一、總述

水(shui)(shui)是(shi)經(jing)濟發展和(he)社(she)會(hui)可持(chi)續發展的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)個重(zhong)要(yao)因素。隨著城(cheng)市(shi)(shi)規模的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不斷擴大和(he)人口的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加，水(shui)(shui)環(huan)(huan)境(jing)污染(ran)成(cheng)了一(yi)大難題。城(cheng)市(shi)(shi)污水(shui)(shui)是(shi)目前(qian)江河湖泊水(shui)(shui)域(yu)污染(ran)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)原因，是(shi)制(zhi)約許多城(cheng)市(shi)(shi)可持(chi)續發展的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)原因之一(yi)。“環(huan)(huan)境(jing)保護”是(shi)我國(guo)(guo)(guo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基本國(guo)(guo)(guo)策，中(zhong)國(guo)(guo)(guo)可持(chi)續發展的(de)(de)(de)(de)(de)(de)戰(zhan)略與對策制(zhi)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)2000年(nian)治理目標，要(yao)求城(cheng)市(shi)(shi)污水(shui)(shui)集中(zhong)處(chu)理率達20%。目前(qian)，我國(guo)(guo)(guo)正處(chu)于城(cheng)市(shi)(shi)污水(shui)(shui)處(chu)理事業的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大發展時期，尤其隨著國(guo)(guo)(guo)家西部(bu)大開發戰(zhan)略的(de)(de)(de)(de)(de)(de)實施，中(zhong)國(guo)(guo)(guo)中(zhong)西部(bu)環(huan)(huan)境(jing)與生態保護已被提上首要(yao)議(yi)事日程。

二、建設城市(shi)污(wu)水處理廠(chang)的發展方向

城市生活(huo)污(wu)(wu)(wu)水處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)自200年(nian)前工業革命以來，越來越受到(dao)人們(men)的(de)重(zhong)視。城市污(wu)(wu)(wu)水處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)率已成為一個地區文明與(yu)否的(de)一個重(zhong)要(yao)標志。近200年(nian)來，城市污(wu)(wu)(wu)水處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)已從原始的(de)自然處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)、簡單的(de)一級處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)發(fa)(fa)展到(dao)利用(yong)各種先(xian)進技術、深度處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)污(wu)(wu)(wu)水，并回(hui)用(yong)。處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)工藝也從傳統活(huo)性污(wu)(wu)(wu)泥法、氧化溝工藝發(fa)(fa)展到(dao)A/O、A2/O、AB、SBR（包(bao)括CCAS工藝）等多種工藝，以達(da)到(dao)不同的(de)出水要(yao)求(qiu)。我國(guo)城市污(wu)(wu)(wu)水處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)相對于國(guo)外發(fa)(fa)達(da)國(guo)家、起步(bu)較晚，目前城市污(wu)(wu)(wu)水處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)率只有6.7%。在我們(men)大力引起國(guo)外先(xian)進技術、設備(bei)和經驗的(de)同時，必須結合我國(guo)發(fa)(fa)展，尤其是當地實際情況，探索適(shi)合我國(guo)實際的(de)城市污(wu)(wu)(wu)水處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)系統。

結(jie)合我(wo)國(guo)實際情況，參(can)考國(guo)外先(xian)進(jin)技術(shu)和經驗，建設(she)城市污水處理廠(chang)應符合以(yi)下幾個發(fa)展方向：

（1）總(zong)投(tou)資省。我國(guo)(guo)是一(yi)個(ge)發展(zhan)中國(guo)(guo)家(jia)，經濟發展(zhan)所(suo)需資金非常龐大，因(yin)此嚴格控制總(zong)投(tou)資對(dui)國(guo)(guo)民經濟大有益處。

（2）運行費用低。運行費用是(shi)污水處理廠能(neng)否正常運行的(de)重要因素，是(shi)評判一套(tao)工藝優劣的(de)主要指標之一。

（3）占地省。我國人口眾(zhong)多(duo)，人均土地資源(yuan)極其緊(jin)缺。土地資源(yuan)是我國許多(duo)城市(shi)發展和規劃的一(yi)個重要(yao)因(yin)素(su)。

（4）脫(tuo)氮(dan)(dan)除磷(lin)(lin)效果。隨(sui)著我國(guo)(guo)(guo)大(da)面(mian)積水體環(huan)境的(de)富營養化，污水的(de)脫(tuo)氮(dan)(dan)除磷(lin)(lin)已(yi)經成為一個迫(po)切的(de)問題(ti)。我國(guo)(guo)(guo)最(zui)新實(shi)施的(de)國(guo)(guo)(guo)家《污水綜合(he)排(pai)放(fang)標準(zhun)》（GB8978-1996）也明確規定了適用于(yu)所(suo)有排(pai)污單位，非常嚴格地規定了磷(lin)(lin)酸鹽(yan)排(pai)放(fang)標準(zhun)和氨(an)氮(dan)(dan)排(pai)放(fang)標準(zhun)。這就(jiu)意味著今后絕大(da)多數城市污水處理廠都要考(kao)慮(lv)脫(tuo)氮(dan)(dan)除磷(lin)(lin)的(de)問題(ti)。

（5）現(xian)(xian)(xian)代(dai)(dai)先進技術(shu)與環(huan)保(bao)工程(cheng)的(de)有(you)機(ji)(ji)結合。現(xian)(xian)(xian)代(dai)(dai)先進技術(shu)，尤其是計算(suan)機(ji)(ji)技術(shu)和(he)自控(kong)系(xi)統設備的(de)出現(xian)(xian)(xian)和(he)完善(shan)，為環(huan)保(bao)工程(cheng)的(de)發(fa)展提(ti)供了(le)有(you)力(li)的(de)支持。目前(qian)，國(guo)外發(fa)達國(guo)家的(de)污(wu)水處(chu)理廠(chang)大都(dou)采用先進的(de)計算(suan)機(ji)(ji)管理和(he)自控(kong)系(xi)統，保(bao)證了(le)污(wu)水處(chu)理廠(chang)的(de)正常運行和(he)穩定的(de)合格(ge)出水，而我國(guo)在(zai)這方面還比較落后。計算(suan)機(ji)(ji)控(kong)制和(he)管理也(ye)必(bi)將是我國(guo)城市污(wu)水處(chu)理廠(chang)發(fa)展的(de)方向。

三、幾種處理系(xi)統(tong)的工藝比較

為了(le)選擇出(chu)工藝上(shang)最(zui)可靠，投資上(shang)最(zui)經(jing)濟，管理(li)上(shang)最(zui)方(fang)便的(de)城市污水處(chu)理(li)系(xi)統，結合當地的(de)實際情況，我們(men)調研了(le)國內外污水處(chu)理(li)廠的(de)成(cheng)熟經(jing)驗和發(fa)展趨勢，并進行了(le)比較。

目(mu)前(qian)，國內外(wai)城市污水處(chu)理(li)廠處(chu)理(li)工藝(yi)(yi)大(da)(da)都采用(yong)一級處(chu)理(li)和二級處(chu)理(li)。一級處(chu)理(li)是(shi)采用(yong)物(wu)(wu)理(li)方(fang)法(fa)(fa)(fa)，主(zhu)要通過格柵攔截、沉淀等手段去除(chu)廢(fei)水中(zhong)大(da)(da)塊懸浮(fu)物(wu)(wu)和砂粒(li)等物(wu)(wu)質(zhi)。這一處(chu)理(li)工藝(yi)(yi)國內外(wai)都已成(cheng)熟(shu)，差別不大(da)(da)。二級處(chu)理(li)則是(shi)采用(yong)生(sheng)化(hua)方(fang)法(fa)(fa)(fa)，主(zhu)要通過微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)的生(sheng)命運動等手段來(lai)去除(chu)廢(fei)水中(zhong)的懸浮(fu)性(xing)，溶解性(xing)有(you)(you)機物(wu)(wu)以(yi)及(ji)氮、磷(lin)等營養(yang)鹽。目(mu)前(qian)，這一處(chu)理(li)工藝(yi)(yi)有(you)(you)多種(zhong)(zhong)方(fang)法(fa)(fa)(fa)，歸結起來(lai)，有(you)(you)代表性(xing)的工藝(yi)(yi)主(zhu)要有(you)(you)傳統活(huo)性(xing)污泥、氧化(hua)溝、A/O或A2/O工藝(yi)(yi)、SBR及(ji)CCAS工藝(yi)(yi)等。目(mu)前(qian)，這幾(ji)種(zhong)(zhong)代表工藝(yi)(yi)在國內外(wai)都有(you)(you)實(shi)際應用(yong)。

污水處理廠最好(hao)的節電場合(he)是(shi)曝氣(qi)機(ji)(ji)的鼓風機(ji)(ji)（有些是(shi)采用攪拌機(ji)(ji)來曝氣(qi)），節電率更高(gao)。

污水(shui)處理(li)廠的(de)設備是全天(tian)候(hou)運轉的(de)，而且(qie)曝氣機(ji)(ji)和潛(qian)水(shui)泵是污水(shui)處理(li)的(de)核心(xin)設備，需要用變(bian)頻器對曝氣機(ji)(ji)的(de)鼓(gu)風(feng)機(ji)(ji)（羅茨風(feng)機(ji)(ji)）和潛(qian)水(shui)泵進(jin)行調(diao)速(su)。 鼓(gu)風(feng)機(ji)(ji)變(bian)頻控制(zhi)：污水(shui)處理(li)好氧(yang)部分溶解(jie)(jie)(jie)氧(yang)濃(nong)度對處理(li)結果有很大(da)影響(xiang)，溶解(jie)(jie)(jie)氧(yang)濃(nong)度太低，污水(shui)不能(neng)達標；溶解(jie)(jie)(jie)濃(nong)度太高，不僅浪費(fei)電能(neng)還可能(neng)使活性污泥上浮使出水(shui)也不能(neng)達標。鼓(gu)風(feng)機(ji)(ji)加變(bian)頻器就是為(wei)了控制(zhi)CASS池(chi)溶解(jie)(jie)(jie)氧(yang)的(de)濃(nong)度穩定在(zai)恒(heng)定值.

考(kao)慮(lv)到實(shi)際應(ying)用中(zhong)只(zhi)可能(neng)一(yi)臺是(shi)變(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)運轉(zhuan)，另一(yi)臺停止或工(gong)頻(pin)(pin)運轉(zhuan)，同時(shi)為了(le)減(jian)少(shao)固定(ding)(ding)資產投資，設(she)(she)計了(le)2臺風(feng)(feng)(feng)機(ji)只(zhi)用一(yi)臺變(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)器控(kong)制(zhi)，剛曝氣時(shi)，一(yi)臺風(feng)(feng)(feng)機(ji)變(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)運轉(zhuan)，如果該(gai)風(feng)(feng)(feng)機(ji)運行(xing)到50HZ后，溶解(jie)氧濃(nong)(nong)(nong)度仍沒達(da)到設(she)(she)定(ding)(ding)值(zhi)，該(gai)變(bian)(bian)(bian)風(feng)(feng)(feng)機(ji)自(zi)(zi)動(dong)投到工(gong)頻(pin)(pin)（50HZ）繼續運轉(zhuan)，第二臺風(feng)(feng)(feng)機(ji)自(zi)(zi)動(dong)投到變(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)運轉(zhuan)，在PID自(zi)(zi)動(dong)控(kong)制(zhi)下直到溶解(jie)氧濃(nong)(nong)(nong)度穩定(ding)(ding)在設(she)(she)定(ding)(ding)值(zhi)。當溶解(jie)氧濃(nong)(nong)(nong)度大于設(she)(she)定(ding)(ding)值(zhi)，且(qie)變(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)風(feng)(feng)(feng)機(ji)頻(pin)(pin)率(lv)低于一(yi)定(ding)(ding)頻(pin)(pin)率(lv)，工(gong)頻(pin)(pin)風(feng)(feng)(feng)機(ji)自(zi)(zi)動(dong)切斷，只(zhi)有(you)變(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)風(feng)(feng)(feng)機(ji)運轉(zhuan) 。

3.1變頻調(diao)控原理(li)與(yu)特性

隨著科技(ji)的不斷發展，交(jiao)流(liu)電機調(diao)速技(ji)術被(bei)廣(guang)泛采用。通過新一代(dai)全(quan)控(kong)型電子元件，用變頻器改變交(jiao)流(liu)電機的轉速方(fang)式(shi)來(lai)進行(xing)風機流(liu)量(liang)的控(kong)制(zhi)，可以大(da)幅(fu)度減少以往機械方(fang)式(shi)調(diao)控(kong)流(liu)量(liang)造成的能(neng)量(liang)損耗。

3.2變頻調節(jie)的(de)節(jie)能原理(li)

圖2中曲(qu)線(xian)(xian)(xian)(xian)1和(he)2表(biao)示調速時(shi)(shi)的(de)壓力(li)-流(liu)量曲(qu)線(xian)(xian)(xian)(xian)，曲(qu)線(xian)(xian)(xian)(xian)3和(he)4表(biao)示節(jie)流(liu)調節(jie)時(shi)(shi)管路阻力(li)特性(xing)曲(qu)線(xian)(xian)(xian)(xian)，曲(qu)線(xian)(xian)(xian)(xian)5表(biao)示恒速時(shi)(shi)功(gong)率-流(liu)量曲(qu)線(xian)(xian)(xian)(xian)，設A點為風(feng)機(ji)最(zui)大(da)工(gong)(gong)況(kuang)(kuang)點。當(dang)風(feng)量需從(cong)Q1減少到(dao)Q2時(shi)(shi)，如(ru)果(guo)采用(yong)節(jie)流(liu)調節(jie)法，工(gong)(gong)況(kuang)(kuang)點由(you)A到(dao)B，風(feng)壓增加到(dao)H2，由(you)圖中可(ke)看出軸(zhou)功(gong)率P2下(xia)降，但減少的(de)不太多。如(ru)果(guo)采用(yong)變頻調節(jie)方(fang)式(shi)，風(feng)機(ji)工(gong)(gong)況(kuang)(kuang)點由(you)A到(dao)C，可(ke)見在滿足同(tong)樣(yang)風(feng)量Q2 情況(kuang)(kuang)下(xia)，風(feng)壓H3將(jiang)大(da)幅度下(xia)降，功(gong)率P3隨著顯著減少。節(jie)省(sheng)的(de)功(gong)率損耗(hao)△P＝△HQ2與(yu)圖中面積BH2H3C成正比。

由(you)以上(shang)分析(xi)可知(zhi)，變頻調節是一種高(gao)效(xiao)的調節方(fang)式(shi)。鼓風(feng)(feng)機采用變頻調節，不會(hui)產生附加(jia)壓力損失，節能效(xiao)果顯著，調節風(feng)(feng)量范圍(wei)0％～100％，適合(he)調節范圍(wei)寬，且經常處(chu)于低(di)負荷下(xia)(xia)運行(xing)的場合(he)。但是，當(dang)風(feng)(feng)機轉速下(xia)(xia)降(jiang)，風(feng)(feng)量減小(xiao)時，風(feng)(feng)壓將發生很大變化，由(you)風(feng)(feng)機比例定律：

Q1/Q2＝（n1/n2），H1/H2＝（n1/n2）2，P1/P2＝（n1/n2） 3

可知，當(dang)其轉(zhuan)(zhuan)速(su)降低到(dao)原(yuan)額定轉(zhuan)(zhuan)速(su)的(de)(de)一半(ban)時，對應工(gong)況點的(de)(de)流量、壓(ya)力、軸功率各下降到(dao)原(yuan)來(lai)的(de)(de)1/2、1/4、1/8，這就(jiu)是(shi)變頻調節方式可以大幅度節電的(de)(de)原(yuan)因。

假設將(jiang)水(shui)泵轉速降低(di)10%（輸出頻率45Hz時）

則功率P2=（0.9）×P1=0.73P1，節(jie)電27%。

假設將水泵轉速降低(di)20%（輸出頻率40Hz時）

則功率(lv)P2=（0.8）³×P1=0.51P1，節電(dian)49%。

由于(yu)功率與轉速(su)成三(san)次方的關系，因此，轉速(su)變(bian)化越大(da)，功率的消耗將(jiang)呈(cheng)幾何(he)級數減少。

3.3啟動電(dian)流對(dui)電(dian)動機及設備(bei)的損害

電(dian)動(dong)機(ji)在啟動(dong)階(jie)段，往往采(cai)用(yong)自藕變壓器降(jiang)壓啟動(dong)或（星—三角）啟動(dong)方(fang)式，這兩種方(fang)式雖然能降(jiang)低(di)啟動(dong)電(dian)流對電(dian)動(dong)機(ji)的損害，但(dan)仍有高達額定電(dian)流5—6倍的啟動(dong)電(dian)流，嚴重危害著電(dian)動(dong)機(ji)、水泵(beng)、單(dan)向閥、管路(lu)系統(tong)的使用(yong)壽命。

使用(yong)變頻調(diao)節(jie)以后，由于使用(yong)了SPWM技術(shu)，實現了真正意義(yi)上的軟啟動(dong)和(he)緩(huan)沖停機，從根(gen)本上消除了啟動(dong)電(dian)流對電(dian)動(dong)機及其它設備(bei)的危害(hai)，大(da)大(da)延長了設備(bei)的使用(yong)壽命。

3.4設備(bei)運行中的噪音、震(zhen)動、水錘等問(wen)題

設(she)備在全電(dian)壓啟動、運行、停(ting)止的(de)(de)(de)過程中(zhong)，由于無法(fa)進行及時(shi)有(you)效(xiao)的(de)(de)(de)調節(jie)，會(hui)產生嚴重的(de)(de)(de)水(shui)錘(chui)、機(ji)(ji)械噪音增加(jia)、震動加(jia)劇等(deng)現象，這些現象都具有(you)極大(da)的(de)(de)(de)破壞(huai)性，會(hui)引起(qi)管道(dao)破裂或癟塌、損(sun)壞(huai)閥門和固定(ding)件，并會(hui)增加(jia)進線(xian)變壓器的(de)(de)(de)負荷(he)狀(zhuang)況。采用了變頻(pin)調節(jie)后(hou)，可以(yi)通(tong)過延(yan)長升(sheng)、降速時(shi)間來延(yan)長起(qi)動或停(ting)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)過程，即使(shi)在運行過程中(zhong)，也(ye)可以(yi)通(tong)過對工作(zuo)頻(pin)率(lv)點(dian)的(de)(de)(de)選擇(ze)，跳過容易(yi)引起(qi)設(she)備共震的(de)(de)(de)工作(zuo)點(dian)，從而使(shi)水(shui)泵(beng)葉片、單向閥、管路系統(tong)承(cheng)受的(de)(de)(de)應力大(da)為(wei)減小，軸承(cheng)的(de)(de)(de)磨損(sun)也(ye)大(da)大(da)減輕，設(she)備的(de)(de)(de)工作(zuo)壽命將大(da)大(da)延(yan)長。

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