变频器在污水处理曝气控制中的应用

典型的污水处理过程包括三个主要阶段:(1)机械处理阶段，(2)生物处理阶段，最后(3)氯化和过滤阶段;变频器(vfd)可以在每个阶段使用。生物处理是最关键的部分，因为这是让好氧细菌消耗污水中的有机物的地方。这发生在曝气池中，通过增加水中可用的氧气量，细菌被迫以高度加速的速度繁殖和生长，因此，鼓风机被用于向曝气池中吹入空气。

曝气过程

好氧细菌要完成它的工作，需要两种资源，一是呼吸和繁殖的空气，二是消耗的有机物或食物。当曝气鼓风机将空气输送到盆地时，结果以水中溶解氧(DO)增加的形式存在。根据进水特点、曝气池规模和污水流量确定曝气池DO的最佳范围。

如图1所示，向曝气池提供适量的空气至关重要;空气的减少会导致细菌的生长速度减慢，现有的细菌将无法消耗流经曝气池的全部有机含量，导致处理不完全。如果引入的空气更少，或者根本没有空气，细菌就会消耗掉盆里所有的DO而死亡。在这种情况下，污水处理过程停止，直到重新开始处理，细菌再次聚集，这个过程可能需要几个星期。

另一方面，过多的空气也不好，尽管过多的空气会保证足够的细菌生长;这个操作不会是节能的。此外，如果向盆内注入过多的空气，细菌的生长就会超出可接受的限度，盆内的有机物会被过快消耗，细菌就会饿死，也会停止这一过程。

传统曝气控制

典型的曝气控制策略是基于比例、积分、导数(PID)控制回路。控制器可以是可编程逻辑控制器(PLC)，分布式控制系统(DCS)，甚至是独立的PID控制器。

图2所示的传统回路使用DO探针和变送器组合来测量盆地中存在的氧气量;将其与DO设定点(通常在2.0至4.5 ppm之间)进行比较，并计算所需的控制输出，该输出应用于流量控制阀，以调节流入水箱的空气量，从而改变水池中的DO。

这种方法已被证明能够将DO值保持在可接受的范围内，但它无法满足现代工厂的低能耗要求，因此，变频驱动器作为传统流量控制阀的更有效替代方案进入曝气控制。

VFD通风控制

当实施这一策略时，流量控制阀从系统中移除，变频器通常作为工厂电机控制中心(MCC)的一个组成部分提供，接收控制器的输出信号(通常为4-20 mA)，然后改变风机的速度。图3说明了这种策略。

变频器将输入的固定电压和频率的电源转换为可变电压和频率。同样的概念是基础，以改变电机的速度，而不需要可调的滑轮或传动装置的变化。

通过使用变频器节省的能源来源于亲和力定律，该定律指出:

• 流量与轴速成正比。
• 压头(压力)与轴速的平方成正比。
• 功率与轴速的立方成正比。

将低亲和力应用于离心风机或鼓风机的功耗曲线，表明流量控制阀策略在同一工作点可以节省的能量;图4显示了在流量降低20%的情况下，节能近50%。同样的规则适用于正排量鼓风机，但节省较少，但节省不能忽视。

VFD有利于通风

除了明显的节能效益(根据工厂的不同，可提供6至18个月的投资回报率)之外，变频器在曝气控制中的应用还提供以下额外的好处:

• 通过移除控制阀，降低维护成本，这是一个对维护资源要求很高的组件。在较低的压力下操作鼓风机可以减少所有机械系统部件的应力和振动。
• 更快，更准确，更灵敏的控制。这通常会减少工艺的可变性，并确保产品水在任何时候都在工艺的要求之内。
• 增强装置功率因数，因为变频器包含内部电容器，提供它们驱动的电机的大部分无功功率需求。如前所述，曝气鼓风机通常是污水处理厂中最大的负荷，因此功率因数的改善是巨大的。

节能策略

实施VFD曝气控制策略在工厂运行的多个领域都有好处;它节省了能源，改善了过程控制，提高了工厂功率因数，降低了维护成本。这些好处不容忽视，特别是在能源成本上升和操作标准严格的情况下。

- Shady Yehia是。的创始人和作者控制博客他是一家过程技术集成公司的仪表、控制和自动化提案和工程经理，该公司总部位于卡塔尔，在EMEA地区开展业务。The Control Blog是CFE Media的内容合作伙伴。编辑乔伊·张，数字项目经理，控制工程，jchang@cfemedia.com．

关键概念

实施VFD曝气控制策略:

• 降低能源消耗和维护成本
• 提高工艺稳定性
• 提高整体装置功率因数。

考虑一下这个

曝气控制策略和基于vfd的曝气控制策略有什么区别?

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