变频器设备在污水处理厂电气改造中的应用

邢卫东

（郑州东兴环保能源有限公司，河南 郑州 451470）

变频器设备在污水处理厂电气改造中的应用

邢卫东

（郑州东兴环保能源有限公司，河南 郑州 451470）

各种利用电机带动的设备在污水处理厂中应用广泛，文章通过对其电气设备进行改造，引入变频器设备，在控制水流、降低设备能耗、延长设备寿命等方面都发挥了关键作用。

变频器；污水处理厂；电气改造

近些年来，城市污水处理厂发展迅速，为建设可持续发展社会提供了很好的技术支持，但污水处理厂自身的能耗问题也日益凸显，大量大功率的电气设备给传统型的污水处理厂运行增加了沉重的成本，这也与目前我们建设节约型社会的目标相悖，这样的背景下，亟需对污水处理厂电气工程系统进行改造，增设变频设备，使得在污水处理的过程中能够及时有效地调整电机的转速，实现更为精准的污水处理调控目的。文章将以此为背景，对变频器设备在污水处理厂电气改造中的应用进行探讨，希望为污水处理厂的未来发展提供一定的参考意见。

1 变频器设备的工作原理以及应用意义

变频器设备主要是在电力半导体器件的通断作用之下，将工频电源转换为另一频率的电能对装置进行控制，进而实现对交流异步电机的软启动、变频调速、提升运转井段、转变功率参数、过流保护、过压保护以及过载保护等功能。变频器设备在电气改造中的作用主要是通过改变交流电机供电频率与幅值，进而使其运动磁场周期发生改变，实现平滑控制电动机转速的目的[1]。正因为变频器设备的投入使用，使得原来较为复杂的调速控制更为简便化，利用“变频器+交流电动机”的组合便可替换传统大部分的只能使用直流电动机完成的工作，并且其体积更小，故障率更低，使得传动技术发展迈向了新的台阶。

变频器设备的节能效用在风机、水泵中的应用表现得最为明显。实质上，为确保生产活动的可靠性，各类生产机械在设计之初对于配用动力驱动的考虑时，都会预留一定的富余量，在电机无法满负荷运行时，除非达到了动力驱动要求，否则多余的力矩会增加有功功率的效率，对电能是一种极大的浪费。在风机、泵类设备的使用当中，为调节其风量与给水量，传统的调节方式是对其出入口的挡板、阀门开合度进行调节，由于输入功率大并且在挡板、阀门的截流工作中会消耗大量能源。而使用变频器设备对其进行改造，便可利用变频器去降低泵和风机的转速，进而实现减小流量的目的。

基于流体力学的角度进行分析，P(功率)=Q(流量)×H(压力)，其中流量Q与转速N的一次方成正比例关系，压力H与转速N的平方成正比例关系，那么可得知功率P与转速N的立方成正比例关系，倘若水泵的效率不变，那么所需要的流量进行下降调节时，其转速N也应成比例下降，此时的轴输出功率P则会成立方关系下降，具体来讲也即是水泵电机的耗电功率与转速相近于立方比关系，因此当流量Q要求减少时，可按照比例利用变频器设备对其转速N进行降速调节[2]。此时，电动机功率P则会大幅降低，要比传统的挡板、阀门调节更为节能，从而有效节省电能投入成本。

2 变频器设备在污水处理厂电气改造中的具体应用

2.1 变频器设备在潜水泵中的应用

潜水泵是一种用于深井提水的关键设备，在具体使用工作中需要将整个潜水泵机组潜入水中，利用其将地下水提取至地表，在生活用水、工业冷却、矿山抢险等工作中都有着广泛的应用。随着近年来我国对于污水处理工作的重视度逐渐提高，潜水泵也被应用于具体的污水处理工作当中。从我国的污水处理工作实情来看，有相当大一部分的污水是直接排放到了地下水系统中，为了将污水提取出来，需要使用潜水泵设备。然而，潜水泵在工频状态下启动时，电流带来的冲击非常大，极易产生电网电压波动，潜水泵启动瞬间的急扭与停止瞬间出现的水锤现象，都很有可能导致管道松动或破裂，甚至还会直接损坏电机，并且电机在启停时需要开关阀门去减小水锤带来的影响，这样一来工作强度会增大，而且难以达到工艺要求。

随着科学技术的快速发展，变频器设备也逐渐被应用到了潜水泵当中，有效地解决了以往难以解决的问题。将变频器设备安装在潜水泵上之后，工作人员便可在进行污水提取时，结合具体的需求对电机的运行与停止进行调整，有效解决了之前的急扭与水锤现象带来的不良影响。通常来讲，在污水处理流向较小时，可利用变频器设备的调节功能去适度降低潜水泵的转速，这样一来能够避免潜水泵像以往那样一直处于高负荷的运转状态，有效延缓了电机的老化，使其能够使用更长的时间，并且提升了污水处理厂的工作效率，减少了后期的维护成本，提升经济效益[2]。此外，变频器设备的应用，还能够减小潜水泵启动时对机械造成的冲击，降低设备损坏率，同时能够充分发挥节能减排的效果，这与国家的“环境友好型”“可持续发展”理念相符。由此可见，变频器设备对污水处理厂电气改造中潜水泵的应用有着非常重要的现实意义，所发挥的作用也较为显著。

2.2 变频器设备在鼓风机中的应用

在污水处理厂电气设备中，鼓风机同样是其中最重要的设备之一，在具体的污水处理工作中发挥着重要的作用。通常来讲，鼓风机在污水处理厂的作用主要有两个方面，（1）利用鼓风机将压缩空气经过管道送到曝气池，让空气当中的氧在污水中溶解，为活性淤泥中的微生物提供补给，这样一些微生物便能够更好地适应生存环境，进而发挥其净水效果；（2）利用鼓风机的工作，能够实现良好的通风效果。在具体的污水处理工作当中，通常会产生各种各样的生化反应，极有可能释放产生毒性气体，如沼气或其他的分解气体，这部分气体通常味道难闻，对工作人员的工作造成巨大影响，并且会对人体的生命健康造成威胁，因此需要利用鼓风机对污水处理现场进行通风，改善污水处理工作环境。然而，在鼓风机的使用当中仍然暴露出来一些问题，其在工频状态下启动时，所带来的电流冲击较大，同样会产生电网电压波动，并且在鼓风机风压一定时，其风量仅能够通过增减鼓风机数量与出气阀进行调节，实际工作中则大部分是通过对出气阀门进行调节去增加管道阻力而实现对风量的控制，所以在阀门上浪费过多的能量。

随着变频器设备在鼓风机中的应用，有效提升了其使用效率，将变频器设备安装在鼓风机的控制柜上，能够有效减少电机启动瞬间对电网造成的冲击，能够延长设备的使用寿命。此外，利用变频器设备强大的调节功能，能够对鼓风机的参数进行适度调节，进而改变鼓风机的风量，能够结合实际的需求对污水中的氧气含量进行精准的调节与改变，有效提升污水处理的工作效率。同时，变频器设备的应用，使得污水处理工作的自动化进一步提升，节约了大量的人力、物力以及财力的投入，有效助推污水处理厂的发展。由此可见，变频器设备对污水处理厂电气改造中鼓风机方面的应用极为重要，能够发挥着非常大的效能。

2.3 变频器在污水处理厂其他设备中的应用

除了上述在潜水泵与鼓风机中的应用之外，变频器设备在污水处理厂电气改造的其他设备中也有着广泛的应用，同时也发挥中良好的效果。（1）变频器在旋流沉砂搅拌器中的应用，实现了对水流产生旋转速度的有效调节，能够更好实现沉砂目的。（2）采用机械曝气的二级处理工艺曝气，其设备表曝气机通常采用曝气池污泥混合液的溶解氧DO值作为参数对变频器设备调速装置进行调节，以此对曝气池的曝气量进行调节。（3）污水处理中的深度处理工艺，所需要用到的设备有混凝沉淀池刮泥机、滤站反冲洗水泵、加氯加药间加药泵、出水泵站出水泵等等，都可利用变频器设备对其进行改造，进而满足工艺要求，发挥节能效果[3]。（4）污水处理厂中的污泥处理工艺，会用到的设备主要有离心浓缩机、离心脱水机、进泥泵、加药泵等等，通过变频器设备的安装控制，能够大大提升其脱水效果与节能效果。

3 变频器设备在污水处理厂电气改造中的应用效果

污水处理厂电气改造中应用变频器设备之后，不仅能够将过去繁复的人工操作自动化，同时也有效消除了许多不安全的隐患元素，使得整个污水处理系统都处在节能状态下，有效延长了设备的使用寿命，降低了故障发生概率，更为符合当前生产的实际需求。

从实际情况来看，我国属于一个能源短缺的国家，在各项生产活动中都需要提高对节能的重视。《中国节能技术大纲》中有明确指出，水泵、风机类设备应最大限度发挥出节能的效用，而这两样设备在污水处理厂的生产中极为关键，所以节约能源、降低消耗要成为当前污水处理厂工作的重要指导理念。通过利用变频器设备对于污水处理厂的电气设备系统进行改造，变频调速技术能够实现无极调速，更好地满足污水处理工作中的对电机速度的控制要求，保障整个工艺流程的稳定性，同时实现了节约能源的重要目标。此外，相关电气设备在应用变频技术之后，其启停次数大幅减少，不仅延长使用寿命，也能够解决工程实际运行与设计不相符所带来的运行偏差，有效协调了各个工艺间的关系匹配，发挥了重要的调节作用，有着非常明显且良好的应用效果。

4 结语

综上所述，现如今人们对于环境保护问题一直保持着热切的关注度，相关职能部门对于污水处理厂的监管力度也在逐步加大，污水处理厂对于自身的要求也越来越高，对技术工艺的控制要求也越来越精。随着新技术、新设备、新工艺的出现，污水处理厂对于工作经济性与效率性有了更高的追求，在今后的电气改造中需要用到变频器的设备将会越来越多。

[1]张海亮.谈变频器在污水处理厂电气改造中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2013（13）：5-10.

[2]沈勤，贾利明，黄国贤.变频器在污水处理厂电气改造中的应用[J].中国高新技术企业，2012（3）：134-135.

[3]刘用林，李爱民.变频器在中小城市污水处理厂运行调节和节能改造中的应用[J].中州建设，2012（20）：72-73.

Application of frequency converter in electrical renovation of sewage treatment plant

Xing Weidong
(Zhengzhou Dongxing Environmental Protection Energy Co.,Ltd., Zhengzhou 451470, China)

All sorts of use of motor driven equipment are widely used in sewage treatment plant, through the modification of electrical equipment, this article introduces the frequency converter device, which has played a key role in controlling of water flow, reducing energy consumption and extending equipment life.

frequency converter; sewage treatment plants; electric transformation

邢卫东（1983— ），男，河南鹿邑人，工程师，学士；研究方向：电气工程。