水是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要因素。隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)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(guó)的基本國(guó)策，中國(guó)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略與對(duì)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(guó)正處于城市污水處理事業(yè)的大發(fā)展時(shí)期，尤其隨著國(guó)家西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，中國(guó)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(lái)，越來(lái)越受到人們的重視。城市污水處理率已成為一個(gè)地區(qū)文明與否的一個(gè)重要標(biāo)志。近200年來(lái)，城市污水處理已從原始的自然處理、簡(jiǎn)單的一級(jí)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(guó)城市污水處理相對(duì)于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)外先進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，必須結(jié)合我國(guó)發(fā)展，尤其是當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，探索適合我國(guó)實(shí)際的城市污水處理系統(tǒng)。
結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，參考國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，建設(shè)城市污水處理廠應(yīng)符合以下幾個(gè)發(fā)展方向：
�。�1）總投資省。我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需資金非常龐大，因此嚴(yán)格控制總投資對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)大有益處。
�。�2）運(yùn)行費(fèi)用低。運(yùn)行費(fèi)用是污水處理廠能否正常運(yùn)行的重要因素，是評(píng)判一套工藝優(yōu)劣的主要指標(biāo)之一。
�。�3）占地省。我國(guó)人口眾多，人均土地資源極其緊缺。土地資源是我國(guó)許多城市發(fā)展和規(guī)劃的一個(gè)重要因素。
�。�4）脫氮除磷效果。隨著我國(guó)大面積水體環(huán)境的富營(yíng)養(yǎng)化，污水的脫氮除磷已經(jīng)成為一個(gè)迫切的問(wèn)題。我國(guó)最新實(shí)施的國(guó)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(wèn)題。
�。�5）現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)與環(huán)保工程的有機(jī)結(jié)合�，F(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，尤其是計(jì)算機(jī)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(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的污水處理廠大都采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)管理和自控系統(tǒng)，保證了污水處理廠的\常運(yùn)行和穩(wěn)定的合格出水，而我國(guó)在這方面還比較落后。計(jì)算機(jī)控制和管理也是我國(guó)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(jì)，管理上最方便的城市污水處理系統(tǒng)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，我們調(diào)研了國(guó)內(nèi)外污水處理廠的成熟經(jīng)驗(yàn)和發(fā)展趨勢(shì)，并進(jìn)行了比較。
目前，國(guó)內(nèi)外城市污水處理廠處理工藝大都采用一級(jí)處理和二級(jí)處理。一級(jí)處理是采用物理方法，主要通過(guò)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(guó)內(nèi)外都已成熟，差別不大。二級(jí)處理則是采用生化方法，主要通過(guò)微生物的生命運(yùn)動(dòng)等手段來(lái)去除廢水中的懸浮性，溶解性有機(jī)物以及氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽。
目前，這一處理工藝有多種方法，歸結(jié)起來(lái)，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(guó)內(nèi)外都有實(shí)際應(yīng)用。水處理廠最好的節(jié)電場(chǎng)合是曝氣機(jī)的鼓風(fēng)機(jī)（有些是采用攪拌機(jī)來(lái)曝氣），節(jié)電率更高.
水處理廠的設(shè)備是全天候運(yùn)轉(zhuǎn)的，而且曝氣機(jī)和潛水泵是污水處理的核心設(shè)備，需要用變頻器對(duì)曝氣機(jī)的鼓風(fēng)機(jī)（羅茨風(fēng)機(jī)）和潛水泵進(jìn)行調(diào)速。鼓風(fēng)機(jī)變頻控制：污水處理好氧部分溶解氧濃度對(duì)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(fèi)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(jī)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(shí)際應(yīng)用中只可能一臺(tái)是變頻運(yùn)轉(zhuǎn)，另一臺(tái)停止或工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)為了減少固定資產(chǎn)投資，設(shè)計(jì)了2臺(tái)風(fēng)機(jī)只用一臺(tái)變頻器控制，剛曝氣時(shí)，一臺(tái)風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)轉(zhuǎn)，如果該風(fēng)機(jī)運(yùn)行到50HZ后，溶解氧濃度仍沒(méi)達(dá)到設(shè)定值，該變風(fēng)機(jī)自動(dòng)投到工頻(50HZ)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，第二臺(tái)風(fēng)機(jī)自動(dòng)投到變頻運(yùn)轉(zhuǎn)，在PID自動(dòng)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(jī)頻率低于一定頻率,工頻風(fēng)機(jī)自動(dòng)切斷,只有變頻風(fēng)機(jī)運(yùn)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(jī)調(diào)速技術(shù)被廣泛采用。通過(guò)新一代全控型電子元件，用變頻器改變交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速方式來(lái)進(jìn)行風(fēng)機(jī)流量的控制，可以大幅度減少以往機(jī)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(shí)的壓力-流量曲線，曲線3和4表示節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)管路阻力特性曲線，曲線5表示恒速時(shí)功率-流量曲線，設(shè)A點(diǎn)為風(fēng)機(jī)最大工況點(diǎn)。當(dāng)風(fēng)量需從Q1減少到Q2時(shí)，如果采用節(jié)流調(diào)節(jié)法，工況點(diǎn)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(jī)工況點(diǎn)由A到C，可見(jiàn)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(jī)采用變頻調(diào)節(jié)，不會(huì)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(yùn)行的場(chǎng)合。但是，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，風(fēng)量減小時(shí)，風(fēng)壓將發(fā)生很大變化由風(fēng)機(jī)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(shí)，對(duì)應(yīng)工況點(diǎn)的流量、壓力、軸功率各下降到原來(lái)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(shí)）
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(shí)）
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(jí)數(shù)減少。
3.3啟動(dòng)電流對(duì)電動(dòng)機(jī)及設(shè)備的損害
電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)階段，往往采用自藕變壓器降壓?jiǎn)?dòng)或（星—三角）啟動(dòng)方式，這兩種方式雖然能降低啟動(dòng)電流對(duì)電動(dòng)機(jī)的損害，但仍有高達(dá)額定電流5—6倍的啟動(dòng)電流，嚴(yán)重危害著電動(dòng)機(jī)、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(shí)現(xiàn)了真正意義上的軟啟動(dòng)和緩沖停機(jī)，從根本上消除了啟動(dòng)電流對(duì)電動(dòng)機(jī)及其它設(shè)備的危害，大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。
3.4設(shè)備運(yùn)行中的噪音、震動(dòng)、水錘等問(wèn)題
設(shè)備在全電壓?jiǎn)?dòng)、運(yùn)行、停止的過(guò)程中，由于無(wú)法進(jìn)行及時(shí)有效的調(diào)節(jié)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的水錘、機(jī)械噪音增加、震動(dòng)加劇等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象都具有極大的破壞性，會(huì)引起管道破裂或癟塌、損壞閥門(mén)和固定件，并會(huì)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(guò)延長(zhǎng)升、降速時(shí)間來(lái)延長(zhǎng)起動(dòng)或停機(jī)的過(guò)程，即使在運(yùn)行過(guò)程中，也可以通過(guò)對(duì)工作頻率點(diǎn)的選擇，跳過(guò)容易引起設(shè)備共震的工作點(diǎn)，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(zhǎng)。
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