污水處理生物轉盤耗電分析及改進

溫志軍

（北京中燕通科技開發有限公司，北京 102599）

0 引言

生物轉盤采用變頻控制后，輸出的電流和電壓和普通的50 Hz 的電網電壓不同，普通的測量手段無法測量生物轉盤變頻器輸出側的耗電功率。利用生物轉盤的變頻器本身自帶的輸出功率測量能力，對實際輸出到變頻器的電功率進行測量。判斷出生物轉盤在各個工況下的耗電特性，為生物轉盤的設計和制造提供理論依據。測量某一種處理量500 t/d 的生物轉盤的數據，電機功率是4 kW。

1 生物轉盤耗電單元的組成及分析

生物轉盤的耗電主要是由電控系統耗電、變頻器耗電、電機耗電等主要部分組成。由此，測試的思路是先核算出變頻器的平均效率，再測量出生物轉盤變頻器在各個頻率時候的輸出功率，再加上電控系統的耗電，由此就能推算出，生物轉盤的實際耗電值。

1.1 電控柜控制系統耗電和變頻器輸出效率的測量

（1）220 V 控制系統耗電和變頻器空載耗電。生物轉盤的啟停和各種信號的記錄傳輸需要有控制系統來控制，一般是由觸摸屏和PLC 來組成控制系統。由于控制系統耗電太小，普通的測量儀表無法測量出來，采用低量程的電流表和電壓表同時測量的辦法來大致測量生物轉盤控制系統的耗電。生物轉盤電控柜平均耗電為88.907 8 W，每臺變頻器空載平均耗電：25.654 8 W。由此可以看出，生物轉盤的電控系統，在正常情況下，單是PLC、觸摸屏和變頻器的耗電是很少的。

（2）根據不同頻率下變頻器的輸出效率。變頻器的輸出功率隨輸出頻率的增加而增加，是正相關的。同樣的輸出頻率下，變頻器的輸出功率隨生物轉盤的膜的厚度增加而增加，是正相關的，而且變化很大。

1.2 各工況下生物轉盤變頻器輸出功率測量

（1）生物轉盤氧化槽有水、生物轉盤盤片掛膜比較薄的情況下的輸出功率測量。這種方式測量的是污水半浸沒轉盤，生物轉盤盤片掛膜比較薄的情況下的各頻率耗電情況。

（2）生物轉盤氧化槽無水。電機只是帶動轉盤空轉，耗電很少，但是由于瞬時值變化很大，在測量中取測量的最大值和最小值做平均來作為最終的測量值。轉盤電機負載比較輕的情況下，變頻器的效率一直都是很低的。

（3）生物轉盤氧化槽有水、同時生物轉盤的掛膜異常的厚（遠高于正常值）。電機耗電能力急劇增加，甚至到30 Hz 的時候，變頻器輸出的功率已經達到電機的額定功率4 kW。

（4）生物轉盤氧化槽有水、同時生物轉盤的掛膜正常的厚（正常值）。生物轉盤的電機耗電比掛膜比較薄的時候要耗電高很多。以15 Hz 舉例來說，這時候生物轉盤的耗電是掛膜比較薄的時候的2.4倍左右。而且當運行頻率高于（30～35）Hz 的時候，電機的輸出功率已經超過電機的額定功率4 kW。

（5）生物轉盤氧化槽有水、同時生物轉盤的掛膜的厚度正常，生物轉盤是全浸沒厭氧式的情況。雖然掛膜厚度正常，但是運行的功率消耗并不很大。比如在10 Hz 時，半浸沒的功率是0.625 kW，全浸沒的是0.620 kW。比如在15 Hz 的時候，半浸沒的功率是1.100 kW，全浸沒的是0.630 kW。而且，在50 Hz 時，全浸沒的生物轉盤功率消耗也很小，這得益于轉盤全部浸泡到水里后，浮力使得轉盤負載很輕的原因。

1.3 由測量結果可以得出的生物轉盤設計的改進建議

（1）電控系統耗電和變頻器空載耗電的提示。電控系統耗電很小，基本上可以忽略不計。變頻器空載耗電也比較小，加上變頻器的就地功率因數補償的好處，變頻器的空載耗電基本上也可以忽略不計。

（2）生物轉盤掛膜厚度對轉盤耗電的影響和通過耗電測量掛膜厚度的方法和經驗公式。由于生物轉盤的盤片數量較多，表面積較大，所以生物轉盤的盤片掛膜的多少直接和顯著地影響著生物轉盤的耗電。甚至可以通過測量在一定頻率下的生物轉盤的耗電功率來代替測量生物轉盤的盤片掛膜厚度。有了這個參數將對合理的控制和調整生物轉盤的生化條件和轉速提供可靠的控制依據。

通過表1 對比掛膜比較薄的和掛膜異常厚的生物轉盤在各個頻率下的輸出功率，發現兩者之間是很有規律的。由于生物轉盤的掛膜結構復雜并且不規則，是很難測定的，不需要十分精確的測量。所以，可以假定掛膜比較薄的轉盤的掛膜厚度是0.5 mm，掛膜異常厚的轉盤的厚度是4.0 mm。由此可以總結在各個頻率下通過測量輸出功率來計算掛膜厚度的經驗公式見表1。

至此，輸出功率可以通過變頻器的參數測量出來。

表1 生物轉盤掛膜厚度公式

（3）生物轉盤減速機的減速比對生物轉盤耗電的影響。通過測量的試驗數據可以看出，生物轉盤的電機的變頻器的輸出效率隨著輸出功率的提高而增加。假如把生物轉盤的減速比提高一倍，把電機減小到2.2 kW。那么在保證轉盤運行到原來的速度的情況下，由于效率的提高，能推算出轉盤的耗電情況見表2。

表2 轉盤的耗電情況

在轉盤原來正常生產經常使用的轉速下，也就是4 kW 電機和減速器的（10～15）Hz 的情況下，會節電15%左右。但是，這樣轉盤的最大的輸出轉速也會下降1/2，并且實際節電能力有限。建議不更改電機的功率，只增加一倍減速器的加速比。這樣既能節電15%又能獲得較大的力矩來使用，可以避免電機拖不動轉盤的現象發生。

（4）對其他類型生物轉盤的數據的推算方法。比如轉盤盤片的數量增加或減少，相應的耗電功率就會增加和減少。另外，生物轉盤的半浸沒和全浸沒狀態也會導致盤片與污水的作用力變化，以此做為基準進行相應的計算即可。

1.4 一些有用的測量結果和經驗公式

通過這次測量總結了一些有用的生物轉盤的數據和經驗公式，表述如下：生物轉盤電控柜平均耗電：88.907 8 W，每臺變頻器空載平均耗電：25.654 8 W。掛膜正常情況生物轉盤的耗電是掛膜很薄或沒有膜的時候的2.4 倍左右。通過測量變頻器的輸出功率和運行頻率，并且和已知的測量數據對比，能夠知道生物轉盤掛膜厚度。氧化槽有水掛膜很薄情況下，5 Hz 的耗電是0.372 kW，10 Hz 的耗電是0.377 kW，15 Hz 的耗電是0.610 kW。掛膜正常的轉盤在10 Hz 時候的耗電是0.829 kW，在15 Hz時候的耗電是1.464 kW。變頻器輸入功率（生物轉盤耗電）=變頻器輸出功率/（0.099 4×變頻器輸出功率+0.515 2）。

2 結束語

在正常掛膜和轉速下，轉盤減速器變比增加1 倍，會節電15%左右和增加1 倍的轉動力矩。這樣可以解決有的時候掛膜比較偏，轉盤電機轉動力矩不夠，無法拖動轉盤轉動的情況。同時由于電機自身的轉速比較高，轉盤的電機不再需要變頻電機，只需要普通電機即可。這樣會減少制造成本和變頻電機風扇經常損壞而帶來的維修和保養費用。