是由曝氣池和二沉池組成，目的是通過(guò)微生物的新陳代謝將污水中的大部分污染物變成CO2和H2O。該部分作為污水處理廠的主要處理工段，組成較復(fù)雜，根據(jù)不同的工藝，設(shè)備選擇也不盡相同。以下就一般的活性污泥工藝中的一些設(shè)備及控制做一下簡(jiǎn)單描述。

曝氣池是由微生物組成的活性污泥與污水中的有機(jī)污染物質(zhì)充分混和接觸，并進(jìn)而將其吸收并分解的場(chǎng)所，它是活性污泥工藝的核心。曝氣系統(tǒng)分為故風(fēng)曝氣及機(jī)械曝氣兩大類。

曝氣設(shè)備主要有鼓風(fēng)機(jī)及表曝機(jī)等，鼓風(fēng)機(jī)及表曝機(jī)作為污水處理廠的主要設(shè)備，它們的運(yùn)行工況不僅關(guān)系到污水處理效果的好壞，而且和整個(gè)污水處理廠的運(yùn)行成本有極大的關(guān)系。

曝氣鼓風(fēng)機(jī)一般采用離心式鼓風(fēng)機(jī)，又分為單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)及多級(jí)低速離心風(fēng)機(jī)，對(duì)于單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)，由于風(fēng)機(jī)本身的特性要求，國(guó)內(nèi)大部分污水廠均采用自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)口導(dǎo)葉片來(lái)達(dá)到節(jié)能效果，實(shí)際運(yùn)行效果也不錯(cuò)；對(duì)于多級(jí)低速離心風(fēng)機(jī)，常采用變頻調(diào)速裝置控制，已達(dá)到節(jié)能效果。
對(duì)于表曝機(jī)設(shè)備，均采用變頻調(diào)速裝置來(lái)控制曝氣量，達(dá)到節(jié)能目的。

無(wú)論是鼓風(fēng)機(jī)還是表曝機(jī)，一般均采用曝氣池污泥混和液的溶解氧DO值作為控制參數(shù)對(duì)變頻調(diào)速裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)曝氣池的曝氣量。

有些曝氣池因?yàn)楣に嚪绞降牟煌?，設(shè)有曝氣池混和液回流泵，該泵可采用變頻調(diào)速裝置控制來(lái)調(diào)節(jié)混和液回流量?；旌鸵旱幕亓髁坎捎脙?nèi)回流比控制（可根據(jù)曝氣池污泥濃度控制內(nèi)回流比），因?yàn)樵搮?shù)與污水性質(zhì)、溫度情況、進(jìn)水水量及運(yùn)行效果等多種因素有關(guān)，該參數(shù)需要在運(yùn)行過(guò)程中逐漸摸索調(diào)整（一般人工調(diào)整），因此該泵一般采用人工調(diào)整。因?yàn)榛旌鸵夯亓髁康牟淮_定性及連續(xù)性，采用變頻調(diào)速裝置控制比較容易實(shí)現(xiàn)。

為防止污泥沉淀，曝氣池內(nèi)還安裝有水下推進(jìn)器，該設(shè)備定速運(yùn)行，不需要調(diào)速。

二沉池的作用是使活性污泥與處理完的污水分離，并使污泥得到一定程度的濃縮。該部分設(shè)備主要是吸泥機(jī)，基本是連續(xù)或間斷勻速運(yùn)行，一般不設(shè)變頻裝置。

回流污泥系統(tǒng)主要是把二沉池中沉淀下來(lái)的絕大部分活性污泥再回流到曝氣池，以保證曝氣池有足夠的微生物濃度。主要設(shè)備為回流污泥泵，應(yīng)采用變頻調(diào)速裝置控制，回流污泥量主要靠回流比來(lái)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)回流比的參數(shù)較多，可以根據(jù)二沉池泥位、沉降比、回流污泥及混和液的濃度等參數(shù)綜合進(jìn)行調(diào)節(jié)。

剩余污泥系統(tǒng)主要是把曝氣池中每天凈增的一部分活性污泥排放，主要設(shè)備有剩余污泥泵，因?yàn)槭Ｓ辔勰嗔康脑颍Ｓ辔勰啾秒姍C(jī)功率一般不大，設(shè)變頻調(diào)速裝置一方面節(jié)能，另一方面也是工藝處理過(guò)程的需要，變頻剩余污泥泵的控制可由生物池的混和液污泥濃度決定，現(xiàn)在越來(lái)越多的污水廠在濃縮脫水前不設(shè)貯泥池，因此采用變頻調(diào)速來(lái)調(diào)節(jié)剩余污泥量就顯得更加重要。

污水處理廠還有一種常見(jiàn)的工藝為氧化溝工藝，氧化溝工藝的主要設(shè)備為轉(zhuǎn)碟或轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)，也有安裝表曝機(jī)的，表曝機(jī)的運(yùn)行控制方式基本上采用變頻調(diào)速裝置控制，轉(zhuǎn)碟或轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)因?yàn)樵谘趸瘻现邪惭b臺(tái)數(shù)較多，一般為了調(diào)節(jié)多采用雙速電機(jī)，很少采用變頻調(diào)速裝置控制。

（3）深度處理工藝主要是為污水回用于工業(yè)等特殊用途而進(jìn)行的進(jìn)一步處理工藝。通常的處理工藝有混凝沉淀、過(guò)濾、加藥加氯等，并設(shè)有出水泵站。深度處理和一般的凈水廠工藝有相似之處，變頻裝置一般用在混凝沉淀池的刮泥機(jī)、濾站的反沖洗水泵及鼓風(fēng)機(jī)、加氯加藥間的加藥泵、出水泵站的出水泵等，有關(guān)該部分的控制可參照有關(guān)凈水廠工藝控制資料，本文不再描述。

（4）污泥處理工藝及污泥處置主要包括污水廠污泥部分的濃縮、消化、脫水、堆肥或制肥、農(nóng)用填埋等。污泥消化及污泥制肥在多數(shù)污水廠較少采用，不在多述，僅就污泥濃縮及脫水工藝介紹一下變頻調(diào)速裝置的應(yīng)用。
污泥濃縮就是將含水率很高的污泥進(jìn)行濃縮，以方便污泥的后續(xù)處理或處置，污水廠一般常用的有重力濃縮及離心濃縮。

重力濃縮主要靠濃縮池進(jìn)行濃縮，主要設(shè)備有污泥濃縮機(jī)，一般濃縮機(jī)為連續(xù)工作，不采用變頻調(diào)速裝置。

由于離心濃縮具有濃縮速度快、臭味小等特點(diǎn)，現(xiàn)在被越來(lái)越多的污水廠采用，主要設(shè)備有污泥濃縮機(jī)，加藥泵、進(jìn)泥泵等。一般污泥濃縮機(jī)及加藥泵均采用變頻調(diào)速裝置控制，一般在設(shè)有貯泥池時(shí)設(shè)進(jìn)泥泵，因此進(jìn)泥泵進(jìn)泥量一定，一般不加調(diào)速裝置?？刂莆勰酀饪s設(shè)備的主要參數(shù)為進(jìn)泥量及污泥的性質(zhì)、溫度等因素，速度調(diào)節(jié)比較復(fù)雜，需在運(yùn)行中根據(jù)實(shí)際情況給出模型進(jìn)行控制。

污泥脫水就是將濃縮后的污泥中的含水量進(jìn)一步減少，使污泥體積縮小，便于外運(yùn)及堆放。一般采用機(jī)械脫水。主要設(shè)備為污泥脫水機(jī)、加藥泵、進(jìn)泥泵、沖洗泵等。

脫水機(jī)常用的有帶式壓濾脫水機(jī)及離心脫水機(jī)兩種，帶式脫水機(jī)帶速及濾布的調(diào)節(jié)主要靠減速機(jī)械及其它機(jī)械裝置來(lái)完成，一般不用變頻調(diào)速裝置；離心脫水機(jī)一般均采用變頻調(diào)速裝置控制，脫水機(jī)的控制參數(shù)需根據(jù)進(jìn)泥泥質(zhì)的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。

其它如加藥泵也需要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般也采用變頻調(diào)速裝置控制，離心脫水機(jī)的進(jìn)泥泵也常采用變頻調(diào)速控制。

為帶式脫水機(jī)沖洗濾布用的沖洗泵因?yàn)閴毫α髁康暮愣?，不采用調(diào)速控制。

污泥處理廠新工藝比較多，隨新工藝及新設(shè)備的投入，控制度、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)等多方面的要求，需要變頻調(diào)速裝置控制的設(shè)備越來(lái)越多，這就要求設(shè)計(jì)人員需根據(jù)工藝過(guò)程的特點(diǎn)，認(rèn)真選擇，既要做到運(yùn)行安全、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能，又要考慮投資的經(jīng)濟(jì)合理。

3 、污水處理廠變頻器選擇及使用中應(yīng)注意的一些問(wèn)題
（1）變頻器選擇中，應(yīng)按電動(dòng)機(jī)的額定功率及額定電流、額定電壓綜合考慮，合理選擇變頻器的參數(shù)，與用電設(shè)備配套。污水廠中有些機(jī)械配套的電動(dòng)機(jī)屬于大電流、低轉(zhuǎn)速電機(jī)，在選擇變頻器時(shí)在按額定功率選擇變頻器時(shí)，必須校核變頻器的額定電流要與設(shè)備配套。

（2）污水廠除了水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備外，還有一些如轉(zhuǎn)碟、表曝機(jī)等需要較大起動(dòng)力矩的重載起動(dòng)設(shè)備，有些生產(chǎn)廠的變頻器分水泵風(fēng)機(jī)類負(fù)載及恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載兩種，選擇變頻器時(shí)需特別注意,對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載或有較高靜態(tài)轉(zhuǎn)速精度要求的機(jī)械采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型變頻器則是比較理想的。

（3）現(xiàn)在大部分生產(chǎn)廠商的變頻器均采用電壓源型，功率因數(shù)較高，可保證在0.95以上，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合功率因數(shù)補(bǔ)償協(xié)同考慮, 可不需額外增加補(bǔ)償裝置。集中補(bǔ)償?shù)碾娙菀部蛇m當(dāng)降低補(bǔ)償容量。但也有些生產(chǎn)廠變頻器為電流源型，變頻設(shè)備隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，功率因素變化幅度較大，需要考慮補(bǔ)償電容。

（4）大型電動(dòng)機(jī)變頻裝置，特別是高壓變頻裝置向電網(wǎng)注入諧波分量應(yīng)按國(guó)家《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》管理標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-93嚴(yán)格執(zhí)行，特殊情況還需另行提出要求。在選用時(shí)應(yīng)選擇相關(guān)附件，并對(duì)生產(chǎn)廠提出具體要求。

（5）變頻器選擇時(shí)還要考慮變頻器電纜的傳輸距離，大部分變頻器傳輸距離都不超過(guò)200M,如果需要再長(zhǎng)的話，需要增加出線電抗器、出線濾波器等其它一些附件來(lái)完成，在設(shè)計(jì)時(shí)就需要充分考慮。

（6）由于變頻器產(chǎn)生的高次諧波的影響，對(duì)補(bǔ)償電容的影響較大，在選擇電容器時(shí)需選擇帶電抗器的電容器，選擇帶消諧裝置的電容器組。

（7）污水廠控制的參數(shù)較多，需綜合各種信息綜合確定控制模型，變頻裝置應(yīng)充分考慮與其它控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息通訊地能力，以便更好監(jiān)測(cè)變頻器的各種工況及更合理的控制，充分發(fā)揮各種裝置在同一系統(tǒng)中綜合應(yīng)用的潛力，達(dá)到動(dòng)態(tài)、互補(bǔ)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

（8）變頻器安裝及接線中，應(yīng)嚴(yán)格按照產(chǎn)品安裝使用手冊(cè)進(jìn)行，各種輔助措施，如裝置環(huán)境條件的保證，接地安全措施均應(yīng)預(yù)留到位，否則會(huì)直接影響變頻器的使用壽命和效率，還會(huì)造成對(duì)其它系統(tǒng)干擾現(xiàn)象。尤其環(huán)境溫度的要求，尤其重要，變頻器發(fā)熱量較大，安裝在柜內(nèi)時(shí)要考慮散熱的要求，必要時(shí)需增設(shè)通風(fēng)設(shè)備，對(duì)大功率變頻器尤為重要。

4、 結(jié)束語(yǔ)
實(shí)踐證明采用變頻調(diào)速技術(shù)，不僅節(jié)約能源，而且對(duì)于提高整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低維修費(fèi)用，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命和檢修周期，減輕電動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊等各個(gè)方面，都有顯著的效果。在污水處理廠應(yīng)大力推廣應(yīng)用。