摘 要：SBR法污水處理中的一個(gè)重要參數(shù)是化學(xué)需氧量COD，其直接影響到污水處理的水質(zhì)。本文以SBR法污水處理系統(tǒng)中曝氣量的調(diào)節(jié)為對象，敘述了一種如何用變頻器與PLC相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)在線檢測COD的濃度值來調(diào)節(jié)曝氣量，以保證出水質(zhì)量，并對用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)曝氣量調(diào)節(jié)的節(jié)能狀況進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：COD; 曝氣量; 變頻調(diào)速; PLC

Abstract: In sewage disposal system with SBR, an important parameter is chemical oxygen demand （COD）, which directly affects water quality. This paper uses gas output as adjust object in SBR, introduces how to combine transducer and PLC to realize detecting COD’s chroma online in order to ensure water quality. It also analyses the system’s energy saving situation.

Keywords: COD; Gas output quantity; Frequency conversion timing; PLC

1 引言

廢水生物處理技術(shù)中的批式活性污泥法又稱SBR法，是一種簡快速且低耗的污水處理工藝，具有工藝簡單、效率高、脫氫除磷效果好，防止污泥膨脹性能強(qiáng)，耐沖擊負(fù)荷和處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于水質(zhì)變化大的中小城鎮(zhèn)的生活污水處理，以及易生物降解的工業(yè)廢水處理。

目前由于化學(xué)需氧量COD濃度在線檢測儀器的出現(xiàn)，將COD濃度作為重要的工藝參數(shù)，系統(tǒng)通過在線檢測COD的濃度值來調(diào)節(jié)曝氣量，以保證出水質(zhì)量，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

2 SBR法污水處理過程分析

圖1所示為活性污泥處理流程示意圖。SBR廢水處理法初次沉淀池、曝氣池、二次沉淀池、污泥回流和剩余污泥排放幾個(gè)系統(tǒng)組成。初次沉淀池用以去除污水中原生懸浮物，懸浮物少時(shí)可不設(shè)置。污水和回流的活性污泥一起進(jìn)入曝氣池形成混合液，通過羅茨風(fēng)機(jī)充入空氣，使混合液得到足夠的攪拌而呈懸浮狀態(tài)，然后流入沉淀池?；旌弦褐械膽腋」腆w在沉淀池中沉淀下來和水分離，流出沉淀池的凈化水。沉淀池中的污泥大部分回流，成為回流污泥。

傳統(tǒng)的控制方法是時(shí)間程序控制，即按照規(guī)定的時(shí)間和順序進(jìn)行：

· 充水（打開進(jìn)水電動閥）：7h

· 曝氣（開啟羅茨風(fēng)機(jī)）：1.75h

· 攪拌（接通攪拌電機(jī)）：1.25h

· 沉淀：1.5h

· 排水（打開電磁閥）：0.5h

從充水開始到排水結(jié)束為一個(gè)周期。在一個(gè)周期內(nèi)，通過曝氣、停氣使充氧/缺氧狀態(tài)相互交替進(jìn)行。在分解污水中含碳化合物（以COD為代表）的同時(shí)，相繼進(jìn)行含氮化合物的硝化和反硝化，最終達(dá)到脫碳、脫氨和脫氮的目的。

一般情況下，采用每天執(zhí)行兩周期（12h / 周期），但是，工業(yè)污水中有機(jī)物的濃度往往是隨時(shí)間變化的，如果按固定的反應(yīng)時(shí)間控制SBR法污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行，則既浪費(fèi)能源又容易發(fā)生污泥膨脹。如時(shí)間設(shè)置不合適，還將影響處理效果。

3 曝氣量的變頻調(diào)速控制設(shè)計(jì)

化學(xué)需氧量COD是一個(gè)重要的工藝參數(shù)，如控制系統(tǒng)在污水處理過程中，在線檢測COD的值來調(diào)節(jié)曝氣量，使整個(gè)反應(yīng)過程的化學(xué)需氧量COD處于適當(dāng)?shù)姆秶?，這樣既能保證出水質(zhì)量，又能節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

圖2為一種西門子變頻器與PLC相結(jié)合實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)的變頻調(diào)速的風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中EM235為PLC模擬量I/O擴(kuò)展模塊。其工作過程是：系統(tǒng)在線檢測的COD值，送入PLC模塊后，進(jìn)行PID的運(yùn)算，其模擬量輸出作為變頻器的輸入，控制變頻調(diào)速，來達(dá)到調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)曝氣量的調(diào)節(jié)控制。

圖3給出了本例實(shí)現(xiàn)PID控制的流程圖。

4 變頻調(diào)速的節(jié)電分析

由圖1可知，調(diào)節(jié)曝氣量的大小，可采用調(diào)節(jié)風(fēng)門控制風(fēng)量和調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制風(fēng)量兩種方法。此兩種方法相比，后者有著明顯的節(jié)電效果，其原理圖如圖4所示。

圖中，曲線1為風(fēng)機(jī)在恒速下的風(fēng)壓-風(fēng)量（H-Q）特性曲線;曲線2為恒速下的功率一風(fēng)量（Ps一Q）特性曲線;曲線3為管網(wǎng)風(fēng)阻特性（風(fēng)門全開）。

設(shè)風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)工作在A點(diǎn)，效率最高，此時(shí)輸出風(fēng)量Q為100%，軸功率為Ps1，與Ql、H1的乘積成正比，即P s1與AH1OQ1所包圍的面積成正比。

當(dāng)需要調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)，例如，所需風(fēng)量從100%減少到額定風(fēng)量的50%，即從Q1減少到Q2時(shí)，如采用調(diào)節(jié)風(fēng)門的方法來調(diào)節(jié)風(fēng)量，使管網(wǎng)阻力曲線由曲線3變?yōu)榍€4。就是說，減小風(fēng)門開度增加了管網(wǎng)阻力。此時(shí)，系統(tǒng)的工作點(diǎn)由原來的A點(diǎn)移至B點(diǎn)?？梢钥闯觯L(fēng)量雖然降低了，但風(fēng)壓增加了，軸功率Ps2與面積BH2 OQ2成正比，它與Ps1相比，減少不多。

如果采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量的方法，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由原來的n1降到n2。根據(jù)風(fēng)機(jī)參數(shù)的比例定律，可以畫出在轉(zhuǎn)速n2下的風(fēng)壓一風(fēng)量（H—Q）特性曲線5，風(fēng)機(jī)工作在C點(diǎn)?？梢?，在滿足同樣風(fēng)量Q2的情況下，風(fēng)壓將大幅度降低到H3，軸功率Ps2（與面積CH3OQ2成正比）也明顯降低。所節(jié)約的功率與面積AH1OQ1和CH3OQ2之差成正比。由此可見，用調(diào)速的方法來減少風(fēng)量的經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的。

由流體力學(xué)可知，風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比，風(fēng)壓H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，軸功率Ps與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比。即：

Q∝n H∝n2 Ps∝n3

當(dāng)所需風(fēng)量減少，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。如所需風(fēng)量為額定風(fēng)量的80%，則轉(zhuǎn)速也下降為額定轉(zhuǎn)速的80%，而軸功率下降為額定功率的51.2%;當(dāng)所需風(fēng)量為額定風(fēng)量的50%時(shí)，軸功率可以下降為額定功率的12.5%。當(dāng)然，轉(zhuǎn)速降低時(shí)，效率也會有所降低，同時(shí)還應(yīng)考慮控制裝置的附加損耗等影響。即使如此，這種方法的節(jié)電效果也是非?？捎^的。另一方面，使用通用變頻器來改變轉(zhuǎn)速后，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下調(diào)10%時(shí)，則風(fēng)機(jī)輸出功率下降到額定功率的73%;當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下調(diào)20%時(shí)，則風(fēng)機(jī)輸出功率下降到額定功率的51%?？梢姂?yīng)用變頻器技術(shù)調(diào)速又比普通調(diào)速來控制曝氣量的大小其節(jié)電效果更加顯著。

5 結(jié)束語

本例采用變頻調(diào)速技術(shù)與PLC相結(jié)合進(jìn)行曝氣量的調(diào)節(jié)控制，既保留了PLC控制系統(tǒng)可靠、靈活、適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，又提高了控制系統(tǒng)的智能化程度。

本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)在于，利用了變頻器與PLC相結(jié)合，對風(fēng)機(jī)的曝氣量實(shí)現(xiàn)了精確的PID調(diào)節(jié)控制。這種控制方法不僅提高了污水處理系統(tǒng)的可靠性、節(jié)約了能源，而且對于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)各種活性污泥法的實(shí)時(shí)控制提供了一較為理想的控制方案。

參考文獻(xiàn)

[1]胡建平.變風(fēng)量系統(tǒng)室溫自調(diào)整控制系統(tǒng)的仿真[J]. 微計(jì)算機(jī)信息,2007,4-1：74 -75

[2]張燕賓.變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐[M].機(jī)械工業(yè)出版,2004.1

[3]原魁.變頻器基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].冶金工業(yè)出版社,2005.7

[4]張鳳珊.電氣控制及可編程序控制器[M].中國輕工業(yè)出版社,2003.8

[5]何超.交流變頻調(diào)速技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版,2006.8

作者：何獻(xiàn)忠（1963—），女（漢族），湖南人，湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系副教授，主要從事電氣自動化的教學(xué)與研究。

聯(lián)系地址：湖南株洲市荷塘區(qū)大坪路18號湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系

變頻調(diào)速在污水處理控制中的應(yīng)用資料下載