變頻器在污水處理系統中的應用

王新青

摘要：污水處理是鋼鐵企業的重要輔助設備，供排水車間污水處理站主要負責生產污水回收處理，污水池水量由于生產變化而實時變化，針對原污水池水泵電機控制系統的不適應性，應用變頻器調速平滑、易于構成閉環控制，高效節能的特點，對供排水車間污水處理站水泵電機的控制作了改造，達到了改進工藝、降低工人勞動強度、節能減排的目的。

關鍵詞：污水處理；變頻調速；改造

1 污水處理站的工藝流程及存在的問題

1.1 工藝流程簡介

昆鋼污水處理站主要負責生產過程中產生的生產廢水，經片區的污水干道、污水管道全部回收到污水處理站的污水池，再用水泵抽到污水凈化系統進行加藥、澄清處理后，加壓送入生產水系統，污水處理再利用，降低生產成本、加大資源再利用、減少環境污染。污水不允許外排，正常情況下每小時回收污水大約為3000--4000m3左右。

1.2 原系統存在的問題

污水處理站是建在螳螂川邊，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圍環境，造成環境污染事故，受到環保部門的處罰，同時又造成資源浪費。由于用水量不均衡，所排的污水量實時變化，污水處理站回收污水量已隨著變化。需要值班人員隨時觀察污水水位，并手動調節出口閥門來提高或減少抽水量，以保證污水池液面始終處于正常液面位置，不至于漫水或水位低，水泵進空氣。水泵的起動、停止均由人工控制，自動化程度過低。

1.3 水泵直接起動對電網、電機、水泵、管道造成的危害

水泵直接起動時的大電流在電機定子線圈上產生很大的沖擊力，沖擊電流導致電機繞組產生大量的熱量，損傷繞組絕緣，減少電機壽命，電機直接全壓起動時的起動轉矩約為額定轉矩的2倍，電機起動時，水流會在很短的時間內達到全速，在遇到管路拐彎時，高速的水流沖擊到管壁上，產生很大的沖擊力，形成水錘效應，至使管道破壞；水泵直接起動時電機速度上升很快，潤滑油不能及時到位，引起軸承干磨，降低其使用壽命；水泵電機容量較大，直接起動時引起電網電壓急劇下降.

2 污水處理站的變頻改造

經過工程技術人員的論證，決定采用以變頻調速為核心的變頻恒壓供水調速系統對污水處理站的工藝進行改造。通用變頻器問世以來，變頻技術在各個領域得到了廣泛的應用，其中，以變頻調速為核心的變頻恒壓供水調速系統實現水泵電機無級調速，依據水量、水壓的變化自動調節系統的運行參數，總的來說體現在“提高效率、節省資源、降低污染”上；由于整個工藝流程都是在PLC程序控制下運行的，自動控制整個工藝流程，大大提高了工作效率；擁有自動報警、自動監控、自動補償等多種自律功能，因而可實現長時間無人看管，降低了人員的勞動強度，還可節省了人力資源。

3 改造后污水處理變頻控制原理分析

3.1改造后電氣控制系統

系統改造時主要考慮了節能及自動化的要求，運用了自動節能、PID、PLC及RS485通訊接口等功能，可以方便與電腦或總線進行通訊，方便值班人員操作及監控。

污水處理系統是將污水池的水抽到污水處理池（低處的水抽到高處）中澄清處理，所以要保證水泵的出口壓力要恒定，能滿足生產工藝的需要，在水泵的出口管道上裝一個壓力傳感器，根據壓力傳感器反饋的信號，使水泵轉速始終工作在變頻器設定的下限頻率和上限頻率之間，保證水泵的出口壓力恒定。液位傳感器是監測污水池水位，并將信號及時反饋給PLC，由PLC根據污水水位高低來控制水泵（電機）的啟停和轉速。

正常啟動按下啟動按鈕，PLC給出信號KM線圈得電，KM觸頭閉合，變頻器得電以初始頻率25Hz帶動電機運行。在運行的過程中，液位傳感器的信號反饋到PLC，經過運算比對后給出信號到變頻器調整運行頻率，實現平滑調速、自動調節污水池水位。

3.2 工作原理

3.2.1 壓力變送器及水液位傳感器，將管道壓力的變化信號和水池液面的液位信號送入可編程序控制器，信號經過處理后與設定的壓力信號進行比較運算產生邏輯控制信號與頻率設定信號，得出最佳參數由可編程序控制器控制變頻器和水泵組實現整個系統的連續運行，對三臺水泵實行軟啟動、軟切換及兩臺變頻運行，根據污水量的變化，系統可自動確定水泵投入臺數及電機轉速，實現循環運行，提高系統的穩定性及供水質量。

3.2.2系統有兩套由變頻器和水泵組成的變頻泵（1用1備），另有由兩臺軟起動器和3臺水泵組成的定量泵（可切換）。系統正常啟動后，當污水池液面高于設定值時，傳感器將信號反饋給PLC，PLC經過運算比較后，輸出控制信號啟動其中一臺變量泵，如果軋鋼、煉鋼過來的污水進入水池的量較大，變頻器輸出頻率為50Hz，變頻泵轉速達到最高，此時若污水池液面還高于設定液面，控制器將通過軟啟動器另起動一臺定量泵，由一臺定量泵和一臺變量泵同時供水，經過變頻泵的調節，如污水池液面仍高于設定值，控制器以同樣的方式將起動下一臺定量泵，直至滿足排水要求。

3.2.3 當污水池液面下降，變頻泵轉速降到設定的下限頻率時，控制器自動停止最后運行的定量泵，并根據液面情況自動調整變頻泵轉速，使污水池液面始終處于設定值范圍內。這樣，每臺定量泵的啟動均經軟起動器控制，全部機組實現循環軟啟動，管道的壓力始終處于穩定狀態。當污水池液面低于設定值時，則控制器完全停止各泵工作。

4 改造后效果分析

4.1 改造后污水處理站供水系統能自動24小時維持恒定壓力（水位），根據監測信號自動啟動備用泵，無級調整電機轉速來改變水泵的抽水量。改造后至今沒有發生過污水漫人螳螂川的污染事故，達到全量回收污水處理的目標。

4.2 改造后系統保證了水管壓力變動平緩，減少對電機、水泵的沖擊，消除了啟動和停機時的水錘效應，延長了管道、電機及水泵的使用壽命，減少了設備的維修，根據污水量的變化來調節水泵轉速，使水泵始終工作在高效區，當系統零流量時，機組進入休眠狀態，水泵停止，流量增加后才進行工作，節能效果明顯。

5 結束語

污水處理系統變頻改造后，降低了生產成本，污水處理系統的控制操作方便。變頻器的加速和減速可根據工藝要求自動調節，控制精度高，能保證生產工藝穩定，提高了工作效率，節約了資源。

參考文獻：

[1]李道霖《電氣控制與PLC原理及應用》電子工業出版社 2005

[2]曾毅《變頻調速系統的設計與維護》山東科學技術出版社 2003