Автоматизация очистных сооружений

Объем работ по автоматизации в каждом конкретном случае должен подтверждаться экономической эффективностью и санитарным эффектом.

На очистных сооружениях могут быть автоматизированы:

1. устройства и приборы, регистрирующие изменения технологического режима при нормальной эксплуатации;
2. устройства и приборы, обеспечивающие локализацию аварий и обеспечивающие оперативные переключения;
3. вспомогательные процессы в работе сооружений, особенно это относится к насосным станциям (залив насосов, откачка дренажных вод, вентиляция и т. д.);
4. сооружения обеззараживания сточных под, прошедших очистку.

Наряду с комплексным решением автоматизации целесообразно автоматизировать отдельные технологические процессы: распределение сточных вод по сооружениям, регулирование уровней осадков, ила.

Частичная автоматизация в перспективе должна предусматривать возможность перехода на комплексную автоматизацию всего технологического цикла.

Относительно небольшое внедрение установок автоматического управления в технику очистки сточных вод на предприятиях пищевой промышленности объясняется тем, что большинство очистных станций имеет малую или среднюю производительность, в силу чего капитальные затраты на автоматизацию часто выражаются значительными суммами н не могут быть компенсированы соответствующей экономией эксплуатационных затрат. В перспективе на очистных сооружениях широко будет применяться автоматическая дозировка реагентов и контроль эффективности очистки сточных вод.

Технические требования к автоматизации процессов очистки сточных вод могут быть сведены к следующему:

1. любая система автоматического управления должна допускать возможность местного управления отдельными механизмами при их осмотре и ремонте;
2. должна быть исключена возможность управления одновременно двумя способами (например, автоматическое и местное);
3. перевод системы с ручного управления на автоматическое не должен сопровождаться отключением находящихся в работе механизмов;
4. схема автомагического управления должна обеспечить нормальное протекание технологического процесса и обеспечивать надежность и точность работы установки;
5. при нормальной остановке агрегата схема автоматики должна быть готова к следующему автоматическому пуску;
6. предусматриваемая блокировка должна исключать возможность автоматического или дистанционного пуска после аварийного отключения агрегата;
7. во всех случаях нарушения нормальной работы автоматизированной установки должен подаваться аварийный сигнал на пункт с постоянным дежурством.

1. насосные станции — основные агрегаты и дренажные насосы; включение и отключение в зависимости от уровня жидкости в резервуарах и приямках, автоматическое переключение при поломке одного насоса на резервный; подача звукового сигнала в случаях выхода из строя насосных агрегатов н переполнения уровня в приемном резервуаре;
2. дренажные приямки — сигнализация аварийного уровня;
3. напорные задвижки насосных агрегатов (при пуске агрегата на закрытую задвижку) — открытие и закрытие, сблокированное с работой насосов;
4. механические грабли — работа в соответствии с заданной программой;
5. электроотопнтельные приборы — включение и отключение электронагревательных приборов в зависимости от температуры в помещениях;
6. приемные резервуары иловых насосных станций — взмучивание сточной жидкости;
7. напорные трубопроводы иловых насосных станций — опорожнение после остановки насосов;
8. здание решеток с механической очисткой — включение и отключение механических граблей в зависимости от перепада уровней до и после решетки (засорение решетки) или по временному графику;
9. песколовки — включение гидроэлеватора для откачки песка по временному графику или в зависимости от уровня песка, автоматическое поддержание постоянного расхода;
10. отстойники, контактные резервуары — выпуск (откачка) ила (осадка) по временному графику или в зависимости от уровня ила; работа скребковых механизмов по временному графику или в зависимости от уровня ила; открытие гидравлического затвора при пуске подвижной скребковой фермы;
11. станции нейтрализации сточных вод, хлораторные на х торной извести — дозирование реагента в зависимости от расхода стоков.

Характерной особенностью сточных вод предприятий пищевой промышленности является отсутствие нормы азота и фосфора для биохимических процессов.

Поэтому возникает необходимость в добавлении недостающих элементов в виде биогенных добавок.

Внесение добавок сопряжено со сложностью регулирования объема добавок в зависимости от размеров поступления сточных вод и загрязнений. С учетом изменяющегося расхода сточных вод дозирование биогенных добавок особенно сложно, поэтому для измерения расхода сточных вод институтом Союзводоканалпроект разработана схема автоматизации, в которой применены диафрагмы и поплавковые показывающие дифманометры типа ДЭМП-280 с индукционными датчиками.

Импульсы от дифманометра передаются на электронный регулятор соотношения ЭРС-67, который электрическим исполнительным механизмом типа МГ, воздействуя на регулирующий клапан, приводит расход биогенных добавок в соответствие с размером поступления сточных вод. При этом необходимое расчетное соотношение между расходом сточных вод и биогенных добавок задается регулятору в зависимости от изменения концентрации загрязнений в сточных водах, поступающих на очистные сооружения.

Введение

1. Структура систем автоматического управления

2. Диспетчерское управление

3. Контроль работы очистных сооружений

Библиографический список

Введение

Автоматизация биологической очистки сточных вод - применение технических средств, экономико-математических методов, систем контроля и управления, частично или полностью освобождающих человека от участия в процессах, происходящих в песколовках, первичных и вторичных отстойниках, аэротенках, оксшпенках и др. сооружениях на станции биологической очистки сточных вод.

Главные цели автоматизации систем и сооружений водоотведения состоят в улучшении качества водоотведения и очистки сточной воды (бесперебойность отведения и перекачки сточных вод, качество очистки сточных вод и др.); сокращении эксплуатационных затрат; улучшении условий труда.

Основной функцией систем и сооружений биологической очистки сточных вод является повышение надежности работы сооружений путем контроля состояния оборудования и автоматической проверки достоверности информации и стабильности работы сооружений. Всё это способствуют автоматической стабилизации параметров технологических процессов и показателей качества очистки сточных вод, оперативной реакции на возмущающие воздействия (изменение количества отводимой сточной воды, изменение качества очищенной сточной воды). Оперативное обнаружение способствует локализации и ликвидации аварий и сбоев в работе технологического оборудования. Обеспечение хранения и оперативной обработки данных и представление их в наиболее информативном виде на всех уровнях управления; анализ данных и выработка управляющих воздействий и рекомендаций производственному персоналу координирует управление технологическими процессами, а автоматизация подготовки и обработки документов позволяет ускорять документооборот. Конечной целью автоматизации является повышение эффективности управленческой деятельности.

1 Структура систем автоматического управления

Внутри каждой системы имеются следующие структуры: функциональная, организационная, информационная, программная, техническая.

Основой создания системы является функциональная структура, при этом остальные структуры определяются самой функциональной структурой.

По функциональному признаку каждая системы управления подразделяется на три подсистемы:

· оперативный контроль и управление технологическими процессами;

· оперативное планирование технологических процессов;

· расчет технико-экономических показателей, анализ и планирование работы системы водоотведения.

Кроме того, подсистемы могут быть разделены по критерию оперативности (длительности выполнения функций) на иерархические уровни. Группы однотипных функций одного уровня объединяются в блоки.

Функциональная структура АСУ работы очистными сооружениями приведена на рисунке 1.

Рис.1 Функциональная структура АСУ работы очистными сооружениями

2 Диспетчерское управление

Основные технологические процессы, контролируемые и управляемые диспетчером на сооружениях биологической очистки сточных вод это:

· выгрузка песка из песколовок и сырого осадка из первичных отстойников;

· стабилизация значения рН воды, поступающей в аэротенки, на оптимальном уровне;

· сброс токсичных сточных вод в аварийную емкость и последующая постепенная подача его в аэротенки;

· сброс части потока воды в накопитель или подкачка из него воды;

· распределение сточной воды между параллельно работающими аэротенками;

· распределение сточной воды по длине аэротенка для динамичного перераспределения рабочего объема между окислителем и регенератором с целью накопления ила и повышения среднесуточного качества очищенной воды;

· подача воздуха для поддержания во всем объеме аэротенка оптимальной концентрации растворенного кислорода;

· подача возвратного активного ила для поддержания постоянной нагрузки на ил по органическим веществам;

· выгрузка ила из вторичных отстойников;

· вывод избыточного активного ила из аэротенков для поддержания его оптимального возраста;

· включение в работу насосов и нагнетателей и их выключение для минимизации энергозатрат на перекачку воды, ила, осадка и воздуха.

Кроме того, с контролируемых объектов в диспетчерские пункты передаются следующие сигналы: аварийное отключение оборудования; нарушение технологического процесса; предельные уровни сточных вод в резервуарах; предельная концентрация взрывоопасных газов в производственных помещениях; предельная концентрация хлора в помещениях хлораторной.

Если это возможно, помещения диспетчерских пунктов следует Располагать недалеко от технологических сооружений (насосных станций, воздуходувных станций, лабораторий и т.д.), так как выдача управляющих воздействий производится на различные электронные и пневматические регуляторы или непосредственно на исполнительные механизмы. В диспетчерских пунктах предусматриваться вспомогательные помещения (комнаты отдыха, санузел, кладовая и ремонтная мастерская).

3 Контроль работы очистных сооружений

На основании данных технологического контроля и управления процессами прогнозируют график поступления сточной воды, ее качество и график энергопотребления для минимизации общих затрат на обработку воды. Контроль и управление этими процессами осуществляются с помощью вычислительного комплекса, работающего в режиме либо советчика диспетчера, либо автоматического управления.

Качественный контроль процесса и оптимизированное управление им могут быть обеспечены при измерении таких параметров, как степень токсичности сточной воды для микроорганизмов активного ила, интенсивность биоокисления, БПК поступающей и очищенной воды, активность ила и другие, которые нельзя определить непосредственным измерением. Указанные параметры могут быть определены путем расчета на основании измерения скорости потребления кислорода в технологических емкостях малого объема со специальным режимом нагрузки. Скорость потребления кислорода определяют по времени снижения концентрации растворенного кислорода от максимальных до минимальных заданных значений при отключении аэрации или по уменьшению концентрации растворенного кислорода за заданное время в тех же условиях. Измерение производят в установке циклического действия, состоящей из технологического блока и микропроцессорного контроллера, управляющего узлами измерителя и вычисляющего скорость потребления кислорода. Время одного цикла измерения составляет 10-20 мин в зависимости от скорости. Технологический блок может устанавливаться на мостике обслуживания аэротенка или аэробного стабилизатора. Конструкция обеспечивает работу измерителя на открытом воздухе в зимнее время. Скорость потребления кислорода может определяться непрерывно в реакторах большого объема при пост. подаче активного ила, сточной воды и воздуха. Система снабжена дозаторами с плоской струей производительностью 0,5-2 и 1ч. Простота конструкции и большие расходы воды обеспечивают высокую надежность измерения в производственных условиях. Измерители могут быть использованы для непрерывного контроля нагрузки по органическим веществам. Большую точность и чувствительность измерения скорости потребления кислорода обеспечивают манометрические системы измерения, оборудованные герметичными реакторами, давление в которых поддерживается за счет добавки кислорода. Источником кислорода служит, как правило, электролизер, управляемый импульсной или непрерывной системой стабилизации давления. Кол-во поданного кислорода является мерой скорости его потребления. Измерители этого типа предназначены для лабораторных исследований и систем измерения БПК.

Основное назначение АСУ подачей воздуха - поддержание заданных концентраций растворенного кислорода во всем объеме аэротенка Стабильную работу таких систем можно обеспечить, если использовать для управления сигнал не только кислородомера, но и расхода сточной воды или скорости потребления кислорода в активной зоне аэротенка.

Регулирование систем аэрации позволяет стабилизировать технологический режим очистки и снизить среднегодовые затраты электроэнергии на 10-20%. Доля энергозатрат на аэрацию составляет 30- 50% себестоимости биологической очистки, а удельные энергозатраты на аэрацию изменяются от 0,008 до 2,3 кВт’ч/м.

Типовые системы управления выпуском ила поддерживают заданный уровень раздела ил - вода. Фотодатчик уровня раздела устанавливают у борта отстойника в застойной зоне. Качество регулирования подобных систем может быть улучшено, если применить ультразвуковой сигнализатор уровня раздела сред. Более высокое качество очищенной воды можно получить, если применить для регулирования следящий уровнемер раздела ил - вода.

Для стабилизации илового режима не только отстойников, но и всей системы аэротенк - насосная станция возвратного ила - вторичный отстойник необходимо поддерживать заданный коэффициент рециркуляции то есть, чтобы расход выгружаемого ила был пропорционален расходу поступающей сточной воды. Уровень стояния ила измеряется для косвенного контроля изменения илового индекса или неисправности системы регулирования расхода иловой смеси.

При регулировании сброса избыточного ила необходимо вычислять количество ила, приросшего в течение суток, для удаления из системы только приросшего ила и стабилизации возраста ила. Этим обеспечиваются высокое качество ила и оптимальная скорость биоокисления. Из-за отсутствия измерителей концентрации активного ила эту задачу можно решить с помощью измерителей скорости потребления кислорода, т.к. скорость роста ила и скорость потребления кислорода взаимосвязаны. Вычислительный блок системы интегрирует количество потребления кислорода и количество удаленного ила и 1 раз в сутки корректирует заданный расход избыточного ила. Система может использоваться как при непрерывном, так и при периодическом сбросе избыточного ила.

В окситенках предъявляются более высокие требования к качеству поддержания кислородного режима из-за опасности интоксикации ила при высоких концентрациях растворенного кислорода и резкого снижения скорости очистки при малых концентрациях. При эксплуатации окситенков необходимо управлять как подачей кислорода, так и сбросом отработанных газов. Подачу кислорода регулируют либо по давлению газовой фазы, либо по концентрации растворенного кислорода в активной зоне. Сброс отработанных газов регулируют либо пропорционально расходу сточной воды, либо по концентрации кислорода в обработанном газе.

Библиографический список

1. Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод/ учебник для ВУЗов: – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов,2006 – 704с.

Полная автоматизация процессов водоочистки

Одно из ключевых преимуществ оборудования компании «Осмотикс» – это полная автоматизация процессов очистки.

Полная автоматизация процессов очистки сточных вод – участие человека сведено к минимуму.

Установка очистки управляется промышленным контроллером и функционирует в автоматическом режиме. Все происходящие процессы контролируются и управляются автоматически. Участие человека в работе системы сведено к минимуму.

Для автоматизации очистки стоков «Осмотикс» используются современные промышленные программируемые логические контроллеры производителей Schneider Electric, Omron. На базе данных систем строится отказоустойчивая система управления, в которой предусмотрена обработка аварийных ситуаций, дублирование управляющих сигналов, а так же блокировки, не позволяющие процессу выйти из предела значений, безопасного для обслуживающего персонала и эксплуатации оборудования.

Контроллер по заданному программистами алгоритму выдает управляющие сигналы на блоки управления оборудованием: частотные регуляторы, контакторы, реле и собственные блоки управления оборудования.

На оператора возлагается лишь принятие наиболее важных решений. Для работы оператора существует удобная система управления установкой, позволяющая настраивать ее работу, менять параметры процесса, следить за его состоянием.

Все параметры выводятся на экран управления и доступны оператору в любое время, хотя в автоматическом режиме его вмешательства и не требуется.

На экране управления представлены все основные показатели процесса, а так же выводятся предупредительные и аварийные сигнализации. При срабатывании критических аварийных сигнализаций контроллер автоматически скорректирует режим работы установки для недопущения аварийной ситуации.

Обратная связь с установкой происходит с помощью возвращаемых блоками управления оборудованием сигналов о работе или аварии, а так же с помощью показаний датчиков, передаваемых на контроллер с помощью электрических сигналов.

Создаваемые нами системы автоматизации позволяют с помощью различных интерфейсов, таких как RS-233, ModBus, или единичных электрических сигналов выдавать на системы управления заказчика данные о состоянии работы установки.
Так же существует возможность передачи данных по GPRS каналу на удаленные расстояния. Эти средства позволяют вести удаленный мониторинг и архив режимов работы установки за длительный промежуток времени.

Также ведется автоматическая отчетность, все параметры эксплуатации очистных сооружений «Осмотикс» доступны в виде журнала и при необходимости могут быть распечатаны, что удобно для отслеживания изменений в составе стоков и анализа работы оборудования.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Автоматизация технологических процессов и производств, на современном этапе, внедряется во все отрасли промышленности. Одним из главных преимуществ АСУ ТП является снижение, вплоть до полного исключения, влияния человеческого фактора на управляемый процесс, сокращение персонала, минимизация расходов сырья, повышение качества производимого продукта, и в конечном итоге существенное повышение эффективности производства. Основные функции, выполняемые подобными системами, включают в себя контроль и управление, обмен данными, обработку, накопление и хранение информации, формирование сигналов тревог, построение графиков и отчетов

1. Характеристика сточной воды на предприятия

Сточные воды - любые воды и атмосферные осадки, отводимые в водоёмы с территорий промышленных предприятий и населённых мест через систему канализации или самотёком, свойства которых оказались ухудшенными в результате деятельности человека.

Сточные воды бывают:

Производственные (промышленные) сточные воды (образующиеся в технологических процессах при производстве или добыче полезных ископаемых), отводятся через систему промышленной или общесплавной канализации

Бытовые (хозяйственно-фекальные) сточные воды (образующиеся в жилых помещениях, а также в бытовых помещениях на производстве, например, душевые кабины, туалеты), отводятся через систему хозяйственно-бытовой или общесплавной канализации

Поверхностные сточные воды (делятся на дождевые и талые, то есть образующиеся при таянии снега, льда, града), отводятся как правило через систему ливневой канализации.

Производственные сточные воды могут быть разделены:

По составу загрязнителей на:

Загрязнённые по преимуществу минеральными примесями;

Загрязнённые по преимуществу органическими примесями;

Загрязнённые как минеральными, так и органическими примесями;

По концентрации загрязняющих веществ.

В составе сточных вод выделяют две основных группы загрязнителей - консервативные, т.е. такие, которые с трудом вступают в химические реакции и практически не поддаются биологическому разложению (примеры таких загрязнителей соли тяжёлых металлов, фенолы, пестициды) и неконсервативные, т.е. такие, которые могут в т.ч. подвергаться процессам самоочищения водоёмов.

В состав сточных вод входят как неорганические (частицы грунта, руды и пустой породы, шлака, неорганические соли, кислоты, щёлочи); так и органические (нефтепродукты, органические кислоты), в т.ч. биологические объекты (грибки, бактерии, дрожжи, в т.ч. болезнетворные).

Технологический процесс объекта

Вся наружная установка оборудована бетонным покрытием с уклоном к сливным лоткам, для сбора атмосферных осадков и возможных проливов продуктов переработки.

Сбор от сливных лотков направляется в заглубленные емкости Е-314/1,2, расположенные по разным концам установки (технологическая схема). Собранная в емкостях вода откачивается насосами Н-314/1,2 в химзагрязненную канализацию (ХЗК) на КОС, при удовлетворительных результатах анализа собранной воды и получения разрешения на откачку у сменного мастера КОС. При откачке ведется контроль за наличием масляного слоя, и при его обнаружении откачка прекращается.

При значительном загрязнении воды, она по возможности разбавляется оборотной водой или вывозится шламовозкой в шламонакопитель КОС.

При обнаружении масляного слоя, его направляют на повторную переработку, через емкость О-23, используя бензовоз. Уровень в емкости Е-314/1 контролируется прибором LIA - 540.

Схема технологического процесса

Недостатки существующей системы:

- нет возможности отслеживать и анализировать уровень масляного слоя, снимаемую с датчика, что в свою очередь не позволяет нам контролировать весь технологический процесс.

- нет автоматизированной системы контроля и управления процессом.

- одними из главных преимуществ АСУ ТП, что не наблюдается в данной системе, является снижение влияния так называемого человеческого фактора на управляемый процесс, сокращение персонала, минимизация расходов сырья, повышение качества конечного продукта, и в конечном итоге существенное повышение эффективности производства.

- существующие устройства, внедренные в систему подвержены влиянию окружающей среды.

Общие принципы построения автоматизированных систем контроля и управления технологическими процессами

Существуют различные принципы построения систем контроля технологическими процессами, которые определяются: 1) местом в цепи управления оператора и 2) территориальным размещением технологических объектов.

Исходя из первого принципа, возможны следующие варианты построения систем.

Информационная система позволяет управляющему персоналу следить за ходом, протекающего процесса по вторичным измерительным приборам, в зависимости от показаний принимать то, или иное решении о регулировании хода процесса и, при необходимости, производить регулирование с помощью устройств с ручным управлением.

В зависимости от технической базы средств измерения возможны следующие способы реализации измерительных систем:

В первом случае в качестве вторичных измерительных устройств используются показывающие приборы. Данный способ позволяет оператору контролировать ход протекания процесса по показаниям стрелочных или цифровых приборов, заносить данные в учетный журнал, принимать решение о регулировании хода процесса и проводить его. При всей архаичности данного способа он до сих пор широко применяется, тем более что возможно дополнение средств измерения различными средствами сигнализации и дистанционного управления;

Во втором случае в качестве вторичных средств измерения используются регистрирующие приборы: автоматические самописцы, потенциометры и другие подобные приборы, осуществляющие запись на диаграммную бумагу. Данный способ также требует постоянного наблюдения оператора за ходом процесса, но избавляет его от рутинной процедуры записи показаний. Для приведенных выше случаев характерна сложность поиска необходимых значений, зарегистрированных в различные промежутки времени, определенная сложность статистической обработки данных, т.к. требуется их ручная обработка или ручной ввод в ЭВМ, сложность создания замкнутой системы управления;

В третьем случае реализация информационной системы подразумевает сочетание средств измерения, обработки и хранения информации на базе электронно-вычислительной машины. Использование средств вычислительной техники позволяет создать автоматическую систему комплексной обработки информации о технологическом процессе. Такая система позволяет гибко подходить к обработке данных в зависимости от их содержания, кроме того, обеспечивается требуемая статистическая обработка полученных данных, хранение и представление их в необходимой форме на экране дисплея и твердом носителе, а также легко осуществляется передача сведений на значительные расстояния. Это обеспечивает возможность организации автоматизированной системы сбора, обработки, хранения, передачи и представления информации.

На современном этапе развития техники информационные и управляющие системы, построенные на базе средств цифровой вычислительной техники, служат основой автоматизированных и автоматических систем контроля и управления технологическими процессами и производством в целом.

Одной из разновидностью автоматизированных систем контроля является информационно-советующая система, иначе называемая системой поддержки принятия решения или экспертной системой. Данный вид систем реализует автоматический сбор технологических данных с объекта, необходимую обработку, хранение и передачу информации. Обработка информации позволяет преобразовать ее в формат пригодный для хранения в базе данных, извлечение из нее требуемых данных, на которых возможен синтез рекомендательной информации.

Развитием информационно-советующих систем является система автоматического управления (САУ). Построение САУ возможно как на базе аналоговой, так и на цифровой элементной базе. Наиболее перспективной базой, на данном этапе развития техники, являются микропроцессорные блочно-модульные системы сбора информации, дальнейшая обработка информации при помощи промышленных компьютеров, синтез управляющих воздействий и передача управляющих сигналов на объект управления передающими модулями блочно-модульной системы сбора - передачи информации.

Применение современной вычислительной техники позволяет также организовать передачу информации между различными системами автоматического управления, при наличии линий связи и соответствующих протоколов передачи информации. Таким образом, система автоматического управления, построенная на подобном принципе, обеспечивает решение задачи управления и контроля технологическим объектом, возможность интеграции системы с другими уровнями иерархии.

По территориальному расположению системы контроля и управления подразделяются на централизованные и распределенные системы.

Централизованные системы характеризуются тем, что объекты управления территориально рассредоточены и управляются с центрального пункта управления, реализованного на цифровой управляющей машине. При том достоинстве, что в одном пункте управления сосредотачивается вся информация о состоянии технологического процесса и производится управление, подобная система является существенно зависимой от состояния и надежности линий связи.

Распределенные системы управления позволяют управлять рассредоточенными объектами, на которые воздействуют автономные управляющие контроллеры. Связь с центральным пунктом осуществляется так называемым супервизорным контролем над всем ходом технологического процесса, а также вырабатываются и передаются необходимые сигналы коррекции на автономные управляющие контроллеры.

Кроме анализа общих принципов построения автоматизированных систем контроля, управления и требований, предъявляемых государственными стандартами при проектировании подобных систем, учитывались требования заказчика, предъявляемые к автоматизированной системе контроля технологическим процессом.

Прежде всего, сегодня необходимо объединить АСУ технологическими процессами и центральную диспетчерскую в единую информационную систему. Не менее важно автоматизировать трубопроводы. Это позволит точно и оперативно получать важную технологическую информацию: давление, температуру, расход транспортируемого вещества.

Информация подобного рода нужна технологам для проведения профилактических и ремонтных работ, оценки стабильности протекания технологического процесса. Измерение количества транспортируемой углекислоты необходимо для технологического учета. В конечном итоге появляется оперативный доступ к информации, что повышает качество принятия управленческих решений.

В работе поставлены и решены задачи:

1) Доскональное изучение всего технологического процесса и обоснование необходимости внедрения автоматизированной системы.

2) Подбор датчиков и приборов для реализации поставленной задачи.

3) Выбор аппаратной части системы.

4) Разработка функциональной схемы с учетом внедрения элементов автоматизации технологического процесса.

5) Разработка программно-аппаратных средств автоматизированной системы контроля и управления технологическим процессом.

6) Описание функциональности и технических возможностей внедренной автоматизированной системы.

Функциональная схема объекта с внедренной автоматизированной с и стемой

Описание функциональной схемы автоматизированной системы

Функциональная схема автоматизации технологического объекта представлена на рис. (2). На схеме указано расположение первичных измерительных преобразователей контроля технологически. Датчики системы выполнены из материалов, устойчивых к воздействиям окружающей среды и имеющих взрывозащищенное исполнение, а так же выдержки давления до 10,0 МПа. Автоматизированная откачка сточных вод из емкости Е-314/1 производиться с помощью регулирующего клапана позиции LV 540/1, работающим с волновым радарным датчиком уровня позиция LIDC 540 Rosemount 5300 (по разделу фаз). При достижении уровня воды 100% открывается регулирующий клапан FV 540/1. Который подает оборотную воду в емкость, за счет гидростатической силы. При достижении масляного слоя, который определяется датчиком уровня LIDC 540 (по разделу фаз) клапан закрывается.

2. Перечень применяемых приборов

1) Уровень LIDA - 540: Rosemount 5300

Rosemount 5300 - это двухпроводные волноводные уровнемеры для измерения уровня и уровня границы раздела жидкостей, а также уровня сыпучих сред. Rosemount 5300 обеспечивают высокую надежность, современные меры обеспечения безопасности, простоту использования и неограниченные возможности подключения и интеграции в системы АСУТП.

Принцип действия волноводных уровнемеров:

Rosemount 5300 основан на технологии рефлектометрии с временным разрешением (TDR = Time Domain Reflectometry). Микроволновые наносекундные радарные импульсы малой мощности направляются вниз по зонду, погруженному в технологическую среду. Когда радарный импульс достигает среды с другим коэффициентом диэлектрической проницаемости, часть энергии импульса отражается в обратном направлении. Разница во времени между моментом передачи радарного импульса и моментом приема эхо-сигнала пропорциональна расстоянию, согласно которому рассчитывается уровень жидкости или уровень границы раздела двух сред. Интенсивность отраженного эхо-сигнала зависит от диэлектрической проницаемости среды. Чем выше коэффициент диэлектрической проницаемости, тем выше интенсивность отраженного сигнала. Волноводная технология имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами измерений уровня, поскольку радарные импульсы практически невосприимчивы к составу среды, атмосфере резервуара, температуре и давлению. Поскольку радарные импульсы направляются по зонду, а не свободно распространяются в пространстве резервуара, то волноводная технология может с успехом применяться в малых и узких резервуарах, а также в резервуарах с узкими патрубками. В уровнемерах 5300, для удобства применения и обслуживания в различных условиях, использованы следующие принципы и конструкторские решения:

Модульность конструкций;

Усовершенствованная аналоговая и цифровая обработка сигнала;

Возможность использования зондов нескольких типов в зависимости от условий применения уровнемера;

Подключение двухпроводным кабелем (питание подается по сигнальному контуру);

Поддержка коммуникационного цифрового протокола HART, что обеспечивает вывод данных в цифровом виде и возможность дистанционной настройки прибора при помощи портативного коммуникатора модели 375 или 475 либо персонального компьютера с установленным программным обеспечением Rosemount Radar Master.

2) FV 540 - запорно - регулирующий клапан

Запорно-регулирующий клапан предназначен для автоматического управления потоками жидких и газообразных сред, включая агрессивные и пожароопасные, а также для перекрытия трубопроводов.

Принцип действия регулирующего клапана заключается в изменении гидравлического сопротивления, а, следовательно, пропускной способности клапана за счет изменения проходного сечения дроссельного узла. Управление перемещением плунжера осуществляется приводом. При перемещении штока привода под действием управляющего сигнала плунжер клапана совершает возвратно - поступательное движение во втулке. На цилиндрической поверхности втулки в зависимости от требуемой условной пропускной способности и проходной характеристики выполнен набор отверстий или профилированных окон. Площадь отверстий, через которые дросселируется рабочая среда, зависит от высоты подъема плунжера.

Мембранно-пружинный привод прямого или обратного действия преобразует изменение давления сжатого воздуха, подаваемого в рабочую полость, в перемещение штока. При отсутствии давления сжатого воздуха в рабочей полости привода плунжер под действием усилия, развиваемого пружиной, устанавливается в крайнее нижнее положение в приводе НЗ (исполнение - нормально - закрытый).

Позиционер предназначен для повышения точности позиционирования штока привода и соединенного с ним штока клапана.

3) Технограф -160М

Приборы показывающие и регистрирующие ТЕХНОГРАФ 160М предназначены для измерения и регистрации по двенадцати каналам (К1-К9, КА, КВ, КС) напряжения и силы постоянного тока, а также не- электрических величин, преобразованных в электрические сигналы постоянного тока или активное сопротивление.

Приборы могут применяться в различных отраслях промышленности для контроля и регистрации производственных и технологических процессов.

Приборы позволяют осуществлять:

Позиционное регулирование;

Индикацию номера канала на одноразрядном табло и значения измеряемой величины на четырехразрядном;

Аналоговую, цифровую или комбинированную регистрацию на диаграммной ленте;

Обмен данных по каналу RS-232 или RS-485 с ПК;

Измерение и регистрацию мгновенного расхода (корнеизвлечение), а также регистрацию среднего или суммарного значения расхода за час.

Регистрация осуществляется шестицветной фломастерной печатающей головкой, ресурс записи один миллион точек для каждого цвета.

Параметры интерфейса: скорость передачи 2400 бит/с, 8 бит данных, 2 стоп-бита, без контроля на четность и без сигналов готовности.

4) Универсальны й промышленный регулятор КР5500

Регуляторы универсальные промышленные серии КР 5500 предназначены для измерения, индикации и регулирования силы и напряжения постоянного тока или активного сопротивления от датчиков давления, расхода, уровня, температуры и др.

Регуляторы могут применяться в металлургической, нефтехимической, энергетической и других отраслях промышленности для контроля и регулирования производственных и технологических процессов. Несомненным преимуществом этих приборов является расширенный диапазон климатических условий их применения: они могут работать в диапазонетемператур -5…+55°С при влажности 10…80%.

Универсальные промышленные регуляторы серии КР 5500 являются высокоточными и надежными приборами самого современного уровня, с программируемым пользователем законом регулирования (П, ПИ, ПИД) и с 1 или 2-мя выходами различных типов. Обмен данными с ПК осуществляется посредством интерфейсов RS 422 или RS 485. Функции корнеизвлечения и возведения в квадрат позволяют контролировать не только температуру, но и другие параметры технологических процессов - давление, расход, уровень в единицах измеряемой величины. Результаты измерений отображаются на светодиодном табло.

Назначение

Регуляторы с цифровой индикацией и программируемым типом закона регулирования - ПИД, ПД, П - предназначены для измерения и регулирования температуры и других неэлектрических величин (давления, расхода, уровня и др.), преобразованных в электрические сигналы силы и напряжения постоянного тока.

Заключение

сточный технологический контроль автоматизированный

В данной работе был рассмотрен вопрос об автоматизации технологического процесса сбора очистки сточных вод.

Первоначально было установлено, какие параметры нам необходимо контролировать и регулировать. Затем выбраны объекты регулирования и оборудование, с помощью которого можно достичь поставленной цели.

Высокая эффективность применения автоматизированного регулирования параметров и оптимизации работы различных технологических систем с механизмами, работающими в переменных режимах, подтверждена многолетним мировым опытом. Применение автоматизации позволяет оптимизировать работу технологических установок и улучшить качество выпускаемой продукции.

Список литературы

1. Проектная документация цеха ИФ - 9. ОАО «Уралоргсинтез» 2010

2. Уровнемеры волноводные Rosemount 5300. Руководство по эксплуатации.

3. Каталог продукции «Современные средства контроля, регулирования и регистрации технологических процессов в промышленности» НФП «Сенсорика» Екатеринбург.

4. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности / Лапшенков Г.И., Полоцкий Л.М. Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Химия, 1988, 288 с.

5. Каталог продукции и применений ОАО «Теплоприбор» Челябинск

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Обзор основных функций автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП), способы их реализации. Виды обеспечения АСУ ТП: информационное, аппаратное, математическое, программное, организационное, метрологическое, эргономическое.

презентация , добавлен 10.02.2014


Обоснование необходимости очистки сточных вод от остаточных нефтепродуктов и механических примесей. Три типоразмера автоматизированных блочных установок для очистки. Качество обработки воды флотационным методом. Схема очистки вод на УПН "Черновское".

курсовая работа , добавлен 07.04.2015


Изучение технологического процесса сушки макарон. Структурная схема системы автоматизации управления технологическими процессами. Приборы и средства автоматизации. Преобразования структурных схем (основные правила). Типы соединения динамических звеньев.

курсовая работа , добавлен 22.12.2010


Определение концентрации загрязнений в сточной воде перед очистными сооружениями. Требуемые показатели качества очищенных сточных вод. Горизонтальные песколовки с круговым движением воды. Гидромеханизированный сбор песка. Схема очистки бытовых вод.

контрольная работа , добавлен 03.11.2014


Система регулирования и контроля температуры в реакторе-автоклаве при производстве поливинилхлорида. Структурная схема автоматизации технологического процесса фильтрования. Принцип действия приборов системы регулирования. Конструкция шлангового клапана.

курсовая работа , добавлен 01.02.2014


Метрологические характеристики и погрешности измерений и измерительных приборов. Технические данные, назначение, устройство и принцип работы логометров. Основные виды, принципы действия и области применения механических и гидростатических уровнемеров.

контрольная работа , добавлен 02.11.2010


Проблемы автоматизации химической промышленности. Возможности современных систем автоматизированного управления технологическими процессами предприятий химической промышленности. Главные особенности технологического оснащения химических предприятий.

реферат , добавлен 05.12.2010


Классификация сточных вод и методы их очистки. Основные направления деятельности предприятия "Мосводоканал". Технологическая схема автомойки и процесс фильтрации воды. Структурная схема управления системой очистки воды, операторы программы CoDeSys.

отчет по практике , добавлен 03.06.2014


Анализ возможности автоматизации процессов очистки сточных вод. Составление структурной схемы уровня воды для наполнения резервуара. Разработка алгоритма функционирования системы автоматизации и интерфейса визуального отображения измерительной информации.

дипломная работа , добавлен 03.06.2014


Исследование технологического процесса систем тепловодоснабжения на предприятии и характеристики технологического оборудования. Оценка системы управления и параметров контроля. Выбор автоматизированной системы управления контроля и учета электроэнергии.

Эпов А.Н. гл. технический специалист

Канунникова М.А. канд. техн. наук,
директор направления «Водоснабжения
и водоотведения» ООО «Домкопстрой»

Наиболее сложной системой управления в очистке сточных вод является управление сооружениями биоочистки с удалением азота и фосфора. В отличие от начала внедрения этих технологий в России в середине - конце 90-х годов, сейчас для реализации данной системы имеется широкий выбор надежных датчиков и контроллеров, позволяющих реализовывать практически любые идеи по автоматизации управления процессами. Благодаря современному оборудованию основные проблемы по созданию систем управления процессом биологической очистки с совместным удалением азота и фосфора в основном решены. С другой стороны, определение конфигурации системы АСУТП для таких технологий в практике проектирования до сих пор является проблемой и предметом совместного творчества проектировщика-технолога, проектировщика АСУ и специалистов заказчика. Решение о конфигурации и объеме системы АСУТП для современных сооружений биологической очистки принимается индивидуально для каждого конкретного проекта. Анализ проектов показывает, что системы управления проектируются как с избыточной сложностью, так и с недостаточной оснащенностью для поддержания технологического процесса.

В ранних редакциях СНиП для принятых в те годы технологий существовали основные рекомендации по объему и конфигурации систем АСУТП. Конечно, сейчас для автоматизации процессов биоочистки они значительно устарели. Можно ли определить типовой состав системы АСУТП для современных станций очистки сточных вод и тем самым избежать ошибок уже на начальной стадии разработки проекта? В зарубежной практике для выполнения таких решений используется опыт работы десятков действующих станций. Подобный подход требует значительных инвестиций в научный анализ при эксплуатации очистных сооружений с биологическим удалением азота и фосфора. В России количество сооружений, построенных по современным технологиям биоочистки, существенно меньше, чем в Европе и ряде других стран. Отсутствует целенаправленное финансирование в изучение их работы, что заставляет искать иные способы для проработки оптимальных решений.

Наилучшим вариантом, предназначенным для реализации таких задач, является математическое моделирование процессов очистки сточных вод и системы АСУТП. Применение данного метода проектирования на базе программного комплекса GPS-X совместной работы системы автоматизации и объектов очистных станций при осуществлении проектов позволяет провести подробную разработку системы, уменьшает сроки пусконаладочных работ и повышает работоспособность системы АСУТП. Это наиболее прогрессивный и эффективный метод, с помощью которого можно проанализировать работоспособность и достаточность предлагаемых решений, определить расстановку датчиков с использованием имитационной модели, выбрать оптимальный вариант схемы и установить алгоритм управления.

Математическое моделирование достаточно широко применяется в России последние 10 лет. C использованием программного комплекса GPS-X при участии авторов были проведены работы по проектированию и анализу эксплуатации свыше 20 станций очистки сточных вод общей производительности более 6 млн м3/сутки.

Накопленный опыт в применении данных методов расчета сооружений с использованием математического моделирования и анализ его результатов позволяет определить состав и предпочтительные схемы управления для процессов биологической очистки и обработки осадка.

Цель, метод и основные правила управления

При разработке типовых решений системы АСУТП биологической очистки следует разделять цели управления и методы реализации.

Цель управления - поддержание определённого показателя на заданном уровне или в заданном диапазоне. Цель диктуется биологией процесса, требованиями к очищенной воде и его экономикой.

Метод реализации - каким образом и где измерять заданную величину, и какими технологическими воздействиями поддерживать. Метод определяется конструктивным оформлением процесса.

Основные цели управления для поддержания процесса совместного биологического удаления азота и фосфора были полностью сформулированы в 2002 г. в руководстве по проектированию и эксплуатации станций с биологическим удалением фосфора . Эти рекомендации использовались в качестве базовых при математическом моделировании систем управления станций с биологическим удалением азота и фосфора. Анализ выполненных работ по моделированию позволяет определить основные правила, соблюдение которых обеспечивает получение оптимальных по конфигурации систем управления процессом.

Правило № 1 - для стабильного удаления фосфора необходим контроль процесса удаления азота. Цели контроля:

защитить анаэробную зону от попадания нитратов;

максимально удалить нитратный азот, обеспечив совместную денитрификацию и дефосфатацию.

В основе данного правила заложено использование легко окисляемой органики фосфатаккумулирующими микроорганизмами (ФАО) и гетеротрофами в анаэробных и аноксидных условиях.

Современные представления о биохимии процесса использования легко окисляемой органики и энергии полифосфатных связей в анаэробных и аноксидных условиях, используемых в современных математических моделях, представлены на рис. 1.

Ферментируемые легко окисляемые вещества (растворенное биоокисляемое ХПК) в анаэробных условиях гидролизуется с производством летучих жирных кислот (ЛЖК), при этом происходит рост факультативно аэробных микроорганизмов гидролиза и ацидофикации. Произведённые в результате гидролиза и присутствующие в воде ЛЖК (ацетата и пропионата) используются ФАО для накопления внутреннего резерва питательных веществ в виде биополимеров РНА. Для баланса степени окисления используемых ЛЖК и запасаемых субстратов используется гликоген. В качестве источника энергии - макро энергетические связи в полифосфатах. В этом процессе используется максимум ЛЖК, накапливается максимум РНА и выделяется максимум полифосфатов.

В присутствии связанного кислорода в нитритах и нитратах ферментируемая органика и часть ЛЖК используются гетеротрофными микроорганизмами в процессе денитрификации. ФАО микроорганизмы также взаимодействуют ЛЖК, но вместо использования гликогена и энергии полифосфатов часть ЛЖК окисляются с использованием связанного кислорода.

В результате резко снижается накопление запасаемых биополимеров микроорганизмами ФАО и выделение фосфора в анаэробной зоне. Из-за этого значительно падает эффективность удаления фосфора - меньше субстрата для роста ФАО в присутствии кислорода и отсутствует необходимость восстанавливать концентрацию полифосфатов в их клетках.

При поступлении нитратов и нитритов в анаэробную зону сначала происходят процессы, характерные для аноксидных условий, а затем при снижении концентрации связанного кислорода до минимума - процессы, характерные для анаэробных условий. Таким образом, эффективность накопления запасаемых биополимеров и выделение фосфора зависят от соотношения массы поступающих легко окисляемых
веществ и массы поступающего связанного кислорода.

Это хорошо подтверждается данными, полученными при обследовании и моделировании городских очистных сооружений г. Якутска (рис. 2). Масса поступающего связанного кислорода пропорциональна концентрации нитратов в конце зоны денитрификации, откуда направляется рецикл ила в анаэробную зону. Ограничение концентрации нитратов, поступающих в анаэробную зону, на уровне около 1 мг/л позволяет добиться высокого выделения в ней фосфора. Также следует отметить, что денитрификация до данного уровня протекает без снижения скорости процесса.

Правило № 2 - контроль качества очищенной воды проводится по показателям концентрации аммонийного азота. Для контроля нитрификации необходим оптимальный кислородный режим и возраст ила.

Концентрация растворенного кислорода и концентрация аммонийного азота наряду с органическими и неорганическими ингибиторами оказывают решающее влияние на скорость роста микроорганизмов нитрификаторов как первой, так и второй фазы нитрификации.
Контроль концентрации растворенного кислорода - наиболее распространенный параметр при построении схем АСУТП. Цели контроля:

обеспечить требуемую глубину очистки по БПК и азоту аммонийному;

избежать перерасхода энергии на аэрацию.

Оптимальная концентрация растворенного кислорода для процесса нитрификации определена как по литературным данным, так и экспериментально - рис. 3. Во всех случаях повышение концентрации кислорода выше оптимальной не ведет к улучшению нитрификации, а только вызывает перерасход воздуха .

Возраст ила является ключевым фактором во всех методиках расчета сооружений с биологическим удалением азота и фосфора и при эксплуатации сооружений .

В современных моделях различают следующие показатели возраста ила:

Аэробный возраст ила эта величина определяет допустимые скорости роста микроорганизмов нитрификации первой и второй фазы.
Определяется как отношение массы ила, находящейся в аэробных условиях, к массе выводимого из сооружений ила. Меньшие значения возраста принимаются при концентрациях аммонийного азота от 1 мг/л в отсутствии жёсткого нормирования по нитритам. Для достижения более глубокой нитрификации принимаются большие значения возраста ила. Также увеличение или уменьшение возраста ила связано с изменением температуры стока и наличием ингибиторов нитрификации. На рис. 4 представлена зависимость аэробного возраста ила от температуры при полной нитрификации, а также возраст ила, необходимый для начала процесса нитрификации в аэротенках.

Анаэробный возраст ила отвечает за рост микроорганизмов гидролиза и ацидофикации, происходящих в анаэробных условиях. В зависимости от необходимости получать дополнительные ЛЖК в анаэробной зоне возраст анаэробного ила составляет от 1-х до 3-х суток. Определяется как отношение массы ила в анаэробной зоне к общей массе выводимого ила.

Общий возраст ила определяет соотношение видов биомассы в биоценозе и глубину самоокисления ила. Общий возраст ила определяется как отношение массы ила во всех зонах аэротенка (анаэробной, аноксидной и аэробной) к массе выводимого с приростом ила. В каждом случае в процессе существует оптимальный возраст ила. Уменьшение общего возраста ила не позволяет получить оптимальные аэробный и анаэробный возраст ила и осуществлять процессы денитрификации. Увеличение возраста приводит к развитию процессов автолиза ила и снижению эффективности удаления фосфора (рис. 5 и рис. 6).

Приоритетность целей управления

Поскольку рассмотренные цели управления могут противоречить друг другу при работе конкретной станции, при проектировании системы управления надо определить приоритеты.

Приоритетность целей управления показана на рис. 7 и объясняется следующим образом:

. восстановление нитрификации связано с ростом нитрификаторов и может занимать до двух недель. Действия системы управления ни в коем случае не должны приводить к потере нитрифицирующих микроорганизмов. В зарубежной практике, в том числе в рекомендациях по расчёту аэротенков ATV при неблагоприятных условиях (к примеру, сезонном снижении температуры стоков) рекомендуется предусматривать возможность увеличения аэробного объема аэротенков за счет зоны денитрификации;
. восстановление денитрификации связано с перестройкой ферментативной системы и занимает от нескольких минут (переключение на другой фермент в дыхательной цепи) до нескольких часов (синтез ферментов). Следует учитывать, что при нарушении или недостаточном времени денитрификации растет концентрация нитратов в очищенной воде.
Величина концентрации азота нитратов в очищенной воде технологически может корректироваться только при наличии специальных сооружений доочистки. Поэтому при необходимости допускается при неблагоприятных условиях использовать для денитрификации часть или всю анаэробную зону аэротенка;
. восстановление удаления фосфора связано как с перестройкой ферментативной системы, так и с ростом ФАО. Восстановление процесса занимает от нескольких минут (переключения в ферментативной системе) до суток (рост концентрации ФАО в биоценозе). Концентрация фосфора легко корректируется реагентом как на стадии биологической очистки, так и при доочистке, поэтому временная потеря эффективности дефосфатации при управлении дозированием реагента не ведет к ухудшению качества очищенной воды.

Методы реализации управления

Рассмотрим, какими методами может быть реализована система управления, решающая поставленные цели, на примере схемы биологической очистки стоков с применением процесса UCT.

На рис. 8 представлена принципиальная схема процесса UCT в наиболее полном варианте реализации, включающая анаэробную зону, аноксидную зону, зону с переменным режимом (можно поддерживать различные условия - аэробные, аноксидные или периодической аэрации), аэробную зону и вторичный отстойник. Первая цель - ограничить массу азота нитратов (и нитритов) Q2CNO3 так, чтобы она была значительно меньше массы поступающих органических веществ Q1C1. Основной проблемой в этом случае является вопрос, чем померить это соотношение. Здесь, на первый взгляд, напрашиваются два варианта:
1) Измерить концентрации поступающего азота нитратов и растворенных органических или растворенных биоокисляемых веществ. Для реализации такого подхода потребуется измерять два расхода, концентрацию азота нитратов и концентрацию растворенных органических веществ химическими или биохимическими методами. Такое измерение возможно, но система получится достаточно сложной и дорогой.
2) Поскольку мы ограничиваем влияние азота нитратов - измерять их концентрацию в анаэробной зоне. Здесь надо учитывать, что при низких концентрациях азота нитратов он является лимитирующим фактором процесса денитрификации (как акцептор электронов аналогично кислороду в аэробных процессах). Следовательно, остаточная концентрация азота нитратов будет подчиняться уравнению Моно. Т.е. при низких концентрациях азота нитратов они практически не удаляются вследствие падения скорости реакции. В результате при низких концентрациях (по результатам моделирования - менее 0,1 мг/л) азота нитратов в анаэробной зоне возможны два варианта:
. низкая концентрация достигнута в результате малой массы азота нитратов, поступающей в анаэробную зону;
. низкая концентрация достигнута в результате удаления азота нитратов в анаэробной.

Таким образом, измерение окажется малочувствительным.

В руководстве по проектированию и эксплуатации станций с биологическим удалением фосфора отмечалось, что при контроле удаления азота одним из полезных измерений является измерение окислительно-восстановительного потенциала Еh. Величина Еh (при постоянном рН) определяется балансом окислителей и восстановителей в растворе, т.е. способностью принимать или отдавать электроны, а также характером окислителя и восстановителя. Величина Еh существенно падает при изменении окислителей в следующем порядке - растворенный кислород - нитриты и нитраты - сульфаты. Таким образом, использование датчика Еh позволяет оценить роль нитритов и нитратов в процессах, происходящих в анаэробной зоне, и соотношение окислителя и органики.

Поэтому использование Еh для контроля анаэробной зоны является достаточно простым и надежным методом.

Для того, чтобы поддерживать оптимальную величину Еh, в рассматриваемой технологии возможно управлять расходом Q2 и концентрацией нитратов CNO3.

Управление расходом реализуется достаточно просто за счет применения насоса с использованием частотных регуляторов, и, как правило, используется во всех схемах с процессами на основе UCT, однако это влияет на диапазон регулирования (ограничено в интервале ±30 %). Уменьшать величину расхода рецикла меньше нерационально, так как это противоречит основной задаче данного рецикла - подаче активного ила в анаэробную зону. Увеличивать более тоже нецелесообразно, так как с увеличением расхода растет не только масса подаваемого ила, но и снижает ся время нахождения в анаэробной зоне.

Для того, чтобы управлять концентрацией нитратов CNO3, есть несколько вариантов. Первый вариант - управлять массой поступающего азота в рецикле денитрификации Q4CNO3 выход за счет изменения расхода Q4. Данный принцип управления наиболее легко реализуем - концентрация нитратов измеряется непосредственно в конце зоны денитрификации, а насос регулируется частотным регулятором. Управление данным рециклом применяется в большинстве схем с удалением азота и совместным удалением азота и фосфора. Регулирование данного рецикла технически ограничено возможностями совместной работы насоса и частотного регулятора, а технологически - достижением необходимой концентрации нитратов в очищенной воде.

Аналогично массой поступающего азота Q3CNO3выход можно управлять за счет изменения расхода Q3. Данный вид управления сложней, та как, как правило, расход возвратного ила регулируется не насосом, а водосливами на камерах возвратного ила, а насос вторично регулируется по уровню в резервуаре. Также данный вид регулирования технически ограничен повышением уровня стояния ила во вторичном отстойнике LeSL (см. рис. 8) при снижении расхода рецикла. Такое регулирование применяется в технологических схемах, создаваемых на основе процесса MUCT4 - с выделением отдельной зоны денитрификации возвратного ила. При этом желательно отслеживать уровень стояния ила во вторичных отстойниках.

Другим вариантом управления массой азота, поступающей в денитрификатор (Q3 + Q4)∙CNO3выход, является регулирование концентрации азота нитратов в очищенной воде. Такой метод регулирования применяется, как правило, совместно с регулированием расхода рецикла денитрификации, при наличии зон с переменным режимом. Для регулирования нитри-денитрификации в зонах с переменным режимом используется расход воздуха Qair1.

Снижение концентрации растворенного кислорода до уровня одновременной нитри-денитрифкации или периодическое отключение подачи воздуха происходит всегда с обратной связью по концентрации азота аммонийного NH4, чтобы не нарушить процесс нитрификации. При этом обязательно вносится поправка в расчет аэробного возраста.

Для зон с периодической аэрацией аэробный возраст рассчитывается как:

где TA/TD отношение времени аэрации и денитрификации;
W - объем зоны аэротенка, м3;
ai - доза ила, г/л;
ar - доза ила в возвратном иле, г/л;
qi - расход избыточного ила, м3/сутки.

Аэротенки «карусельного» типа

В некоторых проектах для организации процесса нитри-денитрификации используются аэротенки с «карусельным» принципом перемешивания. В этом случае при организации регулирования следует различать два принципиально разных случая.

Первый случай - «короткая карусель» (рис. 9). Если на выходе из системы аэрации поддерживается концентрация растворенного кислорода, оптимальная для процесса нитрификации, то за время прохождения потока от выхода из системы аэрации до возвращения, концентрация растворенного кислорода не успевает снизиться до уровня прохождения процессов денитрификации. При этом справедливо:

где L - длина пробега от конца до начала аэрационной системы (м), v - скорость движения воды в «карусели» (м/сек), CO2 - концентрация
кислорода после аэрационной системы (мг/л), OUR - средняя скорость потребления кислорода (мгО2/г СВ в сек), ai - доза ила (г/л).
В среднем длина пробега для потери кислорода составляет 50 м.
Такие сооружения оптимально работают в режиме периодической аэрации, который контролируется по датчикам растворенного кислорода и азота аммонийного. По концентрации азота аммонийного происходит включение/выключение подачи воздуха.

Принципиально другим случаем является «длинная карусель» (L/v››CO2 / (OUR∙ai), когда время пробега позволяет снизить кислород до оптимума денитрификации и выделить в «карусели» зону денитрификации в пространстве (рис. 10).

В этом случае можно регулировать протяжённость зоны денитрификации, т.е. устраивать зону с переменным режимом в «карусели». Управление зоной переменного режима осуществляется по общему принципу - включение/выключение подачи воздуха Qair1 осуществляется по датчику азота аммонийного. При включенной системе аэрации концентрация кислорода поддерживается на оптимуме нитрификации по датчику кислорода О2(1). Подача воздуха в часть карусели, которая всегда аэробна, производится по датчику кислорода О2(2), расположенному в конце аэробной зоны и обеспечивающему начало процесса денитрификации в точке подачи стока.

Поддержание концентрации растворенного кислорода в аэрируемых зонах

Поддержание концентрации растворенного кислорода в аэрируемых зонах может происходить с использованием разных алгоритмов.
Рассмотрим подробнее их достоинства и недостатки.
Прямое регулирование расхода воздуха представлено на рис. 11.
Это самый простой в осуществлении алгоритм регулирования. Такое регулирование может осуществляться непосредственно от встроенных контроллеров приборов определения концентрации растворенного кислорода. Данный метод имеет следующие ограничения:
. Нет защиты по минимальному расходу воздуха - при снижении расхода может быть нарушена минимальная интенсивность аэрации с расслоением иловой смеси и выпадением ила на дно аэротенка.
. Нет защиты по максимальному расходу воздуха - при увеличении расхода воздуха возможны длительные перегрузки аэрационной системы.
. Нет обратной связи по азоту аммонийному.

Данный метод рекомендуется для дополнительного регулирования расхода воздуха в отдельных аэрируемых зонах по длине аэротенка, он неприменим для зон с переменным режимом и при регулировании всей системы аэрации задвижкой на главном воздуховоде, так как может приводить к нарушениям технологии очистки и снижению срока службы аэрационной системы.

Второй метод управления - однокаскадный алгоритм управления расходом воздуха (рис. 12). В этом случае по результату сравнения заданной и текущей концентрации кислорода рассчитывается новое значение расхода воздуха, которое поддерживается задвижкой по расходомеру.

Такой алгоритм регулирования значительно надежней и является основным, принимаемым для управления расходом воздуха, в том числе и одной задвижкой на главном воздуховоде.

В данном случае можно поддерживать как минимальный, так и максимальный расход воздуха, обеспечивая минимальную интенсивность аэрации и предотвращая перегрузки системы аэрации. Отсутствует только связь с концентрацией азота аммонийного.

При необходимости использования сигнала датчика азота аммонийного используется наиболее сложный двухкаскадный алгоритм регулирования (рис. 13).

В этом случае к регулированию расхода воздуха по предыдущему принципу добавляется изменение «уставки» по растворенному кислороду по результатам измерения концентрации азота аммонийного. Это самый сложный алгоритм управления и самый дорогой по приборному обеспечению. Его рекомендуется применять в зонах с переменным режимом для получения наиболее глубокой денитрификации при сохранении качества очистки по азоту аммонийному.

Управление возрастом ила

Управление возрастом ила - процесс медленный, который, в принципе, может осуществляться как системой автоматики, так и оператором. При поддержании возраста наиболее важен рассчитываемый при моделировании так называемый «динамический возраст ила» - средняя величина за последний интервал времени, соответствующий величине расчетного возраста. На многих действующих станциях контроль возраста ила не ведется или ведется неправильно, так как определения прироста рассчитывается по различным формулам (часто устаревшим).

Концентрация ила в иловом рецикле со вторичных отстойников исходя из баланса масс может быть рассчитана:

Для сооружений, где весь активный ил подается в голову аэротенков, текущая величина возраста ила может быть рассчитана следующим образом:

где SAт - общий возраст ила, Waт - общий объем аэротенка, Qi - расход избыточного ила, Ri - коэффициент рециркуляции ила.

При наличии анаэробной зоны, куда подается ил из зоны денитрификации, доза ила в ней меньше и зависит от коэффициента рециркуляции в анаэробную зону. В этом случае доза ила в анаэробной части рассчитывается:

где: aan- доза ила в анаэробной части сооружения, ai - доза ила в аноксидной и аэробных зонах, Ra - коэффициент рециркуляции в анаэробную зону.

Тогда общий возраст ила в таких сооружениях:

Такой метод расчета возраста учитывает только значения расходов и значительно проще реализуется при автоматизации управления.

Пример схемы управления для очистных сооружений

В заключение рассмотрим схему управления двух коридорным аэротенков с применением процесса UCT, разработанную с применением описанных принципов для очистных сооружений г. Киров (рис. 14).

Ограничение массы поступающих в анаэробную зону нитратов достигается за счет регулирования расхода рецикла в анаэробную зону по датчику Еh и за счет регулирования рецикла денитрификации по датчику азота нитратов NO3 в зоне денитрификации. Предусмотрено автоматическое регулирование «уставки» NO3 при невозможности достижения заданного диапазона величины Еh путем регулирования рецикла в анаэробную зону. Для использования анаэробной зоны в качестве денитрификатора в неблагоприятных условиях предусмотрено введение оператором более высокой «уставки» Еh.

Общее регулирование концентрации растворённого кислорода происходит по двухкаскадному принципу от кислородного датчика О2 и расходомера воздуха Qair общей задвижкой на воздуховоде. Достижение постоянной концентрации кислорода по длине аэротенка обеспечивается изменением плотности раскладки аэраторов. Поскольку в начале аэробной зоны колебания расхода при соблюдении заданной концентрации менее выражены, для корректировки расхода воздуха в этой зоне используется однокаскадный принцип регулирования с дополнительным датчиком кислорода.

Вычисление величины возраста ила происходит автоматически по описанному принципу за счет измерения расходов. Корректировка массы выводимого ила и оптимума возраста должна производиться оператором.

Выводы

Применение математического моделирования позволяет определить основные принципы конструирования систем автоматического управления аэротенками с биологическим удалением азота и фосфора.

Для контроля процесса удаления фосфора необходимо минимизировать влияние нитратов, поступающих с рециркуляционными потоками в анаэробную зону, для чего контролируется масса азота нитратов в рециркуляционных потоках. Основным методом контроля массы азота нитратов, поступающего в анаэробную зону, является контроль процесса денитрификации путем изменения рециркуляционных расходов
и кислородного режима в зонах с переменным режимом.

Контроль процесса в анаэробной зоне рационально проводить по датчику окислительно-восстановительного потенциала.

Для поддержания процесса нитрификации следует контролировать кислородный режим и аэробный возраст ила.

При построении системы следует придерживаться следующих приоритетов: сохранение процесса нитрификации, сохранение процесса денитрификации и лишь затем - биологическое удаление фосфора.