环保设备网

① 污水处理电耗占全厂总电耗的50％～80％，污泥处理仅占15％～40％，可见污水处理是处理厂耗电大户，自然也就是节能重点。其中又以提升泵、风机为重中之重。
　　② 表1列出4个污水厂均为老厂，无污泥脱水等工艺，处理单位污水耗电量约0.262 kW·h/m3，从表面上看与日本全国平均0.260 kW·h/m3 相近，比美国0.20 kW·h/m3稍高。但仔细分析就会发现：日本沉砂池普遍有洗砂、通风、脱臭等，约耗电0.01 kW·h/m3；美、日两国普遍对出水进行消毒处理，该项电耗约0.002 kW·h/m3；美、日两国对污泥都进行消化、脱水、焚烧处理，美国还进行气浮处理，约耗电0.05～0.1 kW·h/m3，而回收的能源均未计算在内。另外，美、日两国自控设备比我们多，照明空调等耗电也比我们多不少。可见老厂节能问题十分突出，潜力巨大。
2 提升泵的节能
　　提升泵的电耗一般占全厂电耗的10％～20％，是污水厂的节能重点。提升泵的节能首先应从设计入手，进行节能设计；对于已投产的污水厂，仍能通过加强管理或更换部分设备进行节能。
2.1 精确计算水头损失，合理确定泵扬程
　　从泵的有效功率NU=γQH可以看出当γ、Q一定时，NU与H呈正比，因此降低泵扬程节能效果显著。如天津东郊污水厂总水位差4.5m，小于纪庄子污水厂的6 m，仅此一项每年即可节电100×10.4kW·h。然而，目前进行污水厂设计时，水头损失估算普遍偏高，导致泵扬程计算值偏高。在日本一般污水厂总水位差仅2.0 m左右，可见我们的差距还很大。
降低泵扬程可采取以下措施：
　　① 总体布置要紧凑。连接管路要短而直，尽量减小水头损失。
　　② 改非淹没堰为淹没堰［1］，落差可由35～40cm减少到10cm。
　　③ 日本总水位差小的关键在于初沉池、曝气池、二沉池均采用方形平流式，三池为一体，首尾相连，水流通畅，从而最大限度地减小了水头损失。虽然造价比辐流式要高一些，但其差价很快可以从节电效益得到补偿。平流式沉淀池在我国应用较少，主要原因是刮泥设备不过关，近年来环保设备技术水平有了长足进步，所以平流式沉淀池应用前景广阔。
2.2 流量调节方式
　　污水厂进水量往往随时间、季节波动，如果按目前通行的以最大流量作为选泵依据，水泵全速运转时间将不超过10％［2］，大部分时间都无法高效运转，造成能源浪费。
　　由轴功率N=NU/η1(η1为泵运行效率)可以看出，一定流量扬程下NU是一定的，而泵的轴功率直接由η1决定，所以应选择合适调控方式，合理确定泵流量，以保证泵始终高效运转。
2.2.1 转速加台数控制方式
　　目前国外大型污水厂普遍采用转速加台数控制方法，定速泵按平均流量选择，定速运转以满足基本流量的要求；调速泵变速运转以适应流量的变化，流量出现较大波动时以增减运转台数作为补充。但是由于泵的特性曲线高效段范围不是很大，这就决定了对于调速泵也不可能将流量调到任意小，而仍能保持高效。四种调速方法效率-转速关系如图1。


2.2.2 其它调节方式
　　除调速外还有一些流量调节方式，不需添置设备，只需加强管理，就可很快收到可观效益。
　　① 机构调节
　　主要指水量出现大的波动时关闭或开启出水闸，这样虽然会增大水头损失，但因N-Q曲线为上升曲线，所以还是有一定节能作用的。
　　② 运行方式调节
　　一般可以很简单地采用随进水量增减台数的方法进行，通过缩短运行时间达到节能目的。这一点在各厂都已采用，但要注意对于大型水泵，因为启动电流很大，所以应尽量避免频繁启动。
　　③ 调整改造
　　离心式水泵都配有一系列直径的叶轮，可简单地通过更换叶轮使水泵适应低于额定流量的流量。另外，在确认流量为恒定低流量后，还可以采用切削叶轮的方法。
2.3 选用高效电机及传动装置
　　泵系统电耗　W=t NU/(η1η2η3)
　　　　　　　　式中 η2、η3--传动效率和电机效率
　　　　　　　　　　t --- 运行时间
　　因此可从η2、η3入手，采用高效电机进行节能。
　　高效电机没有一个准确定义，一般效率比常规电机高2％～8％，虽然提高幅度不大，但因为污水泵大多为大功率、24h运转，所以即便只提高1％,节能效果也是很明显的。
　　当然高效电机价格比普通电机高15％～60％，所以采用该方法应进行经济校核，看是否能在使用期内由节电效益收回投资。


3 曝气系统的节能
　　鼓风曝气系统电耗一般占全厂电耗的40％～50％，是全厂节能的关键。最根本的节能措施就是减小风量，而减小风量必须提高扩散装置效率，降低污泥对氧的需求。
3.1 扩散装置
3.1.1 改进布置方式
　　传统的曝气池，曝气管是单边布置形成旋流，过去认为这种方式有利于保持真正推流，另外可以减小风量，但经过多年实践与研究发现，这种方式不如全面曝气效果好。全面曝气可使整个池内均匀产生小旋涡，形成局部混合，同时可将小气泡吸至1/3到2/3深处，提高充氧效率，见表2。
表2 不同充氧方式的效率［3］ 曝气方式 单边曝气 全面曝气
(间距6.1 m) 中心曝气 全面曝气
(间距3.05 m)
充氧效率kgO2/(kW·h) 1.05 1.57 1.33 1.82
3.1.2 采用微孔曝气器
　　微孔曝气器可以减小气泡尺寸，增大表面积，因而转移速度高，节约风量。天津东郊污水厂和纪庄子污水厂均采用微孔全面曝气，比穿孔管节电20％以上。英国有报道采用微孔曝气每去除1 kgBOD可节约风量25％，电力18％［4］。日本的情况如表3所示。
表3日本不同扩散装置的效率［4］ 曝气方式 穿孔管 微孔曝气
气量(m3/kgBOD) 36 30
耗电量(kW·h/kgBOD) 1.3 1.1
　　美国对一大批老式穿孔曝气进行了改造，效果显著。如美国的Hartford在224 640 m3/d的污水厂采用微孔曝气，实际氧利用率从穿孔管4.4％提高到了10.0％，总投资600 000美元，每年节约电费200 000美元，不计清洗费用，3年即可收回投资［５］。
3.2 风量控制节能
　　选择风机时，都要在计算需气量基础上加上一个足够大的安全系数，以满足最大负荷时的需要。所以在日常负荷下一般都要适当减小风量，负荷低时更应如此，这不仅是节能的需要，也是防止过曝气、保证处理效果的要求。而进行风量控制是曝气系统效果最显著的节能方法，据EPA对美国12个处理设施的调查结果显示，以DO为指标控制风量时可节电33％［4］。图2反映了风机风量与电耗的关系，图中电耗指每小时的耗电量。


　　可见，电耗随风量变化很大，因此进行风量控制节能效果显著，而且功率越大效果越明显，当然风量并不是可以任意减小，它将受到许多因素的影响。
3.2.1 风量程序控制
　　长期观测进水水质、水量，掌握其变化特性，再由经验确定风量与时间的关系，并设定程序，自动进行控制。该方法简便易行，但当水质水量出现很大波动时，应与其他方法配合使用。
3.2.2 按进水比例控制风量
　　该方法也比较简单，按一定气水比，根据进水量调节风量即可。但该方法最易受水质波动的影响，处理效果不稳定。

① 污水处理电耗占全厂总电耗的50％～80％，污泥处理仅占15％～40％，可见污水处理是处理厂耗电大户，自然也就是节能重点。其中又以提升泵、风机为重中之重。
　　② 表1列出4个污水厂均为老厂，无污泥脱水等工艺，处理单位污水耗电量约0.262 kW·h/m3，从表面上看与日本全国平均0.260 kW·h/m3 相近，比美国0.20 kW·h/m3稍高。但仔细分析就会发现：日本沉砂池普遍有洗砂、通风、脱臭等，约耗电0.01 kW·h/m3；美、日两国普遍对出水进行消毒处理，该项电耗约0.002 kW·h/m3；美、日两国对污泥都进行消化、脱水、焚烧处理，美国还进行气浮处理，约耗电0.05～0.1 kW·h/m3，而回收的能源均未计算在内。另外，美、日两国自控设备比我们多，照明空调等耗电也比我们多不少。可见老厂节能问题十分突出，潜力巨大。
2 提升泵的节能
　　提升泵的电耗一般占全厂电耗的10％～20％，是污水厂的节能重点。提升泵的节能首先应从设计入手，进行节能设计；对于已投产的污水厂，仍能通过加强管理或更换部分设备进行节能。
2.1 精确计算水头损失，合理确定泵扬程
　　从泵的有效功率NU=γQH可以看出当γ、Q一定时，NU与H呈正比，因此降低泵扬程节能效果显著。如天津东郊污水厂总水位差4.5m，小于纪庄子污水厂的6 m，仅此一项每年即可节电100×10.4kW·h。然而，目前进行污水厂设计时，水头损失估算普遍偏高，导致泵扬程计算值偏高。在日本一般污水厂总水位差仅2.0 m左右，可见我们的差距还很大。
降低泵扬程可采取以下措施：
　　① 总体布置要紧凑。连接管路要短而直，尽量减小水头损失。
　　② 改非淹没堰为淹没堰［1］，落差可由35～40cm减少到10cm。
　　③ 日本总水位差小的关键在于初沉池、曝气池、二沉池均采用方形平流式，三池为一体，首尾相连，水流通畅，从而最大限度地减小了水头损失。虽然造价比辐流式要高一些，但其差价很快可以从节电效益得到补偿。平流式沉淀池在我国应用较少，主要原因是刮泥设备不过关，近年来环保设备技术水平有了长足进步，所以平流式沉淀池应用前景广阔。
2.2 流量调节方式
　　污水厂进水量往往随时间、季节波动，如果按目前通行的以最大流量作为选泵依据，水泵全速运转时间将不超过10％［2］，大部分时间都无法高效运转，造成能源浪费。
　　由轴功率N=NU/η1(η1为泵运行效率)可以看出，一定流量扬程下NU是一定的，而泵的轴功率直接由η1决定，所以应选择合适调控方式，合理确定泵流量，以保证泵始终高效运转。
2.2.1 转速加台数控制方式
　　目前国外大型污水厂普遍采用转速加台数控制方法，定速泵按平均流量选择，定速运转以满足基本流量的要求；调速泵变速运转以适应流量的变化，流量出现较大波动时以增减运转台数作为补充。但是由于泵的特性曲线高效段范围不是很大，这就决定了对于调速泵也不可能将流量调到任意小，而仍能保持高效。四种调速方法效率-转速关系如图1。


2.2.2 其它调节方式
　　除调速外还有一些流量调节方式，不需添置设备，只需加强管理，就可很快收到可观效益。
　　① 机构调节
　　主要指水量出现大的波动时关闭或开启出水闸，这样虽然会增大水头损失，但因N-Q曲线为上升曲线，所以还是有一定节能作用的。
　　② 运行方式调节
　　一般可以很简单地采用随进水量增减台数的方法进行，通过缩短运行时间达到节能目的。这一点在各厂都已采用，但要注意对于大型水泵，因为启动电流很大，所以应尽量避免频繁启动。
　　③ 调整改造
　　离心式水泵都配有一系列直径的叶轮，可简单地通过更换叶轮使水泵适应低于额定流量的流量。另外，在确认流量为恒定低流量后，还可以采用切削叶轮的方法。
2.3 选用高效电机及传动装置
　　泵系统电耗　W=t NU/(η1η2η3)
　　　　　　　　式中 η2、η3--传动效率和电机效率
　　　　　　　　　　t --- 运行时间
　　因此可从η2、η3入手，采用高效电机进行节能。
　　高效电机没有一个准确定义，一般效率比常规电机高2％～8％，虽然提高幅度不大，但因为污水泵大多为大功率、24h运转，所以即便只提高1％,节能效果也是很明显的。
　　当然高效电机价格比普通电机高15％～60％，所以采用该方法应进行经济校核，看是否能在使用期内由节电效益收回投资。


3 曝气系统的节能
　　鼓风曝气系统电耗一般占全厂电耗的40％～50％，是全厂节能的关键。最根本的节能措施就是减小风量，而减小风量必须提高扩散装置效率，降低污泥对氧的需求。
3.1 扩散装置
3.1.1 改进布置方式
　　传统的曝气池，曝气管是单边布置形成旋流，过去认为这种方式有利于保持真正推流，另外可以减小风量，但经过多年实践与研究发现，这种方式不如全面曝气效果好。全面曝气可使整个池内均匀产生小旋涡，形成局部混合，同时可将小气泡吸至1/3到2/3深处，提高充氧效率，见表2。
表2 不同充氧方式的效率［3］ 曝气方式 单边曝气 全面曝气
(间距6.1 m) 中心曝气 全面曝气
(间距3.05 m)
充氧效率kgO2/(kW·h) 1.05 1.57 1.33 1.82
3.1.2 采用微孔曝气器
　　微孔曝气器可以减小气泡尺寸，增大表面积，因而转移速度高，节约风量。天津东郊污水厂和纪庄子污水厂均采用微孔全面曝气，比穿孔管节电20％以上。英国有报道采用微孔曝气每去除1 kgBOD可节约风量25％，电力18％［4］。日本的情况如表3所示。
表3日本不同扩散装置的效率［4］ 曝气方式 穿孔管 微孔曝气
气量(m3/kgBOD) 36 30
耗电量(kW·h/kgBOD) 1.3 1.1
　　美国对一大批老式穿孔曝气进行了改造，效果显著。如美国的Hartford在224 640 m3/d的污水厂采用微孔曝气，实际氧利用率从穿孔管4.4％提高到了10.0％，总投资600 000美元，每年节约电费200 000美元，不计清洗费用，3年即可收回投资［５］。
3.2 风量控制节能
　　选择风机时，都要在计算需气量基础上加上一个足够大的安全系数，以满足最大负荷时的需要。所以在日常负荷下一般都要适当减小风量，负荷低时更应如此，这不仅是节能的需要，也是防止过曝气、保证处理效果的要求。而进行风量控制是曝气系统效果最显著的节能方法，据EPA对美国12个处理设施的调查结果显示，以DO为指标控制风量时可节电33％［4］。图2反映了风机风量与电耗的关系，图中电耗指每小时的耗电量。


　　可见，电耗随风量变化很大，因此进行风量控制节能效果显著，而且功率越大效果越明显，当然风量并不是可以任意减小，它将受到许多因素的影响。
3.2.1 风量程序控制
　　长期观测进水水质、水量，掌握其变化特性，再由经验确定风量与时间的关系，并设定程序，自动进行控制。该方法简便易行，但当水质水量出现很大波动时，应与其他方法配合使用。
3.2.2 按进水比例控制风量
　　该方法也比较简单，按一定气水比，根据进水量调节风量即可。但该方法最易受水质波动的影响，处理效果不稳定。



一般的污水处理主要采用二级处理方式:
第一级机械处理:一般采用格栅等机械设备过滤污水中漂浮物或颗粒较大的物质
第二级生化处理:根据不同处理要求，处理污水含有的各种超标的硅物质或金属元素，使处理后的水能满足后续用水设备的要求，如生活用纯净水、工业锅炉软化与除盐水等，所示。
污水处理流程示意图
2.2 配置变频器的生产机械
污水工艺的机械设备根据相关污水处理的工艺，可以配置变频器的生产机械有两类:
(1) 恒功率负载即PM=TLn这类设备主要是刮吸泥机、污泥脱水机的滤带传动机构、加药投料螺杆泵、污泥螺杆泵。此类设备有2个特征:在运动过程中产生磨擦性质的负载阻转矩，其作用方向总是与旋转方向相反。低速运行，象沉淀池的刮吸泥机，平均线速度在1～2m/min范围。所以，当变频器拖动恒转矩性质的负载时，低速下的转矩要足够大，并且有足够的转矩过载能力。
(2) 水泵、风机负载这类负载特点是产生阻力与转速n的平方成正比。值得注意的是，高速时所需电机功率随转速增长过快，与转速n的立方成正比。通常情况下，潜污泵、风机的变频器基本上运行在工频以下范围。正确认识生产机械转矩特性，是合理选取变频器和维护变频器的基础
2.3 变频器被破坏的原因分析
变频器的一般故障现象是污水处理生产现场的破坏性因素决定的，究其原因是变频器被关闭在金属柜内，长期受到高温、腐蚀性气体侵袭，以及机械振动和电网波动作用所致。易导致变频器发生下列故障:变频器功率开关管烧毁变频器不能启动变频器频率不可调变频器屏显频率无规则乱跳过热跳闸。我公司在江苏宜兴给KD-2500污泥脱水机分别安装了变频一体化的电动机和普通变频器，在不到1年的时间内，变频器功率开关管、整流管桥先后烧毁。
3 安邦信高防护等级变频器介绍
3.1 防护等级介绍
防护等级是国际电工委员会按照EN60529/IEC529制定的标准，如防护等级IP54，IP为标记字母，数字5为第一标记数字，4为第二标记数字第一标记数字表示接触保护和外来物保护等级，第二标记数字表示防水保护等级
3.2 安邦信高防护等级变频器X系列
高防护等级X系列变频器(简称密封柜)是在G7、G9系列变频器的基础上，新推出的又一高科技产品。该产品设计裕量充足，高达150% 的过载能力能完全确保负载突变的情况下，系统不跳闸，保证了生产过程的连续性。采用IP64防护等级，广泛适用于印染、纺织、水泥、煤炭、陶瓷等多尘埃、潮湿及高温的恶劣工业场合。它具有如下特点:
(1) 采用IP64防护等级，柜体内基本上不会进入灰尘，而且从每个方向对准柜体的喷水都不会引起损害，有效的适应了污水处理恶劣的工作环境
(2) 超强的过载能力，可以超过额定电流150%的情况下仍能保持连续运转，确保生产过程的连续性
(3) SPWM调制
(4) 15kHz载波频率，静音运行
(5) 低频额定转矩输出
(6) 灵活的V/F曲线，多达15种
(7) 自动节能控制，优化电机效率
(8) 中英文键盘显示可选
(9) 本机/远程控制，一键切换
(10) 先进的转矩补偿功能
(11) 多种参数在线调整及监视
(12) 定时器功能
(13) 完善的保护报警功能，多达39种
(14) 瞬时停电处理及速度追踪再起动。
3.3 应用场合
江苏宜兴某某污水处理厂，其照片图所示。
江苏宜兴某某污水处理厂照片图
(1) 污水泵1、污水泵3电机功率为30kW
(2) 启动方法:采用变频器直接启动
(3) 控制方法:采用液位浮球开关控制变频器启动。与停止当污水满了启动变频器驱动污水泵排污,当污水没有了停止变频器,其电气图所示。

(1) 启动电流:25A
(2) 功率因数:0.98
(3) 平均运行时间:20h/d。
4 系统应用效果
(1) 原选用型防护等级IP20的变频器，不到1年就发生功率开关管、整流管桥先后烧毁故障
(2) 后改选用安邦信高防护等级变频器AMB-X9-030-T3后，运行至今3年多无故障
(3) 污水处理厂中的污水泵在使用了安邦信高防护等级变频器系列变频器以后，不但免去了许多繁琐的人工操作，不安全隐患因素，并使系统始终处于一种节能状态下运行，更能适应各种恶劣的工作环境，延长了设备的使用寿命，更好的适应了生产需要。
5 结束语
随着环境保护要求的提高及环境保护意识的加强，各行业生产厂家对排放的废渣、废气、废水都需要进行一定的处理，安邦信推出的高防护等级变频器，专门针对各种恶劣的工作环境，在污水处理厂或相似的系统中使用变频器应具有很好的推广价值。

咨询电话：15383714829