1 引言
　　廢水生物處理技術(shù)中的批式活性污泥法又稱SBR法，是一種簡快速且低耗的污水處理工藝，具有工藝簡單、效率高、脫氫除磷效果好，防止污泥膨脹性能強(qiáng)，耐沖擊負(fù)荷和處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于水質(zhì)變化大的中小城鎮(zhèn)的生活污水處理，以及易生物降解的工業(yè)廢水處理。
　　目前由于化學(xué)需氧量COD濃度在線檢測儀器的出現(xiàn)，將COD濃度作為重要的工藝參數(shù)，系統(tǒng)通過在線檢測COD的濃度值來調(diào)節(jié)曝氣量，以保證出水質(zhì)量，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。
　　2 SBR法污水處理過程分析
　　圖1所示為活性污泥處理流程示意圖。SBR廢水處理法初次沉淀池、曝氣池、二次沉淀池、污泥回流和剩余污泥排放幾個(gè)系統(tǒng)組成。初次沉淀池用以去除污水中原生懸浮物，懸浮物少時(shí)可不設(shè)置。污水和回流的活性污泥一起進(jìn)入曝氣池形成混合液，通過羅茨風(fēng)機(jī)充入空氣，使混合液得到足夠的攪拌而呈懸浮狀態(tài)，然后流入沉淀池。混合液中的懸浮固體在沉淀池中沉淀下來和水分離，流出沉淀池的凈化水。沉淀池中的污泥大部分回流，成為回流污泥。

　　傳統(tǒng)的控制方法是時(shí)間程序控制，即按照規(guī)定的時(shí)間和順序進(jìn)行：

　　·充水（打開進(jìn)水電動(dòng)閥）：7h

　　·曝氣（開啟羅茨風(fēng)機(jī)）：1.75h

　　·攪拌（接通攪拌電機(jī)）：1.25h

　　·沉淀：1.5h

　　·排水（打開電磁閥）：0.5h

　　從充水開始到排水結(jié)束為一個(gè)周期。在一個(gè)周期內(nèi)，通過曝氣、停氣使充氧/缺氧狀態(tài)相互交替進(jìn)行。在分解污水中含碳化合物（以COD為代表）的同時(shí)，相繼進(jìn)行含氮化合物的硝化和反硝化，最終達(dá)到脫碳、脫氨和脫氮的目的。

　　一般情況下，采用每天執(zhí)行兩周期（12h/周期），但是，工業(yè)污水中有機(jī)物的濃度往往是隨時(shí)間變化的，如果按固定的反應(yīng)時(shí)間控制SBR法污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行，則既浪費(fèi)能源又容易發(fā)生污泥膨脹。如時(shí)間設(shè)置不合適，還將影響處理效果。

　　3 曝氣量的變頻調(diào)速控制設(shè)計(jì)

　　化學(xué)需氧量COD是一個(gè)重要的工藝參數(shù)，如控制系統(tǒng)在污水處理過程中，在線檢測COD的值來調(diào)節(jié)曝氣量，使整個(gè)反應(yīng)過程的化學(xué)需氧量COD處于適當(dāng)?shù)姆秶@樣既能保證出水質(zhì)量，又能節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

　　圖2為一種西門子變頻器與PLC相結(jié)合實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)的變頻調(diào)速的風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中EM235為PLC模擬量I/O擴(kuò)展模塊。其工作過程是：系統(tǒng)在線檢測的COD值，送入PLC模塊后，進(jìn)行PID的運(yùn)算，其模擬量輸出作為變頻器的輸入，控制變頻調(diào)速，來達(dá)到調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)曝氣量的調(diào)節(jié)控制。

　　圖3給出了本例實(shí)現(xiàn)PID控制的流程圖。

　　4 變頻調(diào)速的節(jié)電分析

　　由圖1可知，調(diào)節(jié)曝氣量的大小，可采用調(diào)節(jié)風(fēng)門控制風(fēng)量和調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制風(fēng)量兩種方法。此兩種方法相比，后者有著明顯的節(jié)電效果，其原理圖如圖4所示。

　　圖中，曲線1為風(fēng)機(jī)在恒速下的風(fēng)壓-風(fēng)量（H-Q）特性曲線;曲線2為恒速下的功率一風(fēng)量（Ps一Q）特性曲線;曲線3為管網(wǎng)風(fēng)阻特性（風(fēng)門全開）。
　　設(shè)風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)工作在A點(diǎn)，效率最高，此時(shí)輸出風(fēng)量Q為100%，軸功率為Ps1，與Ql、H1的乘積成正比，即Ps1與AH1OQ1所包圍的面積成正比。
　　當(dāng)需要調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)，例如，所需風(fēng)量從100%減少到額定風(fēng)量的50%，即從Q1減少到Q2時(shí)，如采用調(diào)節(jié)風(fēng)門的方法來調(diào)節(jié)風(fēng)量，使管網(wǎng)阻力曲線由曲線3變?yōu)榍€4。就是說，減小風(fēng)門開度增加了管網(wǎng)阻力。此時(shí)，系統(tǒng)的工作點(diǎn)由原來的A點(diǎn)移至B點(diǎn)。可以看出，風(fēng)量雖然降低了，但風(fēng)壓增加了，軸功率Ps2與面積BH2OQ2成正比，它與Ps1相比，減少不多。
　　如果采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量的方法，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由原來的n1降到n2。根據(jù)風(fēng)機(jī)參數(shù)的比例定律，可以畫出在轉(zhuǎn)速n2下的風(fēng)壓一風(fēng)量（H—Q）特性曲線5，風(fēng)機(jī)工作在C點(diǎn)。可見，在滿足同樣風(fēng)量Q2的情況下，風(fēng)壓將大幅度降低到H3，軸功率Ps2（與面積CH3OQ2成正比）也明顯降低。所節(jié)約的功率與面積AH1OQ1和CH3OQ2之差成正比。由此可見，用調(diào)速的方法來減少風(fēng)量的經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的。
　　由流體力學(xué)可知，風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比，風(fēng)壓H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，軸功率Ps與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比。即：
　　Q∝nH∝n2Ps∝n3
　　當(dāng)所需風(fēng)量減少，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。如所需風(fēng)量為額定風(fēng)量的80%，則轉(zhuǎn)速也下降為額定轉(zhuǎn)速的80%，而軸功率下降為額定功率的51.2%;當(dāng)所需風(fēng)量為額定風(fēng)量的50%時(shí)，軸功率可以下降為額定功率的12.5%。當(dāng)然，轉(zhuǎn)速降低時(shí)，效率也會(huì)有所降低，同時(shí)還應(yīng)考慮控制裝置的附加損耗等影響。即使如此，這種方法的節(jié)電效果也是非常可觀的。另一方面，使用通用變頻器來改變轉(zhuǎn)速后，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下調(diào)10%時(shí)，則風(fēng)機(jī)輸出功率下降到額定功率的73%;當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下調(diào)20%時(shí)，則風(fēng)機(jī)輸出功率下降到額定功率的51%。可見應(yīng)用變頻器技術(shù)調(diào)速又比普通調(diào)速來控制曝氣量的大小其節(jié)電效果更加顯著。
　　5 結(jié)束語
　　本例采用變頻調(diào)速技術(shù)與PLC相結(jié)合進(jìn)行曝氣量的調(diào)節(jié)控制，既保留了PLC控制系統(tǒng)可靠、靈活、適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，又提高了控制系統(tǒng)的智能化程度。
　　本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)在于，利用了變頻器與PLC相結(jié)合，對風(fēng)機(jī)的曝氣量實(shí)現(xiàn)了精確的PID調(diào)節(jié)控制。這種控制方法不僅提高了污水處理系統(tǒng)的可靠性、節(jié)約了能源，而且對于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)各種活性污泥法的實(shí)時(shí)控制提供了一較為理想的控制方案。