变频器在污水处理系统中的应用

王新青

摘要：污水处理是钢铁企业的重要辅助设备，供排水车间污水处理站主要负责生产污水回收处理，污水池水量由于生产变化而实时变化，针对原污水池水泵电机控制系统的不适应性，应用变频器调速平滑、易于构成闭环控制，高效节能的特点，对供排水车间污水处理站水泵电机的控制作了改造，达到了改进工艺、降低工人劳动强度、节能减排的目的。

关键词：污水处理；变频调速；改造

1 污水处理站的工艺流程及存在的问题

1.1 工艺流程简介

昆钢污水处理站主要负责生产过程中产生的生产废水，经片区的污水干道、污水管道全部回收到污水处理站的污水池，再用水泵抽到污水净化系统进行加药、澄清处理后，加压送入生产水系统，污水处理再利用，降低生产成本、加大资源再利用、减少环境污染。污水不允许外排，正常情况下每小时回收污水大约为3000--4000m3左右。

1.2 原系统存在的问题

污水处理站是建在螳螂川边，污水池的污水漫出池子后就直接流人螳螂川，污染螳螂川的水及周围环境，造成环境污染事故，受到环保部门的处罚，同时又造成资源浪费。由于用水量不均衡，所排的污水量实时变化，污水处理站回收污水量已随着变化。需要值班人员随时观察污水水位，并手动调节出口阀门来提高或减少抽水量，以保证污水池液面始终处于正常液面位置，不至于漫水或水位低，水泵进空气。水泵的起动、停止均由人工控制，自动化程度过低。

1.3 水泵直接起动对电网、电机、水泵、管道造成的危害

水泵直接起动时的大电流在电机定子线圈上产生很大的冲击力，冲击电流导致电机绕组产生大量的热量，损伤绕组绝缘，减少电机寿命，电机直接全压起动时的起动转矩约为额定转矩的2倍，电机起动时，水流会在很短的时间内达到全速，在遇到管路拐弯时，高速的水流冲击到管壁上，产生很大的冲击力，形成水锤效应，至使管道破坏；水泵直接起动时电机速度上升很快，润滑油不能及时到位，引起轴承干磨，降低其使用寿命；水泵电机容量较大，直接起动时引起电网电压急剧下降.

2 污水处理站的变频改造

经过工程技术人员的论证，决定采用以变频调速为核心的变频恒压供水调速系统对污水处理站的工艺进行改造。通用变频器问世以来，变频技术在各个领域得到了广泛的应用，其中，以变频调速为核心的变频恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据水量、水压的变化自动调节系统的运行参数，总的来说体现在“提高效率、节省资源、降低污染”上；由于整个工艺流程都是在PLC程序控制下运行的，自动控制整个工艺流程，大大提高了工作效率；拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管，降低了人员的劳动强度，还可节省了人力资源。

3 改造后污水处理变频控制原理分析

3.1改造后电气控制系统

系统改造时主要考虑了节能及自动化的要求，运用了自动节能、PID、PLC及RS485通讯接口等功能，可以方便与电脑或总线进行通讯，方便值班人员操作及监控。

污水处理系统是将污水池的水抽到污水处理池（低处的水抽到高处）中澄清处理，所以要保证水泵的出口压力要恒定，能满足生产工艺的需要，在水泵的出口管道上装一个压力传感器，根据压力传感器反馈的信号，使水泵转速始终工作在变频器设定的下限频率和上限频率之间，保证水泵的出口压力恒定。液位传感器是监测污水池水位，并将信号及时反馈给PLC，由PLC根据污水水位高低来控制水泵（电机）的启停和转速。

正常启动按下启动按钮，PLC给出信号KM线圈得电，KM触头闭合，变频器得电以初始频率25Hz带动电机运行。在运行的过程中，液位传感器的信号反馈到PLC，经过运算比对后给出信号到变频器调整运行频率，实现平滑调速、自动调节污水池水位。

3.2 工作原理

3.2.1 压力变送器及水液位传感器，将管道压力的变化信号和水池液面的液位信号送入可编程序控制器，信号经过处理后与设定的压力信号进行比较运算产生逻辑控制信号与频率设定信号，得出最佳参数由可编程序控制器控制变频器和水泵组实现整个系统的连续运行，对三台水泵实行软启动、软切换及两台变频运行，根据污水量的变化，系统可自动确定水泵投入台数及电机转速，实现循环运行，提高系统的稳定性及供水质量。

3.2.2系统有两套由变频器和水泵组成的变频泵（1用1备），另有由两台软起动器和3台水泵组成的定量泵（可切换）。系统正常启动后，当污水池液面高于设定值时，传感器将信号反馈给PLC，PLC经过运算比较后，输出控制信号启动其中一台变量泵，如果轧钢、炼钢过来的污水进入水池的量较大，变频器输出频率为50Hz，变频泵转速达到最高，此时若污水池液面还高于设定液面，控制器将通过软启动器另起动一台定量泵，由一台定量泵和一台变量泵同时供水，经过变频泵的调节，如污水池液面仍高于设定值，控制器以同样的方式将起动下一台定量泵，直至满足排水要求。

3.2.3 当污水池液面下降，变频泵转速降到设定的下限频率时，控制器自动停止最后运行的定量泵，并根据液面情况自动调整变频泵转速，使污水池液面始终处于设定值范围内。这样，每台定量泵的启动均经软起动器控制，全部机组实现循环软启动，管道的压力始终处于稳定状态。当污水池液面低于设定值时，则控制器完全停止各泵工作。

4 改造后效果分析

4.1 改造后污水处理站供水系统能自动24小时维持恒定压力（水位），根据监测信号自动启动备用泵，无级调整电机转速来改变水泵的抽水量。改造后至今没有发生过污水漫人螳螂川的污染事故，达到全量回收污水处理的目标。

4.2 改造后系统保证了水管压力变动平缓，减少对电机、水泵的冲击，消除了启动和停机时的水锤效应，延长了管道、电机及水泵的使用寿命，减少了设备的维修，根据污水量的变化来调节水泵转速，使水泵始终工作在高效区，当系统零流量时，机组进入休眠状态，水泵停止，流量增加后才进行工作，节能效果明显。

5 结束语

污水处理系统变频改造后，降低了生产成本，污水处理系统的控制操作方便。变频器的加速和减速可根据工艺要求自动调节，控制精度高，能保证生产工艺稳定，提高了工作效率，节约了资源。

参考文献：

[1]李道霖《电气控制与PLC原理及应用》电子工业出版社 2005

[2]曾毅《变频调速系统的设计与维护》山东科学技术出版社 2003