1 引言

水資源的嚴(yán)重污染和日漸短缺如今已成為全世界都在關(guān)注的話題。事實(shí)上，近年我國隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市污水和工業(yè)廢水量急劇增加，到2000年，城市排出的污水從1981年的60億m3上升到221億m3;工業(yè)廢水增至194億m3，激增的廢水在注入江河湖泊的同時，甚至進(jìn)入了城市居民的水源。為此，國家做出決定:人口超過10萬居民的667個城市都要在2005年之前修建廢水處理站，使廢水處理能力在2010年能夠達(dá)到60％。目前，我國每年環(huán)保投資用于水處理的費(fèi)用達(dá)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。
如此大的需求在為環(huán)保型水處理產(chǎn)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(jī)構(gòu)產(chǎn)品--變頻器帶來了更大的機(jī)遇。據(jù)保守估計，每年用于環(huán)保水處理上的變頻器用量將超出1億元。本文探討的就是變頻器在水處理環(huán)保行業(yè)中的應(yīng)用分析。

2 變頻器在水處理環(huán)保工程中的節(jié)能應(yīng)用

污水處理的機(jī)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(jī)、帶式壓濾濃縮一體機(jī)、板框壓濾機(jī)、臥式螺旋離心分離機(jī)等;
(3) 消毒處理系列:加氯機(jī)、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(jī)、吸砂機(jī)等。
從實(shí)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。
2.1 變頻器在曝氣鼓風(fēng)機(jī)(羅茨風(fēng)機(jī))上的應(yīng)用
在污水生化處理方式中，曝氣鼓風(fēng)機(jī)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(jī)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(jī)(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(shí)際生產(chǎn)運(yùn)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，因而許多能量浪費(fèi)在閥門上。隨著變頻器的廣泛應(yīng)用，利用變頻器的調(diào)速范圍寬，可以在羅茨風(fēng)機(jī)上應(yīng)用變頻器來調(diào)節(jié)風(fēng)量。由于變頻器的軟啟動大大的減小了電機(jī)起動時對電網(wǎng)的沖擊。而且在正常運(yùn)行的時候，將出氣閥門開到比較大，根據(jù)工藝和參數(shù)的要求，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)電機(jī)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(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動控制。
以廣州石化總廠煉油廠的污水處理曝氣機(jī)為例，該機(jī)容量22kw/46a，據(jù)統(tǒng)計，年可以節(jié)電量為36900kwh。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，并且具有明顯的節(jié)電效果。
2.2 變頻器在泵類負(fù)載上的應(yīng)用
泵類設(shè)備是水處理中比較常用的設(shè)備，泵起動時的急扭和突然停機(jī)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(jī)的損壞，且電機(jī)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(qiáng)度大，另一方面難以滿足工藝的需要。在泵類負(fù)載安裝變頻器以后，可以根據(jù)工藝的需要，使電機(jī)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(jī)過早的老化, 另一方面變頻的軟啟動大大的減小水泵啟動時對機(jī)械的沖擊，并且具有明顯的節(jié)電效果。
污水處理廠的潛水泵或離心泵在使用變頻器以后, 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)始終處于節(jié)能狀態(tài)下運(yùn)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(shí)現(xiàn)閉環(huán)pid自動控制。
從多家污水處理廠的實(shí)際運(yùn)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(jī)械磨損大為降低，機(jī)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。
2.3 變頻器在臥螺離心機(jī)上的應(yīng)用
臥螺離心機(jī)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)展到雙電機(jī)雙變頻驅(qū)動。
由臥螺的工作原理可以判斷主、副電機(jī)工作狀態(tài):與主動件相連的電機(jī)處于電動機(jī)工作狀態(tài), 與從動件相連的電機(jī)處于發(fā)電機(jī)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(jī)的持續(xù)發(fā)電問題。
綜合看來，離心機(jī)的變頻應(yīng)用具有以下特點(diǎn):
(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(jìn)行了改造，在新建污泥脫水車間安裝了兩臺lwd430w