水是經(jīng)濟發(fā)展和社會可持續(xù)發(fā)展的一個重要因素。隨著城市規(guī)模的不斷擴大和人口的增加，水環(huán)境污染成了一大難題。城市污水是目前江河湖泊水域污染的重要原因，是制約許多城市可持續(xù)發(fā)展的主要原因之一。
“環(huán)境保護(hù)”是我國的基本國策，中國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略與對策制定的2000年治理目標(biāo)，要求城市污水集中處理率達(dá)20%。目前，我國正處于城市污水處理事業(yè)的大發(fā)展時期，尤其隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，中國中西部環(huán)境與生態(tài)保護(hù)已被提上首要議事日程。
城市生活污水處理自200年前工業(yè)革命以來，越來越受到人們的重視。城市污水處理率已成為一個地區(qū)文明與否的一個重要標(biāo)志。近200年來，城市污水處理已從原始的自然處理、簡單的一級處理發(fā)展到利用各種先進(jìn)技術(shù)、深度處理污水，并回用。處理工藝也從傳統(tǒng)活性污泥法、氧化溝工藝發(fā)展到A/O、A2/O、AB、SBR（包括CCAS工藝）等多種工藝，以達(dá)到不同的出水要求。我國城市污水處理相對于國外發(fā)達(dá)國家、起步較晚，目前城市污水處理率只有6.7%。在我們大力引起國外先進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和經(jīng)驗的同時，必須結(jié)合我國發(fā)展，尤其是當(dāng)?shù)貙嶋H情況，探索適合我國實際的城市污水處理系統(tǒng)。
結(jié)合我國實際情況，參考國外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗，建設(shè)城市污水處理廠應(yīng)符合以下幾個發(fā)展方向：
�。�1）總投資省。我國是一個發(fā)展中國家，經(jīng)濟發(fā)展所需資金非常龐大，因此嚴(yán)格控制總投資對國民經(jīng)濟大有益處。
（2）運行費用低。運行費用是污水處理廠能否正常運行的重要因素，是評判一套工藝優(yōu)劣的主要指標(biāo)之一。
�。�3）占地省。我國人口眾多，人均土地資源極其緊缺。土地資源是我國許多城市發(fā)展和規(guī)劃的一個重要因素。
�。�4）脫氮除磷效果。隨著我國大面積水體環(huán)境的富營養(yǎng)化，污水的脫氮除磷已經(jīng)成為一個迫切的問題。我國最新實施的國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）也明確規(guī)定了適用于所有排污單位，非常嚴(yán)格地規(guī)定了磷酸鹽排放標(biāo)準(zhǔn)和氨氮排放標(biāo)準(zhǔn)。這就意味著今后絕大多數(shù)城市污水處理廠都要考慮脫氮除磷的問題。
�。�5）現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)與環(huán)保工程的有機結(jié)合�，F(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，尤其是計算機技術(shù)和自控系統(tǒng)設(shè)備的現(xiàn)和完善,環(huán)保工程的發(fā)展提供了有力的支持。目前，國外發(fā)達(dá)國家的污水處理廠大都采用先進(jìn)的計算機管理和自控系統(tǒng)，保證了污水處理廠的\常運行和穩(wěn)定的合格出水，而我國在這方面還比較落后。計算機控制和管理也是我國城市污水處理廠發(fā)展的方向。
幾種處理系統(tǒng)的工藝比較
為了選擇出工藝上最可靠，投資上最經(jīng)濟，管理上最方便的城市污水處理系統(tǒng)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，我們調(diào)研了國內(nèi)外污水處理廠的成熟經(jīng)驗和發(fā)展趨勢，并進(jìn)行了比較。
目前，國內(nèi)外城市污水處理廠處理工藝大都采用一級處理和二級處理。一級處理是采用物理方法，主要通過格柵攔截、沉淀等手段去除廢水中大塊懸浮物和砂粒等物質(zhì)。這一處理工藝國內(nèi)外都已成熟，差別不大。二級處理則是采用生化方法，主要通過微生物的生命運動等手段來去除廢水中的懸浮性，溶解性有機物以及氮、磷等營養(yǎng)鹽。
目前，這一處理工藝有多種方法，歸結(jié)起來，有代表性的工藝主要有傳統(tǒng)活性污泥、氧化溝、A/O或A2/O工藝、SBR及CCAS工藝等。目前，這幾種代表工藝在國內(nèi)外都有實際應(yīng)用。水處理廠最好的節(jié)電場合是曝氣機的鼓風(fēng)機（有些是采用攪拌機來曝氣），節(jié)電率更高.
水處理廠的設(shè)備是全天候運轉(zhuǎn)的，而且曝氣機和潛水泵是污水處理的核心設(shè)備，需要用變頻器對曝氣機的鼓風(fēng)機（羅茨風(fēng)機）和潛水泵進(jìn)行調(diào)速。鼓風(fēng)機變頻控制：污水處理好氧部分溶解氧濃度對處理結(jié)果有很大影響，溶解氧濃度太低，污水不能達(dá)標(biāo)；溶解濃度太高，不僅浪費電能還可能使活性污泥上浮使出水也不能達(dá)標(biāo)。鼓風(fēng)機加變頻器就是為了控制CASS池溶解氧的濃度穩(wěn)定在恒定值.
考慮到實際應(yīng)用中只可能一臺是變頻運轉(zhuǎn)，另一臺停止或工頻運轉(zhuǎn)，同時為了減少固定資產(chǎn)投資，設(shè)計了2臺風(fēng)機只用一臺變頻器控制，剛曝氣時，一臺風(fēng)機變頻運轉(zhuǎn)，如果該風(fēng)機運行到50HZ后，溶解氧濃度仍沒達(dá)到設(shè)定值，該變風(fēng)機自動投到工頻(50HZ)繼續(xù)運轉(zhuǎn)，第二臺風(fēng)機自動投到變頻運轉(zhuǎn)，在PID自動控制下直到溶解氧濃度穩(wěn)定在設(shè)定值。當(dāng)溶解氧濃度大于設(shè)定值,且變頻風(fēng)機頻率低于一定頻率,工頻風(fēng)機自動切斷,只有變頻風(fēng)機運轉(zhuǎn)。
3.1變頻調(diào)控原理與特性
隨著科技的不斷發(fā)展，交流電機調(diào)速技術(shù)被廣泛采用。通過新一代全控型電子元件，用變頻器改變交流電機的轉(zhuǎn)速方式來進(jìn)行風(fēng)機流量的控制，可以大幅度減少以往機械方式調(diào)控流量造成的能量損耗。
3.2變頻調(diào)節(jié)的節(jié)能原理：
調(diào)速時的壓力-流量曲線，曲線3和4表示節(jié)流調(diào)節(jié)時管路阻力特性曲線，曲線5表示恒速時功率-流量曲線，設(shè)A點為風(fēng)機最大工況點。當(dāng)風(fēng)量需從Q1減少到Q2時，如果采用節(jié)流調(diào)節(jié)法，工況點由A到B，風(fēng)壓增加到H2，由圖中可看出軸功率P2下降，但減少的不太多。如果采用變頻調(diào)節(jié)方式，風(fēng)機工況點由A到C，可見在滿足同樣風(fēng)量Q2情況下，風(fēng)壓H3將大幅度下降，功率P3隨著顯著減少。節(jié)省的功率損耗△P＝△HQ2與圖中面積BH2H3C成正比。
由以上分析可知，變頻調(diào)節(jié)是一種高效的調(diào)節(jié)方式。鼓風(fēng)機采用變頻調(diào)節(jié)，不會產(chǎn)生附加壓力損失，節(jié)能效果顯著，調(diào)節(jié)風(fēng)量范圍0％～100％，適合調(diào)節(jié)范圍寬，且經(jīng)常處于低負(fù)荷下運行的場合。但是，當(dāng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速下降，風(fēng)量減小時，風(fēng)壓將發(fā)生很大變化由風(fēng)機比例定律：
Q1/Q2＝(n1/n2)，H1/H2＝(n1/n2)2，P1/P2＝(n1/n2)3
可知，當(dāng)其轉(zhuǎn)速降低到原額定轉(zhuǎn)速的一半時，對應(yīng)工況點的流量、壓力、軸功率各下降到原來的1/2、1/4、1/8，這就是變頻調(diào)節(jié)方式可以大幅度節(jié)電的原因。
假設(shè)將水泵轉(zhuǎn)速降低10%（輸出頻率45Hz時）
則功率P2=（0.9）×P1=0.73P1,節(jié)電27%。
假設(shè)將水泵轉(zhuǎn)速降低20%（輸出頻率40Hz時）
則功率P2=（0.8）³×P1=0.51P1,節(jié)電49%。
由于功率與轉(zhuǎn)速成三次方的關(guān)系，因此，轉(zhuǎn)速變化越大，功率的消耗將呈幾何級數(shù)減少。
3.3啟動電流對電動機及設(shè)備的損害
電動機在啟動階段，往往采用自藕變壓器降壓啟動或（星—三角）啟動方式，這兩種方式雖然能降低啟動電流對電動機的損害，但仍有高達(dá)額定電流5—6倍的啟動電流，嚴(yán)重危害著電動機、水泵、單向閥、管路系統(tǒng)的使用壽命。
使用變頻調(diào)節(jié)以后，由于使用了SPWM技術(shù)，實現(xiàn)了真正意義上的軟啟動和緩沖停機，從根本上消除了啟動電流對電動機及其它設(shè)備的危害，大大延長了設(shè)備的使用壽命。
3.4設(shè)備運行中的噪音、震動、水錘等問題
設(shè)備在全電壓啟動、運行、停止的過程中，由于無法進(jìn)行及時有效的調(diào)節(jié)，會產(chǎn)生嚴(yán)重的水錘、機械噪音增加、震動加劇等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象都具有極大的破壞性，會引起管道破裂或癟塌、損壞閥門和固定件，并會增加進(jìn)線變壓器的負(fù)荷狀況。采用了變頻調(diào)節(jié)后，可以通過延長升、降速時間來延長起動或停機的過程，即使在運行過程中，也可以通過對工作頻率點的選擇，跳過容易引起設(shè)備共震的工作點，從而使水泵葉片、單向閥、管路系統(tǒng)承受的應(yīng)力大為減小，軸承的磨損也大大減輕，設(shè)備的工作壽命將大大延長。
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