能耗是目前國內(nèi)外污水廠所面臨的一個共同問題，高能耗導(dǎo)致污水處理設(shè)施運營成本高，且在一定程度上加劇了我國現(xiàn)階段能源緊缺危機。如何能降低能耗、更有效的利用能源、提高水處理能力是亟待解決的重要課題。國際上的發(fā)達國家在污水處理節(jié)能方面進行了很多實踐與研究，而國內(nèi)的污水處理行業(yè)則側(cè)重在設(shè)施的建設(shè)方面，對污水處理的節(jié)能降耗及其運營優(yōu)化等方面尚未進行系統(tǒng)研究。另一方面，由于污水處理工藝系統(tǒng)復(fù)雜、動態(tài)變化大，而且水處理能量分析涉及到污水處理工藝學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)、生物反應(yīng)工程學(xué)、熱力學(xué)與微生物學(xué)等多個方面，理論研究還不夠完善。因此，我國在建設(shè)城市污水處理廠進行工藝系統(tǒng)選擇時，關(guān)鍵因素首先考慮的還是對水質(zhì)的處理效率和建設(shè)費用以及工藝的可持續(xù)性，而與能耗相關(guān)的運行費用只是作為一種重要比較因素。

 

　　因此，針對目前我國污水處理行業(yè)的具體狀況，通過對新工藝的研發(fā)與應(yīng)用、運行的優(yōu)化調(diào)控、設(shè)施設(shè)備的改良改造、先進控制的應(yīng)用，對形成系統(tǒng)的污水處理節(jié)能降耗技術(shù)具有重要意義。

 

　　1、城市污水處理廠能耗控制理論基礎(chǔ)

 

　　污水處理廠的運行過程中，實際電能消耗與污水處理廠的處理規(guī)模、原水水質(zhì)特征、處理工藝的選擇以及排放標(biāo)準(zhǔn)等因素有關(guān)，這其中污水及污泥的提升、生物處理的供氧以及污泥處理這幾個工藝過程不僅是出水水質(zhì)保障的核心，也是電能效耗的重點，僅前兩個工藝過程的電能消耗量一般要占整座污水處理廠直

 

　　接能耗量的 60％以上。污水處理中鼓風(fēng)機、進水泵等工藝設(shè)備進行控制和調(diào)節(jié)，使各系統(tǒng)風(fēng)量、水流量等負荷工況參數(shù)按照負荷的實際情況得到適時的調(diào)節(jié)，不但能改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，達到閥門、風(fēng)門節(jié) / 回流調(diào)節(jié)、變極調(diào)速等落后的調(diào)節(jié)方式所不能相比的調(diào)節(jié)性能，更能節(jié)省大量電能，降低運營成本。因此解決好運行過程中風(fēng)機水泵的電能降耗就成為了一座污水處理廠節(jié)能降耗的重點。那么，如何有效降低風(fēng)機水泵的能耗呢？

 

　　一般來說，污水處理廠中的風(fēng)機水泵類負載較多是根據(jù)滿負荷工作需用量來選型，但在實際運行過程中該類設(shè)備大部分時間并不需要滿負荷狀態(tài)工作，因此會產(chǎn)生一部分不必要的能耗；另一方面，由于風(fēng)機和水泵的機械特性均為平方轉(zhuǎn)矩特性，很難進行變速調(diào)節(jié)，只能依靠節(jié)流調(diào)節(jié)對管道上的風(fēng)門、風(fēng)道檔板或閥門的開度來調(diào)節(jié)風(fēng)機風(fēng)量及水泵流量，但這種操作會增加管路的阻力，從而增大管路系統(tǒng)的損失，導(dǎo)致能耗損失大，不利于風(fēng)機、水泵的節(jié)能運行。通過交流電機的調(diào)速可以在一定程度上緩解這種能耗，這其中變頻調(diào)速是最高效的一種調(diào)速、節(jié)能手段。變頻調(diào)速的主要特點在于其無附加轉(zhuǎn)差損耗、效率高、調(diào)整范圍比較寬，特別適合于低流量運行較多或啟停運行頻繁的風(fēng)機水泵類，它可以實現(xiàn)水泵風(fēng)機的無級調(diào)速，并可方便的組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

 

　　2、變頻調(diào)速技術(shù)在污水處理廠的應(yīng)用

 

　　曝氣系統(tǒng)的鼓風(fēng)機和進水系統(tǒng)的潛水泵是污水廠的核心設(shè)備，功率較大且都為全天候運轉(zhuǎn)，因此用變頻器對鼓風(fēng)機和潛水泵進行變速調(diào)節(jié)，不僅可以從工藝角度有效控制設(shè)備的運轉(zhuǎn)，而且還可以節(jié)省電能，并減少設(shè)備的故障率以延長設(shè)備的使用壽命。

 

　　目前，國內(nèi)的生物處理污水廠大多數(shù)采用鼓風(fēng)曝氣工藝，鼓風(fēng)機作為污水處理活性污泥法中經(jīng)常采用的機械設(shè)備，對污水處理廠的正常運行起著重要作用。鼓風(fēng)機的能耗占污水廠總能耗的50%以上，其運行質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到污水處理的安全性與經(jīng)濟性，以及處理后出水水質(zhì)指標(biāo)的高低。幾乎全部的城市污水處理工藝都與鼓風(fēng)曝氣有關(guān)。污水處理廠中生物池好氧段的溶解氧濃度對處理結(jié)果有很大影響，如果溶解氧濃度太低，出水水質(zhì)將不能達到排放標(biāo)準(zhǔn)；如果溶解濃度太高，不僅大量浪費電能，還可能使活性污泥上浮同樣會造成出水水質(zhì)不能達標(biāo)的現(xiàn)象。通常人工手動調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機的輸出風(fēng)量及風(fēng)壓，無法使生物池內(nèi)的溶解氧濃度精細化控制在一個穩(wěn)定的數(shù)值，且電能浪費現(xiàn)象嚴(yán)重。在鼓風(fēng)機上增加變頻控制就是為了準(zhǔn)確控制生物內(nèi)池溶解氧的濃度值，從而起到節(jié)電和穩(wěn)定出水水質(zhì)的作用。

 

　　實際運用中，生物池好養(yǎng)段的溶解氧濃度由池中的溶解氧儀檢測出并實時傳送給 PLC，PLC 根據(jù)設(shè)定的所需溶解氧濃度值通過 PID 方式變頻控制鼓風(fēng)機運行，自動調(diào)節(jié)出風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量及風(fēng)壓，使生物池中的溶解氧濃度穩(wěn)定在設(shè)定值。

 

　　3、變頻器在潛水泵上的應(yīng)用

 

　　污水處理廠中的潛水泵的數(shù)量一般較多，例如進水提升泵、各種回流泵以及棑泥除砂泵等。這些潛水泵不僅數(shù)量眾多功率較大，水頭提升的高度一般都較高。因此，在潛水泵啟動時的急扭與停機時的水錘現(xiàn)象往往會造成管道的松動或破裂，嚴(yán)重時可能會造成潛水泵的損壞；同時由于污水處理廠工藝的需要大多數(shù)潛水泵都為全天候運轉(zhuǎn)，電能的消耗也非常大。

 

　　在潛水泵安裝變頻調(diào)速器以后，可以通過延長潛水泵的開啟與停止時間來實現(xiàn)電機的軟起、軟停，從而解決急扭與水錘現(xiàn)象的發(fā)生，大大減小潛水泵由于啟動和停止時對機械系統(tǒng)及潛水泵自身的沖擊，而且變頻調(diào)速器還可以配合 PLC 以及現(xiàn)場檢測儀表根據(jù)不同工況下設(shè)定的水位及流量狀態(tài)來自動調(diào)節(jié)潛水泵的轉(zhuǎn)速，從而起到節(jié)能的目的。

 

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