摘要：随着我国工业化近年的飞速发展，环境问题日渐严峻，治理水污染已经被列入我国政府的重要环保工作日程。建设污水处理厂，成为一条行之有效的重要措施。然而，现代污水处理厂规模逐渐扩大，一旦供电系统故障，将会导致用电设备瘫痪，造成重大的损失。因此如何合理的设计电气与自控仪表，是保证污水处理厂能够正常工作的重要基础。
关键词：污水厂；电气自动化；综合设计
1污水处理工艺介绍
市政污水厂常见的水质参数指标有固体悬浮物SS、浊度、氨氮NH3-N、总磷TP、总氮TN、pH、化学需氧量COD、生物需氧量BOD，其中pH、COD、氨氮是污水厂进出水最重要的指标。根据不同的进水水质、出水排放标准，以及厂区、投资额等因素，所使用的污水处理工艺多种多样。常见的污水处理工艺有：AO、AAO、UCT、SBR、MBR、BAF、UNITANK、CASS、生物滤池、生物膜法等。本文以AAO工艺为例进行论述。AAO法又称A2O法，是厌氧-缺氧-好氧法的英文第一个字母的简称，是一种常用的污水处理工艺，可用于二级或三级污水处理，以及中水回用，具有良好的脱氮除磷效果。厌氧池的主要功能是除磷；缺氧池的主要功能是脱氮；好氧池也称曝气池，功能包括硝化反应、除磷及BOD等；而沉淀池的功能是泥水分离，上清液作为处理水排放到消毒出水池，污泥一部分回流到厌氧池，剩余污泥抽到污泥脱水车间进行处理。本工艺最大的优点：工艺简单、抗冲击能力强、不需加药、除磷脱氮效率高、出水水质好、污泥易稳定、节能、便于自动控制等。缺点是：占地面积大、氧化沟泡沫过多、污泥膨胀及沉积问题。
2污水厂主要机电设备介绍
（1）格栅：分为粗格栅和细格栅，作用是分离水中的垃圾杂物。一般在预处理工艺段配置2～3台粗格栅、2～4台细格栅。格栅的功率一般为2～3kW。（2）电动闸门：一般在格栅以及生化池回流门等环节安装电动闸门。粗格栅前后电动闸门的功率一般为3kW左右。（3）水泵：包括污水提升泵、回流污泥泵、剩余污泥泵等，其中最重要的是污水提升泵、回流污泥泵，一般处理量为5万t/d的污水厂，配置3～5台90～110kW的提升泵，以及3台55kW左右的回流污泥泵。提升泵及回流泵是重要能耗设备，一般用变频器拖动。（4）除砂器：除砂器也叫旋流沉砂器，一般会在细格栅后面安装2套除砂系统，功率一般为1.1kW左右，自带鼓风机的除砂系统的功率一般为2～3kW左右。（5）搅拌器：生化池都需要配置搅拌器。AAO生化池一般配置7台搅拌器，功率为3～7.5kW。（6）鼓风机：一般分罗茨鼓风机和离心鼓风机，目前大部分污水厂使用离心鼓风机，效率更高。鼓风机的作用是给生化池鼓吹空气，调节生化池的溶解氧值。污水厂一般配置3台90～132kW的鼓风机。鼓风机也是重要能耗设备，一般用变频器拖动。（7）刮泥机：刮泥机安装在二沉池，作用是刮平二沉池底下的污泥，并通过虹吸作用把泥水混合液吸到回流污泥井。刮泥机的功率一般为3kW左右。（8）消毒设备：消毒设备的作用是对水中的微生物、大肠杆菌等进行消杀，功率一般为15kW左右。（9）脱水设备：分带式脱水机和离心式脱水机，其中离心式脱水机效率较高，其造价也相对较高。脱水设备的功率为25kW左右。
3污水厂电气设计
3.1用电负荷计算
在进行污水厂电气系统设计之前，必须先列出整个厂区所有机电设备的功率、效率、安装台数、实用台数等，还必须了解每种机电设备的相数、工作电压、功率因素、额定电流等。经过负荷计算表，计算出全厂机电设备的总负荷以及有效符合（计算负荷）。
3.2低压配电系统一二次设计
低压配电系统主要包括低压进线柜、功率补偿柜、联络柜、馈线柜。污水厂的低压一次回路设计一般遵循“自下而上”的原则。先确定主配电房和各子配电房的位置；再根据全厂机电设备的额定电流、台数、安装位置、启动方式等，设计出每一区域、工艺段的子配电系统；然后根据各主要设备和子配电系统的计算负荷、额定电流等，确定主配电房的低压出线回路。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆全厂机电设备的出线回路确定好以后，就能根据配电房的位置情况等，确定进线柜、母联柜、无功因素补偿柜，还可确定各重要设备的变频器、软起动器配置。低压进线总开关的容量，应比全厂总计算负荷高一个等级，并留有一定的余量。无功功率补偿柜的容量根据变压器的容量而定，一般取变压器额定容量的1/3左右为宜。低压联络柜不是每套配电系统都需要，一般有重要用电负荷时，才会设置2路进线（配置多1台变压器或发电机）。低压进线柜、联络柜三者只能合其二，必须做好必要电气、机械联锁保护。
3.3变压器容量选择
根据计算的全厂用电设备的有效负荷、配电房的地理位置等，推算出变压器的容量（kVA数）。供电局是根据用户端报装的变压器容量的大小来收取基本电费的，比如用户报装的变压器容量是800kVA，供电局就按800kVA等级来收取每月的基本电费，不会因为用电量达不到报装容量而少收基本电费。所以变压器的容量不是越大越好的，除了一次性采购成本增加外，还会额外增加每个月的基本电费损失。但是，变压器容量也不能选得太小，如果用电负荷非常接近变压器的容量，会造成变压器长期满负荷运行，发热量过大；同时大功率设备的启动瞬间峰值电流会对变压器和电网造成冲击，这是绝对不允许的。变压器经济运行负载率一般在60%左右，这时变压器的损耗最小。但变压器的负载率不宜超过85%。在污水厂电气设计中，综合各方面的因素考虑，变压器的负载率在70~80%为宜。。
3.4动力柜及现场控制箱的设计
在污水厂配电系统设计时，我们常常会把重要设备如提升泵、回流泵、鼓风机等的一次控制回路放到低压配电房的一次系统中。但考虑到子配电房的设置、设备的功率、台数，以及动力电缆的布线方便等因素，会把提升泵动力柜放在提升泵房，把鼓风机动力柜放在鼓风机房旁边的子配电房。污水厂的机电设备基本都要求设置现场控制箱或机旁按钮箱。其区别是：现场控制箱中安装断路器、接触器、热继电器，以及按钮、指示灯等；机旁按钮箱中只安装接线端子、水泵保护器等，面板上安装旋转开关、按钮、指示灯，一次控制回路的元器件（断路器、接触器、热继电器，以及变频器、软起动器）集中安装在配电房的出线柜中。在电气和自动化系统综合设计时，可以只设置机旁按钮箱，而把控制回路的元器件集中放在配电房，配电房的良好环境可以提高重要元器件的使用寿命。
3.5电缆线管桥架的设计
污水厂配电系统所用的电缆包括动力电缆、控制电缆、信号电缆、通讯电缆等。一般会编制电缆清册，把电缆的回路名称、规格型号、起点终点、电缆长度、电缆配管及长度等列出来。动力电缆的型号规格选择非常重要，要结合回路的额定电流和电缆的截留量来选择，为了安全起见，一般会选择大一二个级别的电缆。线管桥架要根据安装平面图来配置和计算。
4污水厂自动化系统设计
污水厂的自动化系统并不复杂，但涵盖了自动化控制领域的方方面面，涉及的产品类型和品牌多种多样。污水厂自动化系统软硬件包括PLC控制器、触摸屏、工业交换机、光纤网络、组态软件等。其中，PLC控制器是污水厂自控系统的核心，常用的品牌主要有西门子、AB、施耐德，一般污水厂使用中型PLC就能够满足控制要求，有时候也使用大型PLC系统。组态软件的品牌一般推荐与PLC同一品牌，有时候也用国产品牌软件，如组态王、力控软件等。AAO污水厂的自动控制程序主要包括：（1）粗、细格栅的液位差控制、时间控制；（2）提升泵的液位控制、流量控制、台数控制；（3）除砂系统的时间控制；（4）曝气池的鼓风机恒DO控制；（5）生化池的回流污泥恒比例控制。
结论
污水厂的电气自动化系统综合设计是一个复杂的过程，要设计出合理的电气自动化系统，既要了解污水厂的处理工艺，又要熟悉污水厂机电设备的原理和控制；既要掌握基本的电气一二次设计常识，又要熟悉PLC控制系统的设计和水质仪表的选型等。本文总结了以上几方面的经验，为污水厂的电气自动化系统的综合设计提供了依据。
参考文献：
[1]郑准泽.污水厂电气与自控仪表设计[J].城市建设理论研究，2011（6）.
[2] 陈功等，董滨.城市污水处理厂节能降耗途径[J].水处理技术，2012（04）.
论文作者:邸增强
论文发表刊物:《电力设备》2018年第6期
论文发表时间:2018/7/6
标签：污水论文; 配电房论文; 变压器论文; 污泥论文; 鼓风机论文; 格栅论文; 电缆论文; 《电力设备》2018年第6期论文;