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一、概述
城市生活污水處理自200年前工業(yè)革命以來，越來越受到人們的重視。城市污水處理率已成為一個地區(qū)文明與否的一個重要標(biāo)志。近200年來，城市污水處理已從原始的自然處理、簡單的一級處理發(fā)展到利用各種先進(jìn)技術(shù)、深度處理污水，并回用。處理工藝也從傳統(tǒng)活性污泥法、氧化溝工藝發(fā)展到A/O、A2/O、AB、SBR（包括CCAS工藝）等多種工藝，以達(dá)到不同的出水要求。我國城市污水處理相對于國外發(fā)達(dá)國家、起步較晚，目前城市污水處理率只有6.7%。在我們大力引起國外先進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和經(jīng)驗的同時，必須結(jié)合我國發(fā)展，尤其是當(dāng)?shù)貙嶋H情況，探索適合我國實際的城市污水處理系統(tǒng)。
結(jié)合我國實際情況，參考國外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗，建設(shè)城市污水處理廠應(yīng)符以下幾個發(fā)展方向：
1 總投資省。我國是一個發(fā)展中國家，經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需資金非常龐大，因此嚴(yán)格控制總投資對國民經(jīng)濟(jì)大有益處。
2 運行費用低。運行費用是污水處理廠能否正常運行的重要因素，是評判一套工藝優(yōu)劣的主要指標(biāo)之一。
3 占地省。我國人口眾多，人均土地資源極其緊缺。土地資源是我國許多城市發(fā)展和規(guī)劃的一個重要因素。
4 脫氮除磷效果。 隨著我國大面積水體環(huán)境的富營養(yǎng)化，污水的脫氮除磷已經(jīng)成為一個迫切的問題。我國最新實施的國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）也明確規(guī)定了適用于所有排污單位，非常嚴(yán)格地規(guī)定了磷酸鹽排放標(biāo)準(zhǔn)和氨氮排放標(biāo)準(zhǔn)。這就意味著今后絕大多數(shù)城市污水處理廠都要考慮脫氮除磷的問題。
5 現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)與環(huán)保工程的有機結(jié)合。現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，尤其是計算機技術(shù)和自控系統(tǒng)設(shè)備的出現(xiàn)和完善，為環(huán)保工程的發(fā)展提供了有力的支持。目前，國外發(fā)達(dá)國家的污水處理廠大都采用先進(jìn)的計算機管理和自控系統(tǒng)，保證了污水處理廠的正常運行和穩(wěn)定的合格出水，而我國在這方面還比較落后。計算機控制和管理也必將是我國城市污水處理廠發(fā)展的方向。
 
二、污水處理工藝及變頻改造可行性與變頻節(jié)能原理
    1 原污水處理系統(tǒng)工藝   ：為了選擇出工藝上最可靠，投資上最經(jīng)濟(jì)，管理上最方便的城市污水處理系統(tǒng)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，我們調(diào)研了國內(nèi)外污水處理廠的成熟經(jīng)驗和發(fā)展趨勢，并進(jìn)行了比較。目前，國內(nèi)外城市污水處理廠處理工藝大都采用一級處理和二級處理。
a 一級處理是采用物理方法：主要通過格柵攔截、沉淀等手段去除廢水中大塊懸浮物和砂粒等物質(zhì)。這一處理工藝國內(nèi)外都已成熟，差別不大。
b 二級處理則是采用生化方法：主要通過微生物的生命運動等手段來去除廢水中的懸浮性，溶解性有機物以及氮、磷等營養(yǎng)鹽。目前，這一處理工藝有多種方法，歸結(jié)起來，有代表性的工藝主要有傳統(tǒng)活性污泥、氧化溝、A/O或A2/O工藝、SBR及CCAS工藝等。目前，這幾種代表工藝在國內(nèi)外都有實際應(yīng)用。  c 曝氣機和潛水泵是污水處理的核心設(shè)備，也是主要的運行耗能設(shè)備。污水處理廠曝氣機的鼓風(fēng)機是全天候運轉(zhuǎn)的，曝氣機的主要作用就是向待處理污水中通入空氣，空氣中的氧融解在污水中，污水處理好壞在溶解氧部分,溶解氧濃度對處理結(jié)果有很大影響，溶解氧濃度太低，污水不能達(dá)標(biāo)；溶解濃度太高，不僅浪費電能還可能使活性污泥上浮使出水也不能達(dá)標(biāo)。溶解氧濃度主要靠鼓風(fēng)機通入的風(fēng)量來調(diào)節(jié)。 d 目前大部分鼓風(fēng)機的風(fēng)量調(diào)節(jié)是靠進(jìn)風(fēng)門及出風(fēng)門來調(diào)節(jié)的，對鼓風(fēng)機電機不做速度調(diào)節(jié)，此種調(diào)節(jié)方式節(jié)能有限，在不同的污水量及處理工藝的不同階段，隨然需要的風(fēng)量不一樣，但鼓風(fēng)機電機消耗的電能基本不變，造成極大的電能浪費。 2 變頻改造的可行性 隨著交流變頻調(diào)速的日益普及，變頻器補廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)當(dāng)中。曝氣機的鼓風(fēng)機加裝變頻器，鼓風(fēng)機變頻控制后，能隨時根據(jù)污水量、污水處理的不同工藝階段所需的風(fēng)量來調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速，從而控制供風(fēng)理，最終將曝氣池溶解氧的濃度控制在污水處理工藝所需值。 變頻調(diào)速能是一項節(jié)電環(huán)保的技術(shù)，污水廠設(shè)備一般全天候運行，經(jīng)過變頻改造后節(jié)能效果可觀，運行穩(wěn)定可靠，操作方便，能真正實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。   3 變頻節(jié)能原理 隨著科技的不斷發(fā)展，交流電機調(diào)速技術(shù)被廣泛采用。通過新一代全控型電子元件，用變頻器改變交流電機的轉(zhuǎn)速方式來進(jìn)行風(fēng)機流量的控制，可以大幅度減少以往機械方式調(diào)控流量造成的能量損耗。 圖2中: 曲線1和2表示調(diào)速時的壓力-流量曲線;                   曲線3和4表示節(jié)流調(diào)節(jié)時管路阻力特性曲線;               曲線5表示恒速時功率-流量曲線; 設(shè)A點為風(fēng)機最大工況點。當(dāng)風(fēng)量需從Q1減少到Q2時，如果采用節(jié)流調(diào)節(jié)法，工況點由A到B，風(fēng)壓增加到H2，由圖中可看出軸功率P2下降，但減少的不太多。如果采用變頻調(diào)節(jié)方式，風(fēng)機工況點由A到C，可見在滿足同樣風(fēng)量Q2情況下，風(fēng)壓H3將大幅度下降，功率P3隨著顯著減少。節(jié)省的功率損耗△P＝△HQ2與圖中面積BH2H3C成正比。 a 由以上分析可知，變頻調(diào)節(jié)是一種高效的調(diào)節(jié)方式。                鼓風(fēng)機采用變頻調(diào)節(jié)，不會產(chǎn)生附加壓力損失，節(jié)能效果顯著，調(diào)節(jié)風(fēng)量范圍0％～100％，適合調(diào)節(jié)范圍寬，且經(jīng)常處于低負(fù)荷下運行的場合。但是，當(dāng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速下降，風(fēng)量減小時，風(fēng)壓將發(fā)生很大變化，由風(fēng)機比例定律： Q1/Q2＝(n1/n2)，H1/H2＝(n1/n2)2，P1/P2＝(n1/n2)3 可知:                                                       當(dāng)其轉(zhuǎn)速降低到原額定轉(zhuǎn)速的一半時，對應(yīng)工況點的流量、壓力、軸功率各下降到原來的1/2、1/4、1/8，這就是變頻調(diào)<