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(duì)象，敘述了一種如何用變頻器與PLC相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)COD的濃度值來(lái)調(diào)節(jié)曝氣量，以保證出水質(zhì)量，并對(duì)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(chēng)SBR法，是一種簡(jiǎn)快速且低耗的污水處理工藝，具有工藝簡(jiǎn)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(cè)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(guò)在線檢測(cè)COD的濃度值來(lái)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(guò)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(guò)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。混合液中的懸浮固體在沉淀池中沉淀下來(lái)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(kāi)進(jìn)水電動(dòng)閥）：7h

· 曝氣（開(kāi)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(kāi)電磁閥）：0.5h

從充水開(kāi)始到排水結(jié)束為一個(gè)周期。在一個(gè)周期內(nèi)，通過(guò)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(guò)程中，在線檢測(cè)COD的值來(lái)調(diào)節(jié)曝氣量，使整個(gè)反應(yīng)過(guò)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(mén)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(guò)程是：系統(tǒng)在線檢測(cè)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(lái)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(mén)控制風(fēng)量和調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制風(fēng)量?jī)煞N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(mén)全開(kāi)）。

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(mén)的方法來(lái)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(shuō)，減小風(fēng)門(mén)開(kāi)度增加了管網(wǎng)阻力。此時(shí)，系統(tǒng)的工作點(diǎn)由原來(lái)的A點(diǎn)移至B點(diǎn)。可以看出，風(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(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量的方法，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由原來(lái)的n1降到n2。根據(jù)風(fēng)機(jī)參數(shù)的比例定律，可以畫(huà)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?jiàn)，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(jiàn)，用調(diào)速的方法來(lái)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(huì)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)電效果也是非常可觀的。另一方面，使用通用變頻器來(lái)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?jiàn)應(yīng)用變頻器技術(shù)調(diào)速又比普通調(diào)速來(lái)控制曝氣量的大小其節(jié)電效果更加顯著。

5 結(jié)束語(yǔ)

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(duì)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(duì)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。

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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(dòng)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(hào)湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系

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