книги из ГПНТБ / Смирнов, Д. Н. Автоматическое регулирование процессов очистки сточных и природных вод

В Н ИИ ВОДГЕО, показали, что такой метод контроля возможен не только для чистых растворов Сг2 07, но и для сточных вод, имеющих примеси, хотя скачок э. д. с. при восстановлении Сг6 + в Сг3 + железным купоросом по­ лучается значительно меньшим, чем при обезврежива­

чика ЭЧПг-2 и преобразователя П-261. Датчик погруж­ ной, состоит из трех трубчатых штанг из титанового сплава. Две штанги предназначены для крепления электродов (в нижней их части) и размещения токопроводов, а в третьей, вспомогательной, размещена тяга привода механизма щеток для чистки электродов. Верх­ ние концы штанг приварены к крепежному фланцу. На фланце укреплены привод механизма очистительных ще­ ток и кабельная соединительная головка.

Индикаторный электрод (рис. 30, б) изготовлен из золотой фольги толщиной 0,3 мм, шириной 5 мм и дли­ ной 40 мм. Фольга впрессована в круглый пропиленовый стержень (диаметром 12 мм, длиной 125 мм) по его образующей. К золотому электроду припаян провод марки МГШВ-0,75 с наконечником. Сравнительным яв-

90

ет один оборот в минуту. Привод сообщает штоку воз­ вратно-поступательное движение. К концу штока при­ креплена вилка с резиновыми кольцевыми щетками, плотно облегающими рабочую поверхность электродов. Таким образом, конструкцией датчика предусмотрена механическая чистка не только индикаторного электро­ да, но и сравнительного стеклянного. Это сделано для того, чтобы обеспечить датчику более широкую область применения, особенно с целью рН-метрии. Устройство для крепления электродов в датчике прибора СХ-1 вы­ полнено под стандартные электроды. Золотой электрод можно заменить сравнительным хлорсеребряным, что­ бы получить датчик рН-метра, обладающий весьма цен­ ным для практики качеством: механической чисткой электродов. Как уже указывалось выше, проблема очи­ стки электродов от загрязнений в рН-метрии является весьма важной.

Во ВНИИ ВОДГЕО уже есть некоторый опыт ис­ пользования датчиков приборов СХ-1 для непрерывного измерения величины рН в сильно загрязненных жидкос­ тях (см. главу I I I ) .

Преобразователь прибора СХ-1 точно такой же, как и преобразователь прибора СЦ-1, т. е. П-261. Он также размещен в одном корпусе вместе с показывающим мил­ лиамперметром М-325. Поскольку прибор является только сигнальным, его шкала не имеет делений: она разделена на две зоны, отмеченные зеленой и красной краской, соответствующие концентрациям хрома до и после точки эквивалентности. Преобразователь имеет токовый и потенциальный выходы для подключения ре­ гистрирующих приборов: потенциометров или мостов. Регулирующие устройства этих приборов используются для сигнализации или управления исполнительными ор­ ганами системы дозирования реагентов.

Динамические свойства прибора СХ-1 характеризу­

экспериментальным путем. Возмущение наносилось сту­ пенчатым изменением концентрации раствора С г 2 0 7 . Сравнивая их с кривыми переходного процесса одного преобразователя П-261, можно легко видеть, что запаз­ дывание в основном вносится электродной системой. По­ стоянная времени Т составляет ~ 6 сек.

Переходный процесс установления показаний прибо-

92

pa CX-1 описывается уравнением (4); передаточная функция—уравнением (5).

Вторым методом непрерывного определения со­ держания хроматов в сточных водах (после потенциометрического) является полярографический метод. Он также может быть полностью автоматизирован и исполь­

смотря на некоторую сложность аппаратуры, полярогра­ фический метод достаточно перспективен, так как обла­ дает существенным преимуществом перед потенциомет-. рией: он дает возможность с высокой точностью

диффузионного тока от напряжения, налагаемого на электроды, фиксируется самопишущим прибором полярографа) имеет свой пик —точку максимума диффузи­ онного тока, соответствующую каждому определяемому веществу. Величина диффузионного тока (высота пика) пропорциональна концентрации данного вещества. Та­

93

вещества. Благодаря этому полярографический метод анализа весьма удобен для определения веществ в мно­ гокомпонентных растворах, каковыми, как правило, яв­ ляются сточные воды. Следует только иметь в виду, что применение полярографии ограничивается определенным кругом веществ -— электролитов.

На рис. 32 приведена переменнотоковая полярограмма раствора, содержащего ионы трех- и шестивалентно­ го хрома. Напряжение полуволны, равное 0,8 в, соответ­ ствует пику, определяющему Сг б + . Ордината пика дает концентрацию этого вещества в соответствующем мас­ штабе, который находят предварительной тарировкой по растворам с точно известной концентрацией вещества. Напряжение 1,5 в соответствует пику, характерному для данного фона. Концентрацию хрома определяют непо­ средственным измерением ординаты пика и умножени­ ем полученной величины на масштаб.

Для непрерывного контроля за содержанием вещест­ ва нет необходимости снимать всю полярограмму цели­ ком, достаточно на электродах электролитической ячей­ ки (датчика) поддерживать напряжение, равное напря­ жению полуволны этого вещества, и фиксировать силу тока. Сигнал об отклонении силы тока от заданной (со­ ответствующей заданной концентрации) можно исполь­ зовать для сигнализации или управления системой регу­ лирования. Таким образом, полярография на перемен­ ном токе открывает большие возможности для создания

полярографического фона (индеферентного раствораэлектролита) и удаление из анализируемого раствора кислорода. По данным П. И. Авруцкого, которому принад­ лежат исследования по применению полярографии для определения хрома в сточных водах производства ме­

уменьшения влияния на определение хрома таких ве­ ществ, как железо. При этом полярографическом фоне С г 6 + определяется напряжением полуволны, равным 0,8 в. Указанный фон дает строго линейную зависимость меж­ ду высотой хромового пика на полярограмме и концент-

94

Приспособлен для непрерывно-дискретного определения хрома в сточных водах. Причем речь идет главным об­

I

. L

По верхнви шкале начало,измерении

j •

I

Рис. 34. Подпрограмма хрома в процессе его восстановления

сконструирован в Харьковском отделении ВНИИ ВОДГЕО П. А. Авруцким [2] . За основу измерительно­ го блока был взят полярограф КАП-225ХП. Прибор (рис. 33) состоит из полярографического датчика, блока питания измерительного блока, самопишущего элект­ ронного потенциометра, сигнальной панели, блока уп-

96

равления и блока переключения диапазонов измерения (размещены внутри шкафа). Датчик содержит порш-

с электроприводами. Результаты измерений регист­ рируются на ленточной диаграмме, (рис. 34). Ступенчатый вид диаграммы концентрации хрома объ­ ясняется тем, что измерения производятся периодически с частотой 60—80 раз в 1 ч.

4. Выбор типа автоматизированной очистной установки

Как уже указывалось, очистные установки для каж­ дого из трех видов сточных вод гальванического произ­ водства могут быть периодического и непрерывного (проточного) действия.

Установки проточного типа значительно экономичнее по капитальным затратам; установки периодического действия считаются более надежными. При автоматиче­ ском управлении установками надежность и тех и дру­ гих по существу одинакова. При проектировании часто возникает вопрос: какой из этих двух типов установок следует принять? По затратам на автоматизацию и ее обслуживание совершенно равноценны те варианты, ко­ торые имеют одинаковое количество реакторов (безраз­ лично проточных или периодически действующих) на каждом потоке сточной воды, так как в этом случае ис­ пользуется одно и то же количество комплектов прибо­ ров контроля, средств управления и коммутационных устройств на электрических и гидравлических линиях коммуникаций. Таким образом, если количество стоков за один рабочий цикл окажется больше рабочей емко­ сти одного реактора периодического действия, а большей

емкости реактор нельзя применить по конструктивным или иным соображениям, то следует переходить на ре­ акторы проточного типа. Увеличение количества реакто­ ров в 2 раза на потоках циан- и хромсодержащих сточ­ ных вод усложняет систему автоматизации, по крайней мере, в 4 раза, так как каждый реактор оборудуется двумя системами контроля и управления.

С точки зрения экономики и качества очистки следу­ ет стремиться к уменьшению количества сточных вод и к повышению концентраций веществ-загрязнителей. Чем

выше концентрация, тем с большей полнотой и скоро­ стью идут химические реакции, тем меньше требуется ре­ агентов на единицу веса удаляемого вещества. Напри­ мер, при концентрации Сг6 + от 40 до 80 мг\л на 1 вес. ч. его требуется 7—7,2 вес. ч. восстановителя, а при кон­ центрации от 80 до 300 мг]л — 5—5,6 вес. ч.

Одно из самых эффективных мероприятий для умень> шения количества сточных вод и повышения в них кон­ центраций цианидов, хрома и сопутствующих им ве­ ществ— применение рациональных способов промывки обрабатываемых деталей. Так, например, применение двухступенчатой противоточной промывки вместо одно­ ступенчатой позволяет в десятки раз сократить расход промывной воды и во столько же раз повысить концент­ рацию загрязнений.

Некоторые прогрессивные методы очистки гальвани­ ческих стоков, такие как электрохимическое разложе­ ние цианидов, возможны только при достаточно высоких концентрациях этих веществ (300 мг/л и выше). Исклю­ чение составляет ионообменный метод, который дает удовлетворительные результаты только при сравнитель­ но невысоких концентрациях извлекаемых веществ.

Таким образом, перед проектированием очистных ус­ тановок следует ввести в гальваническом цехе наиболее рациональную технологию промывки деталей. Не следу­ ет забывать и об отработанных растворах электроли­ тов. Если не предусмотрена регенерация этих растворов, необходимо пропускать их через ту же очистную уста­ новку. Однако, поскольку концентрации в них веществ в десятки и даже в сотни раз больше, чем в промывных водах, в реакторы очистной установки без специальной подготовки подавать их нельзя, так как ни емкости ре­ акторов, ни дозировочные устройства на них не рассчи­ тываются.

Наиболее просто собирать отработанные электролиты в специальные резервуары-накопители, из которых по­ степенно выпускать их постоянной дозой в поток про­ мывных вод.

5. Принципы устройства систем автоматического регулирования очистных установок

До недавнего времени в нашей стране строились очистные установки только периодического действия с программным управлением процесса, которые, в лучшем

98

случае, дополнялись системой автоматического контроля величины рН. Эти системы позволяют вводить обезвре­ живающие реагенты и проводить реакции по заранее за­ данной временной программе. При этом контроль осно­ вывается на периодически проводимых лабораторных анализах. При сколько-нибудь значительных колебаниях концентраций загрязнений и количества стоков управле­ ние по жесткой программе и лабораторный контроль не могут обеспечить обезвреживания сточных вод с доста­ точной степенью надежности и гарантировать от про­ скоков ядовитых веществ в водоемы или в общую кана­ лизационную сеть. Полное же выравнивание концентра­ ции связано с большими капитальными затратами на строительство усреднителей.

Коренное улучшение очистки гальванических сточ­ ных вод достигается регулированием этого процесса по основным качественным параметрам, что стало возмож­ ным с появлением датчиков концентраций цианидов и хрома и освоением в этой области непрерывного регули­ рования по величине рН.

Кривые потенциометрического титрования, приве­ денные в пп. 1 и 2 этой главы, как закономерности изменения э. д. с. на электродах в зависимости от концент­ рации веществ, вступающих в реакции, могут рассма­ триваться в качестве статических характеристик процес­ сов обезвреживания циан- и хромсодержащих сточных вод. Рассматривая эти кривые, мы прежде всего долж­ ны отметить их ярко выраженную нелинейность и спо­ собность отклоняться от кривых для чистых растворов под влиянием примесей. Ранее было установлено, что эти свойства не являются серьезным препятствием для устройства систем регулирования, поскольку за регули­ рующий параметр берется э. д. с , отвечающая узкому участку этих кривых или даже одной точке.

Для обоснованного выбора САР недостаточно одних статических характеристик регулируемых процессов, не­ обходимы данные о кинетике реакций (см. рис. 23 и 27) и динамических свойствах реакторов. Динамические свойства реакторов проще всего определять по кривым переходных режимов процессов, снятым эксперименталь­ ным путем. В качестве примера можно привести кривые, полученные на проточной установке гальванического це­ ха Запорожского автомобильного завода (рис. 35). Из сопоставления этих данных видно, что постоянная вре-