唐軍

（北京碧水源科技股份有限公司，北京 102206）

0 引言

水資源在人類(lèi)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中有著不可替代的作用是一種重要的資源。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展人們逐漸意識(shí)到水資源是制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素之一，同樣也意識(shí)到控制水污染和保護(hù)水資源生態(tài)環(huán)境對(duì)社會(huì)發(fā)展的重要性。在當(dāng)今這個(gè)水資源緊迫的現(xiàn)狀下，做好城市污水與工業(yè)污水的處理和再生利用的技術(shù)，已經(jīng)吸引了大批相關(guān)人士的關(guān)注。建設(shè)污水處理廠已經(jīng)是一個(gè)城市最重要的基礎(chǔ)之一。近些年來(lái)我國(guó)修建了大量各種規(guī)模的污水處理廠，有自主研發(fā)的，也有從國(guó)外引進(jìn)的，技術(shù)越來(lái)越多、工藝也越來(lái)越成熟。污水處理廠需要自動(dòng)化程度較高的電氣設(shè)備，在電力控制方面，其可以合理減少電力用戶在電網(wǎng)高峰負(fù)荷期的電力需求，避免超負(fù)荷用電，保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。

1 污水處理廠的處理方式選擇與處理步驟

1.1 處理方式選擇

對(duì)于規(guī)模不大的污水處理而言，一般通過(guò)污水好氧消化的方式進(jìn)行污水處理。該方式不但操作較為簡(jiǎn)單，而且處理效果非常穩(wěn)定，通過(guò)污水好氧消化的方式能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)污水的處理工作目標(biāo)，該方式的缺點(diǎn)時(shí)所需的能耗較大。而對(duì)于規(guī)模較大污水處理單位來(lái)說(shuō)，常常利用污水厭氧消化的方式進(jìn)行污水處理，該方式的優(yōu)勢(shì)在于能夠在污水處理完成后產(chǎn)生沼氣，有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。污水處理單位應(yīng)當(dāng)根據(jù)自身規(guī)模的大小來(lái)選擇適當(dāng)?shù)奶幚矸绞絒1-2]。

1.2 處理步驟

污水厭氧消化是一種較為經(jīng)濟(jì)的污水處理方式，其步驟主要是在無(wú)氧的環(huán)境中產(chǎn)生沼氣等有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的資源，使污水處理工作達(dá)到穩(wěn)定化的目標(biāo)。沼氣是一種利用方法非常廣泛的資源，不但能夠?yàn)槲鬯畢捬跸到y(tǒng)運(yùn)行提供足夠的熱能，多余的部分還能通過(guò)發(fā)電、攪拌等過(guò)程產(chǎn)生CH4、CO2以及H2S，其中CH4是生產(chǎn)四氯化碳的主要原料；CO2能夠用來(lái)生產(chǎn)純堿；H2S可通過(guò)生物技術(shù)進(jìn)行脫硫，從而產(chǎn)生硫磺。上述利用方式在國(guó)內(nèi)外都有非常成熟的技術(shù)。另外，通過(guò)污水厭氧消化的方式處理污水制備沼氣，必須在污水處理系統(tǒng)的相關(guān)位置設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備、儀表等，利用這些設(shè)備和儀表可以實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)工況，保障沼氣的產(chǎn)生效率并及時(shí)對(duì)相關(guān)資源的使用情況進(jìn)行準(zhǔn)確控制。在設(shè)備和儀表出現(xiàn)故障時(shí)，要及時(shí)予以解決，不斷對(duì)設(shè)備、儀表的工況進(jìn)行改善，提高系統(tǒng)自動(dòng)化控制水平，保障沼氣的經(jīng)濟(jì)價(jià)值得到充分發(fā)揮[3]。

2 污水處理單位電氣控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題

2.1 利用先進(jìn)的技術(shù)

污水處理單位的電氣控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)要有一定的前瞻性，借鑒西方發(fā)達(dá)國(guó)家成熟的設(shè)計(jì)理念，在確保投資與收益合理的基礎(chǔ)上，盡量采用先進(jìn)的技術(shù)方法和可靠的設(shè)備，提高污水處理單位電氣控制系統(tǒng)的科技含量，以保障其在未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)能夠滿足污水處理任務(wù)的需求。

2.2 為實(shí)戰(zhàn)服務(wù)

污水處理單位電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和要求。電氣控制系統(tǒng)必須能夠和相關(guān)部門(mén)的應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)相適應(yīng)，充分滿足實(shí)戰(zhàn)的要求，發(fā)揮有關(guān)部門(mén)應(yīng)急指揮的作用，全力輔助應(yīng)急指揮，為實(shí)戰(zhàn)服務(wù)[4]。

2.3 可持續(xù)發(fā)展

由于當(dāng)今科技發(fā)展迅速，而且污水處理的需求不斷增加，污水處理單位電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)將眼光放長(zhǎng)遠(yuǎn)，滿足未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)的污水處理需求，設(shè)計(jì)的電氣系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足時(shí)代發(fā)展的要求，兼容其它的系統(tǒng)，具備可持續(xù)發(fā)展能力[5]。

2.4 可靠穩(wěn)定

污水處理廠電氣控制系統(tǒng)所從事的工作關(guān)系著工廠的財(cái)產(chǎn)和保密安全，那么在建設(shè)過(guò)程中應(yīng)該將實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的大量數(shù)據(jù)信息資源、軟件系統(tǒng)、硬件設(shè)備最大限度地考慮進(jìn)來(lái)，穩(wěn)定運(yùn)行系統(tǒng)，應(yīng)該存在著周密備份方案，可以讓系統(tǒng)出現(xiàn)異常的時(shí)候及時(shí)地進(jìn)行補(bǔ)救[6-7]。

3 污水處理廠電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的節(jié)能措施

3.1 總體考慮，合理布局

在污水處理的整個(gè)工藝流程中，可以分為不同類(lèi)型的環(huán)節(jié)，在所有環(huán)節(jié)中，有的需要幾臺(tái)用電設(shè)備，有的設(shè)置需要幾十臺(tái)的用電設(shè)備。所有的用電設(shè)備都要配備相應(yīng)的線路，因此在污水處理的整個(gè)過(guò)程中，對(duì)于線路的長(zhǎng)度可能達(dá)到萬(wàn)米以上。而且，只要是輸電過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生電阻，當(dāng)電流通過(guò)的時(shí)候，難免產(chǎn)生功率的損耗。根據(jù)相關(guān)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，單單泵站所造成的功率損耗，幾乎可以達(dá)到其年用電量的1%，對(duì)于整個(gè)污水處理過(guò)程來(lái)說(shuō)，由于線路過(guò)長(zhǎng)造成的電量損耗就更多。根據(jù)配電線路功率損耗公式：ΔP=3I2·R10-3，我們就能發(fā)現(xiàn)，降低配電線路損耗，主要可以通過(guò)以下幾種方式：

3.1.1 通過(guò)一定的措施降低配電線路的電阻

由電阻計(jì)算公式而R=ρL/S，可知，電阻的大小取決于線路的長(zhǎng)度、截面積以及電阻率。因此，可以通過(guò)以下措施降低電阻：

首先，在選擇線路的材質(zhì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)在考慮價(jià)格的同時(shí)盡量選擇電阻率較低的材質(zhì)。在目前的電纜市場(chǎng)上，主要有銅質(zhì)電纜和鋁質(zhì)電纜，從電阻率的角度來(lái)說(shuō)，銅質(zhì)電纜相對(duì)較低，因此在污水處理配電線路材質(zhì)選擇時(shí)，一般選擇銅質(zhì)電纜，以降低輸電線路的電阻率[8]。

在線路材質(zhì)一定的前提下，由電阻的計(jì)算公式可知，假設(shè)電流恒定，那么線路的電阻就和其截面積成反比。那么適當(dāng)?shù)脑龃缶€路的截面積，就可以降低線路的電阻率，當(dāng)然，相應(yīng)的成本投入也會(huì)增多。所以，針對(duì)污水處理中一些小功率的設(shè)備由于其電力較弱我們就可以通過(guò)增加截面積的措施減低輸電線路的電阻。

降低輸電過(guò)程中的電阻，還可以通過(guò)減少配電線路的長(zhǎng)度。從污水處理單位的角度來(lái)說(shuō)，設(shè)備負(fù)荷情況一般較為集中。因此，我們可以改善相應(yīng)設(shè)備的布局，將變電所的位置進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，減少輸電線路的長(zhǎng)度；在敷設(shè)電纜的過(guò)程中，線路要盡量保持直線，降低配電線路的長(zhǎng)度。

3.1.2 降低電流

因?yàn)橐话闱闆r下提供給相關(guān)設(shè)備的功率恒定，因此要降低電流，那么就可以采取增大電壓的方式。污水處理單位目前所用的電壓等級(jí)通常為380/220V、6KV或者10KV。所以，必須控制大功率設(shè)備和主副變電所之間的聯(lián)系。

3.2 加強(qiáng)對(duì)諧波電流的抑制

在污水處理電氣控制系統(tǒng)中，有著大量的發(fā)動(dòng)機(jī)、變壓器等設(shè)備，對(duì)于整個(gè)污水處理單位來(lái)說(shuō)，其功率因數(shù)約為0.8%，電氣控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償，需要將功率因數(shù)提高至0.9%。這樣的話，不但可以減少配電線路的截面積，還可以有效降低配電的無(wú)功率損耗。在污水處理廠區(qū)，有許多的變頻調(diào)速設(shè)備，這些設(shè)備需要的非線性線路負(fù)載相對(duì)較多，所以，會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流。如果采用無(wú)功補(bǔ)償主要有就地補(bǔ)償和集中補(bǔ)償兩種方式，將這兩種方式相結(jié)合能夠有效改善。如，在變電所地壓側(cè)安裝無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，就能夠大大降低功率因素對(duì)輸電效率的影響。諧波不但會(huì)影響電能的利用效率，影響電能的傳輸效率和生產(chǎn)效率，還會(huì)造成電氣設(shè)備發(fā)生噪聲、震動(dòng)、過(guò)熱等問(wèn)題。因此在調(diào)整變頻設(shè)備的非線性負(fù)載時(shí)，假使非線性負(fù)載持續(xù)加大，諧波對(duì)輸電線路的危害也就越來(lái)越大，就會(huì)影響變頻設(shè)備的使用壽命，甚至造成生產(chǎn)事故。諧波還會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)發(fā)生串聯(lián)諧振等問(wèn)題，燒毀相應(yīng)的電容器，使得相關(guān)的自動(dòng)裝置產(chǎn)生誤動(dòng)作，進(jìn)而影響電能計(jì)量。所以，為了防止諧波對(duì)變頻設(shè)備造成的危害，就要通過(guò)使用無(wú)源濾波器或者連接變壓器的相關(guān)點(diǎn)等方法對(duì)其進(jìn)行抑制[9]。

3.3 準(zhǔn)確核算負(fù)載，減少變壓器損耗

造成變壓器損耗的原因主要有兩種，即變壓器的空載損耗和額定負(fù)載傳輸產(chǎn)生的損耗。空載損耗又叫做鐵損，一般是鐵芯鍋流損耗和漏磁損耗，耗損值主要取決于鐵芯的材料或者鐵芯的制造工藝，但是空載損耗與設(shè)備的負(fù)荷沒(méi)有關(guān)系。額定負(fù)載傳輸產(chǎn)生的損耗也叫做變壓器線損。耗損值主要取決于變壓器繞組的電阻，和流過(guò)繞組的電流數(shù)值有一定的關(guān)系，與符合率的平方成正比。變壓器的負(fù)載率為50%時(shí)，變壓器的損耗最小，不過(guò)這一負(fù)載率只是降低了變壓器的線損，對(duì)于鐵損則沒(méi)有影響。如果變壓器的負(fù)載率過(guò)低的話，變壓器的鐵損就會(huì)增加，造成的電能損耗相應(yīng)就變得更大，從而不得不投入更多的初裝費(fèi)用。所以，核算變壓器的負(fù)載時(shí)不但要充分考慮初裝費(fèi)、土建投資以及變壓器本身的費(fèi)用，還要保證變壓器在使用的過(guò)程中保留一定的余量，所以變壓器的負(fù)載率應(yīng)當(dāng)控制在60%-75%左右。相關(guān)的操作規(guī)范上指出，核算污水處理廠的負(fù)荷時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用需要系數(shù)法，在核算具體負(fù)荷時(shí)，需用系數(shù)的取值不但要充分考慮相關(guān)設(shè)備的備用情況，還要綜合考慮設(shè)備的使用情況。

3.4 合理搭配設(shè)備，降低運(yùn)行損耗

對(duì)相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行合理的搭配，充分發(fā)揮自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)的作用，降低污水處理設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的損耗。對(duì)污水處理單位而言，水泵、風(fēng)機(jī)是不可或缺的兩種設(shè)備。選擇設(shè)備的型號(hào)時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照工藝的最大負(fù)載額來(lái)進(jìn)行。但實(shí)際的設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，基本上不會(huì)達(dá)到工藝設(shè)定的上限。例如，在實(shí)際的污水處理過(guò)程中，時(shí)間段不一樣，來(lái)水量也會(huì)有所區(qū)別。污水處理單位使用的進(jìn)水泵一般是由幾臺(tái)水泵通過(guò)組合的方式共同組成，實(shí)際進(jìn)水量經(jīng)常發(fā)生變化，但是進(jìn)水泵的額定功率是一定的。所以我們可以在進(jìn)水泵上加裝變頻調(diào)速裝置，對(duì)水泵的流量按照實(shí)際進(jìn)水量進(jìn)行不斷的調(diào)整。水泵的流量和轉(zhuǎn)速存在一定的比例關(guān)系，而功率的數(shù)值也和水泵轉(zhuǎn)速的3次方存在比例關(guān)系，如果水泵風(fēng)機(jī)等設(shè)備加裝了變頻調(diào)速裝置，當(dāng)水泵的流量降低，所需的功率也會(huì)相應(yīng)減少，這樣就能在滿足污水處理需求的基礎(chǔ)上降低設(shè)備運(yùn)行的損耗[10]。

4 結(jié)論

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的快速提高，相應(yīng)的城鎮(zhèn)化水平也越來(lái)越高，很多地區(qū)都嘗到了工業(yè)排放污水和居民生活污水的苦果。怎樣降低污水對(duì)我國(guó)生態(tài)環(huán)境的影響實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，日益受到人們的關(guān)注。建設(shè)污水處理單位能夠降低污染物排放量，改善生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)我們的生活環(huán)境質(zhì)量的提高。而在污水處理單位中積極利用電氣控制技術(shù)，不但可以提高污水處理的效率，還可以節(jié)省相應(yīng)的投資費(fèi)用，為經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。