污水处理生物转盘耗电分析及改进

温志军

（北京中燕通科技开发有限公司，北京 102599）

0 引言

生物转盘采用变频控制后，输出的电流和电压和普通的50 Hz 的电网电压不同，普通的测量手段无法测量生物转盘变频器输出侧的耗电功率。利用生物转盘的变频器本身自带的输出功率测量能力，对实际输出到变频器的电功率进行测量。判断出生物转盘在各个工况下的耗电特性，为生物转盘的设计和制造提供理论依据。测量某一种处理量500 t/d 的生物转盘的数据，电机功率是4 kW。

1 生物转盘耗电单元的组成及分析

生物转盘的耗电主要是由电控系统耗电、变频器耗电、电机耗电等主要部分组成。由此，测试的思路是先核算出变频器的平均效率，再测量出生物转盘变频器在各个频率时候的输出功率，再加上电控系统的耗电，由此就能推算出，生物转盘的实际耗电值。

1.1 电控柜控制系统耗电和变频器输出效率的测量

（1）220 V 控制系统耗电和变频器空载耗电。生物转盘的启停和各种信号的记录传输需要有控制系统来控制，一般是由触摸屏和PLC 来组成控制系统。由于控制系统耗电太小，普通的测量仪表无法测量出来，采用低量程的电流表和电压表同时测量的办法来大致测量生物转盘控制系统的耗电。生物转盘电控柜平均耗电为88.907 8 W，每台变频器空载平均耗电：25.654 8 W。由此可以看出，生物转盘的电控系统，在正常情况下，单是PLC、触摸屏和变频器的耗电是很少的。

（2）根据不同频率下变频器的输出效率。变频器的输出功率随输出频率的增加而增加，是正相关的。同样的输出频率下，变频器的输出功率随生物转盘的膜的厚度增加而增加，是正相关的，而且变化很大。

1.2 各工况下生物转盘变频器输出功率测量

（1）生物转盘氧化槽有水、生物转盘盘片挂膜比较薄的情况下的输出功率测量。这种方式测量的是污水半浸没转盘，生物转盘盘片挂膜比较薄的情况下的各频率耗电情况。

（2）生物转盘氧化槽无水。电机只是带动转盘空转，耗电很少，但是由于瞬时值变化很大，在测量中取测量的最大值和最小值做平均来作为最终的测量值。转盘电机负载比较轻的情况下，变频器的效率一直都是很低的。

（3）生物转盘氧化槽有水、同时生物转盘的挂膜异常的厚（远高于正常值）。电机耗电能力急剧增加，甚至到30 Hz 的时候，变频器输出的功率已经达到电机的额定功率4 kW。

（4）生物转盘氧化槽有水、同时生物转盘的挂膜正常的厚（正常值）。生物转盘的电机耗电比挂膜比较薄的时候要耗电高很多。以15 Hz 举例来说，这时候生物转盘的耗电是挂膜比较薄的时候的2.4倍左右。而且当运行频率高于（30～35）Hz 的时候，电机的输出功率已经超过电机的额定功率4 kW。

（5）生物转盘氧化槽有水、同时生物转盘的挂膜的厚度正常，生物转盘是全浸没厌氧式的情况。虽然挂膜厚度正常，但是运行的功率消耗并不很大。比如在10 Hz 时，半浸没的功率是0.625 kW，全浸没的是0.620 kW。比如在15 Hz 的时候，半浸没的功率是1.100 kW，全浸没的是0.630 kW。而且，在50 Hz 时，全浸没的生物转盘功率消耗也很小，这得益于转盘全部浸泡到水里后，浮力使得转盘负载很轻的原因。

1.3 由测量结果可以得出的生物转盘设计的改进建议

（1）电控系统耗电和变频器空载耗电的提示。电控系统耗电很小，基本上可以忽略不计。变频器空载耗电也比较小，加上变频器的就地功率因数补偿的好处，变频器的空载耗电基本上也可以忽略不计。

（2）生物转盘挂膜厚度对转盘耗电的影响和通过耗电测量挂膜厚度的方法和经验公式。由于生物转盘的盘片数量较多，表面积较大，所以生物转盘的盘片挂膜的多少直接和显著地影响着生物转盘的耗电。甚至可以通过测量在一定频率下的生物转盘的耗电功率来代替测量生物转盘的盘片挂膜厚度。有了这个参数将对合理的控制和调整生物转盘的生化条件和转速提供可靠的控制依据。

通过表1 对比挂膜比较薄的和挂膜异常厚的生物转盘在各个频率下的输出功率，发现两者之间是很有规律的。由于生物转盘的挂膜结构复杂并且不规则，是很难测定的，不需要十分精确的测量。所以，可以假定挂膜比较薄的转盘的挂膜厚度是0.5 mm，挂膜异常厚的转盘的厚度是4.0 mm。由此可以总结在各个频率下通过测量输出功率来计算挂膜厚度的经验公式见表1。

至此，输出功率可以通过变频器的参数测量出来。

表1 生物转盘挂膜厚度公式

（3）生物转盘减速机的减速比对生物转盘耗电的影响。通过测量的试验数据可以看出，生物转盘的电机的变频器的输出效率随着输出功率的提高而增加。假如把生物转盘的减速比提高一倍，把电机减小到2.2 kW。那么在保证转盘运行到原来的速度的情况下，由于效率的提高，能推算出转盘的耗电情况见表2。

表2 转盘的耗电情况

在转盘原来正常生产经常使用的转速下，也就是4 kW 电机和减速器的（10～15）Hz 的情况下，会节电15%左右。但是，这样转盘的最大的输出转速也会下降1/2，并且实际节电能力有限。建议不更改电机的功率，只增加一倍减速器的加速比。这样既能节电15%又能获得较大的力矩来使用，可以避免电机拖不动转盘的现象发生。

（4）对其他类型生物转盘的数据的推算方法。比如转盘盘片的数量增加或减少，相应的耗电功率就会增加和减少。另外，生物转盘的半浸没和全浸没状态也会导致盘片与污水的作用力变化，以此做为基准进行相应的计算即可。

1.4 一些有用的测量结果和经验公式

通过这次测量总结了一些有用的生物转盘的数据和经验公式，表述如下：生物转盘电控柜平均耗电：88.907 8 W，每台变频器空载平均耗电：25.654 8 W。挂膜正常情况生物转盘的耗电是挂膜很薄或没有膜的时候的2.4 倍左右。通过测量变频器的输出功率和运行频率，并且和已知的测量数据对比，能够知道生物转盘挂膜厚度。氧化槽有水挂膜很薄情况下，5 Hz 的耗电是0.372 kW，10 Hz 的耗电是0.377 kW，15 Hz 的耗电是0.610 kW。挂膜正常的转盘在10 Hz 时候的耗电是0.829 kW，在15 Hz时候的耗电是1.464 kW。变频器输入功率（生物转盘耗电）=变频器输出功率/（0.099 4×变频器输出功率+0.515 2）。

2 结束语

在正常挂膜和转速下，转盘减速器变比增加1 倍，会节电15%左右和增加1 倍的转动力矩。这样可以解决有的时候挂膜比较偏，转盘电机转动力矩不够，无法拖动转盘转动的情况。同时由于电机自身的转速比较高，转盘的电机不再需要变频电机，只需要普通电机即可。这样会减少制造成本和变频电机风扇经常损坏而带来的维修和保养费用。