生活污水处理通风控制设计方案应用分析
1 前言
污水处理,是环境保护的一项重要内容。根据国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》要求,达到一级排放,苏南经济发达地区排放标准达到一级A排放。
排放标准提高,污水处理相应增加成本。在设计上要求生产工艺先进,采用先进的技术设备,运行可靠,降低生产成本。降低运行维修费用、降低电耗,从源头做起,在设计上解决。污水处理的工艺首先清除污水中块状杂质,然后进行生物反应过程,给生物反应曝气池(以下简称反应池)内污水通风加氧,生成有益菌,通过有益菌,分解有害菌。在反应池内,对污水通风加氧是污水处理的关键过程。
2 污水通风的技术要求
反应池的污水是变化的,有水量大小的变化,温度高低的变化。时间上昼夜变化,春夏秋冬四季变化。由于受变化因素的影响,要求通风供氧随时调整。污水中氧气要充分均匀,但不能过量。风量风压始终保持平稳,没有波动起伏。
3 污水通风控制的常见方案
3.1 采用手动阀门控制单台风机调节风量
手动风量调节阀(手动阀门)分单叶和多叶两种类型,通过手柄调节叶片的0°～90°范围内开合角度来控制风量大小,手动关闭或手动复位。通常手动风量调节阀安装在正方形或矩形截面风管中。
3.2 采用电动阀门控制单台风机风量
电动风量调节阀(电动阀门)是在手动风量调节的基础上,将手柄操作改为电机操纵,电机通过连杆机构操纵叶片的开合角度来控制风量。阀体尺寸可按用户要求制造。
3.3 采用变频控制单台风机进风量
风机变频控制,是指控制风机电动机的交流电源的频率在0～50Hz之间变化。工频运行电动机电源频率50Hz。频率越低风机出风量越小,耗电少；反之出风量大,耗电多。工频运行出风量最多。变频过程由变频器与编程器自动完成。从而,实现对风机风量风压的控制。
4 变频控制通风方案特点
对上述几种通风控制方案进行了对比分析,笔者认为变频控制通风方案有如下特点：
（1）满足工艺要求方面程度最高。因为变频调速控制风量是自动检测风压变化,自动跟踪调整,无级变化,风机平稳加速或减速,每次调整都是微量调整,循序渐进,始终保持在设定值,上下波动很小,风量风压平稳。没有硬性增加或减少给工况带来失衡现象。其他通风控制方案经常出现风量不足或风量过大。
（2）操作方便。变频调速改变风量是自动进行,没有人为控制误差或失误。
（3）降低生产成本和维修费用。变频设备电子产品可靠性能能好,维修费用很少,只是定期保养。电机消耗电量与频率高低有关。如采用调整阀门每年要进行几次维修,还会影响到使用,增加维修人员,增加维修费。调整阀门的方式整台风机开动,增加电耗成本。
（4）一次性投资比其他方案相对增加。
5 应用实例
笔者在实践中对污水处理厂通风采用了变频控制设计方案。本文以苏州市相城区某镇污水处理厂为例,重点分析反应池鼓风机变频运行控制设计。
案例：反应池日处理能力2万吨,用风量每小时约6500m3(压力15000Pa)。配置3台(C70-17)鼓风机,相应配套管道及曝气管等。C70-17型离心式鼓风机每小时出风量约4200 m3(风机出口压力20000Pa)。一台风机运行不能满足风量,两台风机运行风过量,效果也不理想,并且增加电耗。解决方案利用一台鼓风机工频运行、另一台鼓风机变频运行方式,具体见图1(反应池风系统工况图)。
图1 反应池风系统工况图
方案设计：根据曝气工艺要求,系统设定风机运行在正常工况状态下,管道出口压力15000 Pa,风量6500 m3,通过设置在管道出口的压力变送器检测到的信号值,反馈给变频器,与设定的值进行比较,只要不等于零,就有信号输出,进行风量调整。系统用风工况发生变化(增加或减少)系统失去平衡,风量就自动进行调整,达到新的平衡。系统保持设定的风管道出口压力和风量。由哪台风机工频运行,哪台风机变频运行由程序决定。具体见图2(风机变频控制拓扑图)。
图2 风机变频控制拓扑图
电器设备元件选择：
(1)压力变送器PM41模块化结构,检测风压输出4～20mA模拟信号,一体式安装。满足功能和安装要求；
(2)变频器日本三菱公司产品,FR-F740-S132,内置选件FR-A5AR。功能齐全,设定频率,接收模拟信号,输出点数扩展,输出功率132kW,具有RS485通信接口。可外接滤波器抗干扰能力强。满足系统功能需要；
(3)编程器(PLC)日本三菱公司产品,可扩展点数,编程方便。与三菱公司变频器配合使用更加方便。
其他电气设备元件按型号规格配备满足系统功能需要。
电气系统原理图不在此详述从略。按照设计图纸进行安装施工。
风机系统运行方式设计：方案一：一台工频运行,一台变频运行,另一台备用；方案二：两台工频运行,另一台变频运行。例如：在污水、风正常工况下,其中某台风机工频运行,依次下台风机变频运行；系统检测4～20mA信号值反馈给变频器与设定值(此设定值代表压力15000Pa,风量6500m3)进行比较,相等无差值,变频运行风机不改变频率,维持原转速运转。如果反应池用风量增加,压力降低变送器检测到信号值变小,与变频器设定的信号值比较,有差值输出小于零,输出信号使频率增加,风机就要增加转速,直到达到工频为止；当需要降低风压时原工频运行的风机停止；一台工频不能满足风量需要,依次另一台风机启动变频运行。有时风量需求增加很多,两台风机工频运行,另一台变频运行。停止时顺序保持不变,先启动,先停止。此种情况出现概率很少。
根据以上风机的运行的次序是,1#工频运行,2#变频运行,3#备用；2#工频运行,3#变频运行,1#备用；3#工频运行,1#变频运行,2#备用。每台风机都处于工频运行、变频运行、备用状态。在程序编制方面禁止两台风机同时启动现象,从安全角度考虑,电气上也增加了互联锁。设备轮流工作,轮流待机处于理想的运行状态,便于运行管理。
通过投产运行6个多月对技术指标和经济指标进行考核：
(1)排放标准达到了一级A排放标准,实现了设计目标；
(2)每吨污水处理电耗031千瓦时,电耗比行业标准降低0.02千瓦时；
(3)由于设备运行方式合理,变频启动减少设备磨损,电气变频控制设备没有出现故障,定期进行保养,每年维修费用降到最低。
设备(3台变频)一次性投资比采用阀门控制方法增加了40％。由于电耗成本降低,三年内可回收一次性投资增加的成本。
6 结论
由以上实例分析可以看出,变频控制技术的应用有许多其他控制方法不可比拟的优点,变频器还有许多功能可开发利用,比如过流、过载、欠压保护、限速、定时等,通过外接可编程控制器配合,可实现多台电机群控、轮换运行、定时运转,防止单台电机运转时间过长或长期不运转造成锈蚀等,是一种智能化的控制方法。随着经济的发展,一次投资过大不再是主要矛盾,该技术必将被本行业大量推广应用。