1 引言

　　廢水生物處理技術中的批式活性污泥法又稱SBR法，是一種簡快速且低耗的污水處理工藝，具有工藝簡單、效率高、脫氫除磷效果好，防止污泥膨脹性能強，耐沖擊負荷和處理能力強等優(yōu)點，非常適用于水質變化大的中小城鎮(zhèn)的生活污水處理，以及易生物降解的工業(yè)廢水處理。

　　目前由于化學需氧量COD濃度在線檢測儀器的出現(xiàn)，將COD濃度作為重要的工藝參數(shù)，系統(tǒng)通過在線檢測COD的濃度值來調節(jié)曝氣量，以保證出水質量，節(jié)省運行費用。

2 SBR法污水處理過程分析

　　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，懸浮物少時可不設置。污水和回流的活性污泥一起進入曝氣池形成混合液，通過羅茨風機充入空氣，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?；旌弦褐械膽腋」腆w在沉淀池中沉淀下來和水分離，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)的控制方法是時間程序控制，即按照規(guī)定的時間和順序進行：

　　· 充水（打開進水電動閥）：7h

　　· 曝氣（開啟羅茨風機）：1.75h

　　· 攪拌（接通攪拌電機）：1.25h

　　· 沉淀：1.5h

　　· 排水（打開電磁閥）：0.5h

　　從充水開始到排水結束為一個周期。在一個周期內，通過曝氣、停氣使充氧/缺氧狀態(tài)相互交替進行。在分解污水中含碳化合物（以COD為代表）的同時，相繼進行含氮化合物的硝化和反硝化，最終達到脫碳、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)污水中有機物的濃度往往是隨時間變化的，如果按固定的反應時間控制SBR法污水處理系統(tǒng)的運行，則既浪費能源又容易發(fā)生污泥膨脹。如時間設置不合適，還將影響處理效果。

3 曝氣量的變頻調速控制設計

　　化學需氧量COD是一個重要的工藝參數(shù)，如控制系統(tǒng)在污水處理過程中，在線檢測COD的值來調節(jié)曝氣量，使整個反應過程的化學需氧量COD處于適當?shù)姆秶@樣既能保證出水質量，又能節(jié)省運行費用。

　　圖2為一種西門子變頻器與PLC相結合實現(xiàn)PID調節(jié)的變頻調速的風機控制系統(tǒng)，其中EM235為PLC模擬量I/O擴展模塊。其工作過程是：系統(tǒng)在線檢測的COD值，送入PLC模塊后，進行PID的運算，其模擬量輸出作為變頻器的輸入，控制變頻調速，來達到調整風機轉速，從而實現(xiàn)曝氣量的調節(jié)控制。

　　圖3給出了本例實現(xiàn)PID控制的流程圖。

4 變頻調速的節(jié)電分析

　　由圖1可知，調節(jié)曝氣量的大小，可采用調節(jié)風門控制風量和調節(jié)風機轉速控制風量兩種方法。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為風機在恒速下的風壓-風量（H-Q）特性曲線;曲線2為恒速下的功率一風量（Ps一Q）特性曲線;曲線3為管網(wǎng)風阻特性（風門全開）。

　　設風機在設計時工作在A點，效率最高，此時輸出風量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。

　　當需要調節(jié)風量時，例如，所需風量從100%減少到額定風量的50%，即從Q1減少到Q2時，如采用調節(jié)風門的方法來調節(jié)風量，使管網(wǎng)阻力曲線由曲線3變?yōu)榍€4。就是說，減小風門開度增加了管網(wǎng)阻力。此時，系統(tǒng)的工作點由原來的A點移至B點?？梢钥闯?，風量雖然降低了，但風壓增加了，軸功率Ps2與面積BH2 OQ2成正比，它與Ps1相比，減少不多。

　　如果采用調節(jié)轉速來調節(jié)風量的方法，風機轉速由原來的n1降到n2。根據(jù)風機參數(shù)的比例定律，可以畫出在轉速n2下的風壓一風量（H—Q）特性曲線5，風機工作在C點。可見，在滿足同樣風量Q2的情況下，風壓將大幅度降低到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，用調速的方法來減少風量的經(jīng)濟效益是十分顯著的。

　　由流體力學可知，風量Q與轉速n的一次方成正比，風壓H與轉速n的平方成正比，軸功率Ps與轉速n的三次方成正比。即：

　　Q∝n H∝n2 Ps∝n3

　　當所需風量減少，風機轉速降低時，其功率按轉速的三次方下降。如所需風量為額定風量的80%，則轉速也下降為額定轉速的80%，而軸功率下降為額定功率的51.2%;當所需風量為額定風量的50%時，軸功率可以下降為額定功率的12.5%。當然，轉速降低時，效率也會有所降低，同時還應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?？捎^的。另一方面，使用通用變頻器來改變轉速后，當風機轉速下調10%時，則風機輸出功率下降到額定功率的73%;當風機轉速下調20%時，則風機輸出功率下降到額定功率的51%?？梢姂米冾l器技術調速又比普通調速來控制曝氣量的大小其節(jié)電效果更加顯著。

5 結束語

　　本例采用變頻調速技術與PLC相結合進行曝氣量的調節(jié)控制，既保留了PLC控制系統(tǒng)可靠、靈活、適應能力強等特點，又提高了控制系統(tǒng)的智能化程度。

　　本文作者的創(chuàng)新點在于，利用了變頻器與PLC相結合，對風機的曝氣量實現(xiàn)了精確的PID調節(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，而且對于進一步實現(xiàn)各種活性污泥法的實時控制提供了一較為理想的控制方案。

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