一、總述

水是經濟發展和社會可持續發展的一個重要因素。隨著城市規模的不斷擴大和人口的增加，水環境污染成了一大難題。城市污水是目前江河湖泊水域污染的重要原因，是制約許多城市可持續發展的主要原因之一。“環境保護”是我國的基本國策，中國可持續發展的戰略與對策制定的2000年治理目標，要求城市污水集中處理率達20%。目前，我國正處于城市污水處理事業的大發展時期，尤其隨著國家西部大開發戰略的實施，中國中西部環境與生態保護已被提上首要議事日程。

二、建設城市污水處理廠的發展方向

城市生活污水處理自200年前工業革命以來，越來越受到人們的重視。城市污水處理率已成為一個地區文明與否的一個重要標志。近200年來，城市污水處理已從原始的自然處理、簡單的一級處理發展到利用各種先進技術、深度處理污水，并回用。處理工藝也從傳統活性污泥法、氧化溝工藝發展到A/O、A2/O、AB、SBR（包括CCAS工藝）等多種工藝，以達到不同的出水要求。我國城市污水處理相對于國外發達國家、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技術、設備和經驗的同時，必須結合我國發展，尤其是當地實際情況，探索適合我國實際的城市污水處理系統。

結合我國實際情況，參考國外先進技術和經驗，建設城市污水處理廠應符合以下幾個發展方向：

（1）總投資省。我國是一個發展中國家，經濟發展所需資金非常龐大，因此嚴格控制總投資對國民經濟大有益處。

（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，是評判一套工藝優劣的主要指標之一。

（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展和規劃的一個重要因素。

（4）脫氮除磷效果。隨著我國大面積水體環境的富營養化，污水的脫氮除磷已經成為一個迫切的問題。我國最新實施的國家《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）也明確規定了適用于所有排污單位，非常嚴格地規定了磷酸鹽排放標準和氨氮排放標準。這就意味著今后絕大多數城市污水處理廠都要考慮脫氮除磷的問題。

（5）現代先進技術與環保工程的有機結合。現代先進技術，尤其是計算機技術和自控系統設備的出現和完善，為環保工程的發展提供了有力的支持。目前，國外發達國家的污水處理廠大都采用先進的計算機管理和自控系統，保證了污水處理廠的正常運行和穩定的合格出水，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展的方向。

三、幾種處理系統的工藝比較

為了選擇出工藝上最可靠，投資上最經濟，管理上最方便的城市污水處理系統，結合當地的實際情況，我們調研了國內外污水處理廠的成熟經驗和發展趨勢，并進行了比較。

目前，國內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。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。這一處理工藝國內外都已成熟，差別不大。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、磷等營養鹽。目前，這一處理工藝有多種方法，歸結起來，有代表性的工藝主要有傳統活性污泥、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外都有實際應用。

污水處理廠最好的節電場合是曝氣機的鼓風機（有些是采用攪拌機來曝氣），節電率更高。

污水處理廠的設備是全天候運轉的，而且曝氣機和潛水泵是污水處理的核心設備，需要用變頻器對曝氣機的鼓風機（羅茨風機）和潛水泵進行調速。 鼓風機變頻控制：污水處理好氧部分溶解氧濃度對處理結果有很大影響，溶解氧濃度太低，污水不能達標；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標。鼓風機加變頻器就是為了控制CASS池溶解氧的濃度穩定在恒定值.

考慮到實際應用中只可能一臺是變頻運轉，另一臺停止或工頻運轉，同時為了減少固定資產投資，設計了2臺風機只用一臺變頻器控制，剛曝氣時，一臺風機變頻運轉，如果該風機運行到50HZ后，溶解氧濃度仍沒達到設定值，該變風機自動投到工頻（50HZ）繼續運轉，第二臺風機自動投到變頻運轉，在PID自動控制下直到溶解氧濃度穩定在設定值。當溶解氧濃度大于設定值,且變頻風機頻率低于一定頻率,工頻風機自動切斷,只有變頻風機運轉 。

3.1變頻調控原理與特性

隨著科技的不斷發展，交流電機調速技術被廣泛采用。通過新一代全控型電子元件，用變頻器改變交流電機的轉速方式來進行風機流量的控制，可以大幅度減少以往機械方式調控流量造成的能量損耗。

3.2變頻調節的節能原理

圖2中曲線1和2表示調速時的壓力-流量曲線，曲線3和4表示節流調節時管路阻力特性曲線，曲線5表示恒速時功率-流量曲線，設A點為風機最大工況點。當風量需從Q1減少到Q2時，如果采用節流調節法，工況點由A到B，風壓增加到H2，由圖中可看出軸功率P2下降，但減少的不太多。如果采用變頻調節方式，風機工況點由A到C，可見在滿足同樣風量Q2 情況下，風壓H3將大幅度下降，功率P3隨著顯著減少。節省的功率損耗△P＝△HQ2與圖中面積BH2H3C成正比。

由以上分析可知，變頻調節是一種高效的調節方式。鼓風機采用變頻調節，不會產生附加壓力損失，節能效果顯著，調節風量范圍0％～100％，適合調節范圍寬，且經常處于低負荷下運行的場合。但是，當風機轉速下降，風量減小時，風壓將發生很大變化，由風機比例定律：

Q1/Q2＝（n1/n2），H1/H2＝（n1/n2）2，P1/P2＝（n1/n2） 3

可知，當其轉速降低到原額定轉速的一半時，對應工況點的流量、壓力、軸功率各下降到原來的1/2、1/4、1/8，這就是變頻調節方式可以大幅度節電的原因。

假設將水泵轉速降低10%（輸出頻率45Hz時）
則功率P2=（0.9）×P1=0.73P1,節電27%。
假設將水泵轉速降低20%（輸出頻率40Hz時）
則功率P2=（0.8）3×P1=0.51P1,節電49%。

由于功率與轉速成三次方的關系，因此，轉速變化越大，功率的消耗將呈幾何級數減少。

3.3啟動電流對電動機及設備的損害