水資源的嚴(yán)重污染和日漸短缺如今已成為一個(gè)全世界都在關(guān)注的話題。事實(shí)上，近年我國(guó)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。目前，我國(guó)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(cè)，水處理市場(chǎng)未來(lái)每年需要５００億元以上。 同樣對(duì)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(chǎng)。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(chǎng)空間的同時(shí)，也為該產(chǎn)業(yè)中重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)品——變頻器及其系統(tǒng)帶來(lái)了更大的機(jī)遇，據(jù)保守估計(jì)，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(jī)電設(shè)備一般包括以下幾個(gè)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(lái)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(lái)舉一些例子。 [align=center] 鼓風(fēng)機(jī)曝氣示意[/align] 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(guò)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(dòng)時(shí)，電流沖擊較大，容易引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)，而鼓風(fēng)機(jī)（羅茨）風(fēng)壓一定，風(fēng)量只能靠工作臺(tái)數(shù)及出氣閥來(lái)調(diào)節(jié)，實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中往往是通過(guò)調(diào)節(jié)出氣閥門(mén)來(lái)控制，即增加管道阻力。因而許多能量多浪費(fèi)在閥門(mén)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(jī)上應(yīng)用變頻器來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。由于變頻器的軟啟動(dòng)大大的減小了電機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，而且在正常運(yùn)行的時(shí)候，將出氣閥門(mén)開(kāi)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(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)管道的風(fēng)量，從而來(lái)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(hào)（4～20mA）很方便地實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制。 以廣州某煉油廠污水處理的曝氣機(jī)為例，該機(jī)容量22KW/46A，據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(lèi)負(fù)載上的應(yīng)用 泵類(lèi)設(shè)備是水處理中最常用的設(shè)備，泵起動(dòng)時(shí)的急扭和突然停機(jī)時(shí)的水錘現(xiàn)象往往容易造成管道松動(dòng)或破裂，嚴(yán)重的可能造成電機(jī)的損壞，且電機(jī)起動(dòng)/停止時(shí)需開(kāi)啟/關(guān)閉閥門(mén)來(lái)減小水錘的影響，如此操作一方面工作強(qiáng)度大，且難以滿(mǎn)足工藝的需要。在泵類(lèi)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(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(zhǎng)期工作在滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)，造成電機(jī)過(guò)早的老化，而且變頻的軟啟動(dòng)大大的減小水泵啟動(dòng)時(shí)對(duì)機(jī)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(yùn)行，延長(zhǎng)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(dòng)控制。 從多家污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)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(lái)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(wú)水錘現(xiàn)象。因此，在污水處理廠或相似的泵類(lèi)系統(tǒng)中使用變頻器應(yīng)具有很好的推廣價(jià)值。 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(jí)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(dòng)已經(jīng)從能耗嚴(yán)重的渦流制動(dòng)發(fā)展到目前最主流的雙電機(jī)雙變頻驅(qū)動(dòng)。 可以從臥螺的工作原理可以判斷主、副電機(jī)工作狀態(tài)：與主動(dòng)件相連的電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)，與從動(dòng)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(dòng)可以很好得解決副電機(jī)的持續(xù)發(fā)電問(wèn)題。綜合看來(lái)，離心機(jī)的變頻應(yīng)用具有以下特點(diǎn)：（1）節(jié)能；（2）動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，差轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)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(duì)老車(chē)間進(jìn)行了改造，在新建污泥脫水車(chē)間安裝了兩臺(tái)LWD430WⅢ型離心機(jī)，以滿(mǎn)足日處理污水10萬(wàn)噸的需要。該機(jī)采用雙電機(jī)雙變頻方案另加PLC控制，運(yùn)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(shí)，差速器小軸力矩約15N.m，可計(jì)算出副機(jī)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(dòng)器）可節(jié)電1.87KW，以每天運(yùn)行10小時(shí)，每年運(yùn)行300天計(jì)算，年節(jié)電5610度，以每度電費(fèi)0.631元計(jì)算，兩臺(tái)離心機(jī)每年節(jié)省電費(fèi)7080元。 [align=center] 變頻器在臥螺離心機(jī)中的應(yīng)用[/align] 變頻器在加藥計(jì)量泵上的應(yīng)用 在水處理過(guò)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(shí)際操作中，對(duì)藥劑量要求控制嚴(yán)格，加藥量過(guò)少，保證不了水的品質(zhì)；加藥量過(guò)大，不僅要造成不必要的浪費(fèi)，而且會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染。如果采用自動(dòng)加藥系統(tǒng)，就可以根據(jù)實(shí)際工況，自動(dòng)調(diào)節(jié)加藥量，使水的指標(biāo)保持在最佳范圍之內(nèi)。 國(guó)內(nèi)目前已經(jīng)有成熟的自動(dòng)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(dòng)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(dòng)加藥系統(tǒng)的核心是變頻控制系統(tǒng)，由于計(jì)量泵頻率的改變就能改變出料的速度，從而引起水體測(cè)量值的變化，這樣一來(lái)通過(guò)PID控制或模糊控制方式改變變頻器的輸出就可達(dá)到目的。 [align=center] 凈水加藥自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖[/align] 如圖所示，自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)，它是利用流動(dòng)電流原理，由微電腦控制的在線膠體電荷測(cè)控系統(tǒng)，系統(tǒng)由檢測(cè)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(cè)室內(nèi)，水樣連續(xù)通過(guò)兩個(gè)電極之間的毛細(xì)管通路時(shí)，膠體雜質(zhì)會(huì)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(dòng)，從而產(chǎn)生流動(dòng)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(dòng)電流即SC值，并通過(guò)信號(hào)線傳送給控制儀?？刂苾x在所設(shè)定的工況下，經(jīng)與設(shè)定值對(duì)比、判斷后，輸出一個(gè)4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，由PID調(diào)節(jié)控制變頻器對(duì)電機(jī)調(diào)速，使計(jì)量泵處于對(duì)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(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)行投藥量的再調(diào)節(jié)。如此循環(huán)往復(fù)，連續(xù)運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)加藥量，保證混凝處理維持在最優(yōu)工況。 自動(dòng)變頻加藥系統(tǒng)具有以下性能特點(diǎn)：（1）操作方便，安全可靠，計(jì)量準(zhǔn)確；（2）自動(dòng)化程度高，維護(hù)方便；（3）使用壽命長(zhǎng)。實(shí)踐證明這種自動(dòng)投藥技術(shù)要比機(jī)械投藥平均節(jié)藥百分之二十五，既可以提高凈水站運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，又可以簡(jiǎn)化操作程序減輕運(yùn)行人員工作強(qiáng)度，降低勞動(dòng)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(yùn)行成本，并節(jié)省電能。