ot;display: block;"> 水資源的嚴(yán)重污染和日漸短缺如今已成為一個全世界都在關(guān)注的話題。事實上,近年我國隨著經(jīng)濟的發(fā)展,城市污水和工業(yè)廢水量急劇增加。目前,我國每年環(huán)保投資用于水處理的費用達300億元以上,據(jù)推測,水處理市場未來每年需要500億元以上。
同樣對于供水而言也是一樣,水工業(yè)產(chǎn)業(yè)提供了具體的應(yīng)用市場。如此大的需求在為水處理產(chǎn)業(yè)、水工業(yè)提供了巨大的市場空間的同時,也為該產(chǎn)業(yè)中重要的執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)品——變頻器及其系統(tǒng)帶來了更大的機遇,據(jù)保守估計,每年用于環(huán)保水處理上的變頻器及其系統(tǒng)用量將超出2億元人民幣。
污水處理的機電設(shè)備一般包括以下幾個方面:
(1)生化處理系列:微孔曝氣系統(tǒng)等；
(2)污泥處理系列:加藥系統(tǒng)、濃縮機、帶式壓濾濃縮一體機、板框壓濾機、臥式螺旋離心分離機等；
(3)消毒處理系列:加氯機、紫外線污水處理器、排架式紫外線消毒器等；
(4)排泥設(shè)備系列:刮泥機、吸砂機等。從實際應(yīng)用來看,基本上每種處理方式都需要用到變頻器或者應(yīng)用變頻后有明顯改善作用,下面就來舉一些例子。
鼓風(fēng)機曝氣示意
泵類負(fù)載的變頻節(jié)能效果
變頻器在曝氣鼓風(fēng)機(羅茨風(fēng)機)上的應(yīng)用
在污水生化處理方式中,曝氣鼓風(fēng)機將壓縮空氣通過管道送入曝氣池,讓空氣中的氧溶解在污水中供給活性污泥中的微生物。當(dāng)鼓風(fēng)機在工頻狀態(tài)下起動時,電流沖擊較大,容易引起電網(wǎng)電壓波動,而鼓風(fēng)機(羅茨)風(fēng)壓一定,風(fēng)量只能靠工作臺數(shù)及出氣閥來調(diào)節(jié),實際生產(chǎn)運行中往往是通過調(diào)節(jié)出氣閥門來控制,即增加管道阻力。因而許多能量多浪費在閥門上。隨著變頻調(diào)速器的廣泛應(yīng)用,利用變頻器的調(diào)速范圍寬,可以在羅茨風(fēng)機上應(yīng)用變頻器來調(diào)節(jié)風(fēng)機的風(fēng)量。由于變頻器的軟啟動大大的減小了電機起動時對電網(wǎng)的沖擊,而且在正常運行的時候,將出氣閥門開到最大,根據(jù)工藝和參數(shù)的要求,適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)管道的風(fēng)量,從而來調(diào)節(jié)污水中的氧氣含量。另外可以根據(jù)溶解氧傳感器反饋的信號(4～20mA)很方便地實現(xiàn)閉環(huán)自動控制。
以廣州某煉油廠污水處理的曝氣機為例,該機容量22KW/46A,據(jù)統(tǒng)計,年可以節(jié)電量為36900度。由此可以看出,應(yīng)用變頻系統(tǒng)后免去了許多繁瑣的人工操作,具有明顯的節(jié)電效果。
變頻器在泵類負(fù)載上的應(yīng)用
泵類設(shè)備是水處理中最常用的設(shè)備,泵起動時的急扭和突然停機時的水錘現(xiàn)象往往容易造成管道松動或破裂,嚴(yán)重的可能造成電機的損壞,且電機起動/停止時需開啟/關(guān)閉閥門來減小水錘的影響,如此操作一方面工作強度大,且難以滿足工藝的需要。在泵類負(fù)載安裝變頻調(diào)速器以后,可以根據(jù)工藝的需要,使電機軟啟/軟停,從而使急扭及水錘現(xiàn)象得到解決。而且變頻器能夠在合適的情況下降低泵的轉(zhuǎn)速,一方面可以避免水泵長期工作在滿負(fù)荷狀態(tài),造成電機過早的老化,而且變頻的軟啟動大大的減小水泵啟動時對機械的沖擊,并且具有明顯的節(jié)電效果。
污水處理廠中的潛水泵或離心泵在使用了變頻器以后,不但免去了許多繁瑣的人工操作和不安全隱患因素,并使系統(tǒng)始終處于一種節(jié)能狀態(tài)下運行,延長了設(shè)備的使用壽命,更好的適應(yīng)了生產(chǎn)需要。而且目前大部分變頻器豐富的內(nèi)部控制功能可以很方便地與其他控制系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)PID自動控制。
從多家污水處理廠的實際運行情況來看,變頻效果很好:(1)與以前定速泵相比,普遍節(jié)能在20%以上；(2)水泵的機械磨損大為降低,機械故障率降為原來的35—50%左右；(3)控制效果較好,能保持液位較恒定、壓力和流量不發(fā)生突變,無水錘現(xiàn)象。因此,在污水處理廠或相似的泵類系統(tǒng)中使用變頻器應(yīng)具有很好的推廣價值。
變頻器在臥螺離心機上的應(yīng)用
臥螺離心機的應(yīng)用范圍較廣,可以用于固體脫液、液體澄清、固體顆粒按粒度分級等,目前已經(jīng)在城市污水處理和煉油廠廢水處理上普遍得到應(yīng)用,而且臥螺的傳動已經(jīng)從能耗嚴(yán)重的渦流制動發(fā)展到目前最主流的雙電機雙變頻驅(qū)動。
可以從臥螺的工作原理可以判斷主、副電機工作狀態(tài):與主動件相連的電機處于電動機工作狀態(tài),與從動件相連的電機處于發(fā)電機狀態(tài),而基于共母線方案的雙變頻器驅(qū)動可以很好得解決副電機的持續(xù)發(fā)電問題。綜合看來,離心機的變頻應(yīng)用具有以下特點:(1)節(jié)能；(2)動態(tài)響應(yīng)快,差轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程從PID調(diào)節(jié)器的數(shù)分鐘減小為變頻調(diào)速的數(shù)秒鐘；(3)容易處理突發(fā)事件造成的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料的堆積,從而提高工作效率。
以上海某水質(zhì)凈化廠為例,該廠為了適應(yīng)新一輪城市環(huán)境改造的需要,對老車間進行了改造,在新建污泥脫水車間安裝了兩臺LWD430WⅢ型離心機,以滿足日處理污水10萬噸的需要。該機采用雙電機雙變頻方案另加PLC控制,運行轉(zhuǎn)速為2200r/min,當(dāng)差轉(zhuǎn)速為10r/min,污泥含固率為2%-4%,處理量為26-20m3/h時,差速器小軸力矩約15N.m,可計算出副機轉(zhuǎn)速為1190r/min(差速器速比91),和改造前相比(改造前采用電渦流制動器)可節(jié)電,以每天運行10小時,每年運行300天計算,年節(jié)電5610度,以每度電費元計算,兩臺離心機每年節(jié)省電費7080元。
變頻器在臥螺離心機中的應(yīng)用
變頻器在加藥計量泵上的應(yīng)用
在水處理過程中,藥劑的投加方式是直接影響出水水質(zhì)和藥劑消耗的主要因素。在實際操作中,對藥劑量要求控制嚴(yán)格,加藥量過少,保證不了水的品質(zhì)；加藥量過大,不僅要造成不必要的浪費,而且會導(dǎo)致環(huán)境污染。如果采用自動加藥系統(tǒng),就可以根據(jù)實際工況,自動調(diào)節(jié)加藥量,使水的指標(biāo)保持在最佳范圍之內(nèi)。
國內(nèi)目前已經(jīng)有成熟的自動加藥系統(tǒng),如HLJ系列混凝劑加藥設(shè)備、HSJ/A型一體化絮凝劑制備裝置、HSJ/B全自動加藥設(shè)備等,均廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)飲用水、工業(yè)用水及污水的凈化處理。我們知道自動加藥系統(tǒng)的核心是變頻控制系統(tǒng),由于計量泵頻率的改變就能改變出料的速度,從而引起水體測量值的變化,這樣一來通過PID控制或模糊控制方式改變變頻器的輸出就可達到目的。
凈水加藥自動控制系統(tǒng)示意圖
如圖所示,自動加藥控制系統(tǒng),它是利用流動電流原理,由微電腦控制的在線膠體電荷測控系統(tǒng),系統(tǒng)由檢測傳感器、控制儀、變頻控制系統(tǒng)、加藥泵組成。在傳感器的檢測室內(nèi),水樣連續(xù)通過兩個電極之間的毛細(xì)管通路時,膠體雜質(zhì)會吸附于毛細(xì)管壁上,其反離子層受到水力剪切產(chǎn)生移動,從而產(chǎn)生流動電流,經(jīng)由電極檢出,輸出代表當(dāng)前水中膠體電荷狀態(tài)的流動電流即SC值,并通過信號線傳送給控制儀。控制儀在所設(shè)定的工況下,經(jīng)與設(shè)定值對比、判斷后,輸出一個4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號,由PID調(diào)節(jié)控制變頻器對電機調(diào)速,使計量泵處于對應(yīng)的工作狀態(tài)之下,從而可以向水中投加定量的混凝劑。然后,投加藥劑的水樣又流入傳感器進行檢測,并進行投藥量的再調(diào)節(jié)。如此循環(huán)往復(fù),連續(xù)運作,實現(xiàn)連續(xù)自動調(diào)節(jié)加藥量,保證混凝處理維持在最優(yōu)工況。
自動變頻加藥系統(tǒng)具有以下性能特點:(1)操作方便,安全可靠,計量準(zhǔn)確；(2)自動化程度高,維護方便；(3)使用壽命長。實踐證明這種自動投藥技術(shù)要比機械投藥平均節(jié)藥百分之二十五,既可以提高凈水站運行經(jīng)濟效益,又可以簡化操作程序減輕運行人員工作強度,降低勞動成本提高工作效率。
本文從常用的幾種污水處理設(shè)備的變頻使用情況出發(fā),闡述了變頻器的應(yīng)用原理和效用分析,可以得出以下結(jié)論:在水處理環(huán)保設(shè)備中采用變頻系統(tǒng)能大大提高工作效率,降低運行成本,并節(jié)省電能。
