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

ет определять непосредственно эти соотношения, выра­ жая их в единицах электрического потенциала — мил­ ливольтах.

Величина редокс-потенциала всех биохимических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности живых1 организмов, составляет 1250 мв (от —420 до +830 мв). Оптимальный уровень процесса биохимической очистки может характеризоваться самыми различными значе­

и ВПК, поскольку данные о ВПК получают только в ре­ зультате многосуточного анализа, а измерение величины еН можно вести непрерывно.

140

Исследования Н. Ю. Тугушевой и Ю. И. Вейцера [64], проведенные па смеси активного ила со сточной водой, взятой из канала после аэротенка на одной из мо­ сковских канализационных станций, подтвердили, что связь между величиной еН и ВПК носит характер опре­ деленной закономерности (рис. 56). Исследуемая смесь предварительно продувается азотом.

Величину еН измеряют электрометрическим мето­ дом. Электродная система составляется из платинового пластинчатого электрода с гладкой поверхностью (об­ щая площадь 4—6 см2) и стандартного электрода срав­ нения, каломельного или хлорсеребряного. Измеритель­ ные электроды из платиновой черни (в том числе элект­ роды типа ЭТПЛ) для измерения величины еН в сточных водах менее пригодны, так как они обладают каталити­ ческими свойствами — сорбированный их поверхностью водород изменяет состав воды в приэлектродном прост­ ранстве.

Следует отметить, что обработка поверхности плати­ новых электродов представляет собой еще не решенную задачу.

Внастоящее время специально для измерения ре- докс-потенциала в жидких средах Гомельский завод измерительных приборов выпускает стеклянные измери­ тельные электроды ЭО-01 (совместная разработка Ле­ нинградского университета и СКВ АП). Достоинство этого электрода заключается в том, что он не реагирует на присутствующий в воде растворенный кислород, что значительно упрощает измерение редокс-потенциала.

Внекоторых случаях измерять редокс-потенциал удобнее с помощью индикаторного электрода из золота. Для этих целей может быть использована электродная система датчика ЭЧПг-2, комплектуемого с прибором

СХ-1 (Гомельский завод измерительных приборов).

Вкачестве измерительного блока в системе для из­ мерения редокс-потенциала используются преобразова­ тель рН-261 и потенциометры ЭППВ-26.

Впоследнее время наметился новый подход к контро­ лю биохимического процесса очистки воды методом из­

141

(на рисунке — слева) и измерительного блока. Прин­ цип работы измерителя оптической плотности поясняет­ ся функциональной упрощенной схемой, приведенной на рис. 58.

Датчик прибора построен по схеме двухканального автоматического оптически компенсированного фотомет­ ра с одним фотоприемником. Суспензия микроорганиз­ мов непрерывно циркулирует через рабочий канал 13 кю­ веты. В эталонный канал 14 заливают питательную сре-

I

Рис. 58. Функциональная блок-схема измерителя оптиче­ ской плотности активного ила

ду или дистиллированную воду. Изменение концентрации суспензии в рабочей кювете вызывает разность интенсивностей световых потоков Ф и — Ф к , испускаемых ис­ точником 3. Световые потоки модулируются с частотой 400 гц обтюратором 2, который вращается электродви­ гателем 7, проходят через спектральный светофильтр 4,

светоприемника возникает периодический сигнал разба­ ланса, который проходит через усилитель 18 измери­ тельного блока и поступает на обмотку управления асинхронного двухфазного двигателя 7. Двигатель с помощью редуктора 9 вращает измерительный клин 10 до тех пор, пока световые потоки не уравняются в обеих кюветах. Напряжение на обмотку двигателя 7 подается с выхода из усилителя 19, источником входного сигнала которого служит вспомогательный светоприемник 8 — фотодиод ФД-1. Сдвоенный потенциометр 12 датчика находится на одной оси с двигателем 7 и может быть связан электрически с показывающим прибором, шкала которого отградуирована в единицах оптической плот­ ности или концентрации активного ила.

Штриховой оптический клин имеет линейную зависи-

143

мость от угла поворота. Чтобы увеличить чувствитель­

ключателя 5. Таким образом, оптический диапазон фо­ тометра составлен из двух поддиапазонов 0—ID и 1 — 2D. Кроме того, для возможности измерения на наи­ большем линейном участке функции D(x) применены сменные кюветы с толщиной просвечиваемого слоя 0,5; 1; 2; 4 и 8 мм. Для подстройки нуля имеется компенсаци­ онный клин

Фотометр оборудован стабилизатором напряжения выходных цепей 17 и источником стабилизированного напряжения 20 для питания источника света, электро­ двигателей и усилителей.

В выбранной схеме измерения концентрации актив­ ного ила величина отношения сравниваемых световык потоков определяется только коэффициентом компенса­ ции. Поэтому при качественном изготовлении и калиб­ ровке компенсатора (оптического клина) можно обес­ печить высокую точность и стабильность измерения. Погрешность фотометра определяется порогом чувстви­ тельности измеряемой величины и может быть сведена к минимуму при использовании высокочувствительных светоприемников с большим коэффициентом усиления. Кроме того, при регистрации малых световых модулиро­ ванных сигналов, воспринимаемых светоприемником, приобретают особое значение его шумовые свойства, ин­ тегральная чувствительность и инерционность. Наиболее эффективно решить эту задачу можно с использованием фоторезисторов. В принятой измерительной схеме дат­ чика в качестве чувствительного фотоэлемента выбран фоторезистор ФТГ-2А.

Как известно, при измерении оптической плотности в видимом участке спектра большое влияние на результа­ ты могут оказать флуктуации цветности суспензии актив­ ного ила. Применение фоторезистора ФТГ-2А, имеющего явно выраженную нелинейность спектральной характе­ ристики с пиком чувствительности в инфракрасной об­ ласти, а также светофильтра (см. рис. 58), поглощаю­ щего излучение в видимом участке спектра, позволяет исключить указанное влияние. Это было проверено в лабораторных условиях на иловых смесях, культивируе-

144

Светогорского целлюлозно-бумажного комбината), окис­

для кювет с толщиной просвечиваемого слоя 2 и 8 мм и нанесены экспериментальные точки, полученные на этом же активном иле, но разбавленном сульфитным щелоком или водопроводной водой. Концентрация органических загрязнений в первых двух случаях~200 мг БПКполн/-^- Отклонение опытных точек от кривой регрессии невелико.

Кроме того, проведены исследования корреляционной зависимости между концентрацией загрязнений в фильт­ рованной иловой смеси и оптической плотностью активно­ го ила. При изменении концентрации загрязнений (при постоянной концентрации активного ила) от 20 до 600 мг БПКшшн/л (как при сульфатном, так и при сульфитном щелоке) цвет иловой смеси изменялся от слабо окра­ шенного до темно-коричневого и черного. При этом оп­ тическая плотность активного ила (даже при малой его концентрации) практически не зависит от цветности воды.

На основании результатов этих опытов можно утвер­ ждать, что оптическая плотность активного ила (при из­ мерении ее в ИК-области спектра вышеописанным фото­ метром) зависит от концентрации микроорганизмов ак­ тивного ила и не зависит от цветности окружающей жид­ кой среды.

Длительные исследования точности и стабильности из­ мерения концентрации активного ила вышеописанным

фотометром были проведены на лабораторной установке (см. рис. 59). Показания фотометра сравнивались с вели­ чиной сухого веса активного ила, определяемой по стан­ дартной методике. На рис. 60 для кюветы с толщиной просвечиваемого слоя 4 мм приведены математические

Известно, что при погружении приборов в жидкость с активным илом наб­ людается их обрастание микроорганизмами. Помпа измерительной петли лабораторной установки обеспечи­ вает циркуляцию иловой смеси через измерительную кювету примерно 0,5—1 л/мин в зависимости от концент­ рации активного ила. При этом обеспечивается устой­ чивость показаний, а также почти полностью отсутствует зарастание стенок кюветы микроорганизмами активно­ го ила.

5. Автоматический сигнализатор заданного уровня осадка в отстойниках

При эксплуатации вторичных отстойников весьма важно поддерживать на определенном уровне активный ил (для возврата его в аэротенки и сброса прироста). Стабильность высоты столба ила в известной мере обес­ печивает и постоянное распределение его плотности по высоте, что позволяет возвращать в аэротенк активный ил с более или менее постоянной концентрацией. Авто­ матические сигнализаторы заданного уровня осадка яв­ ляются необходимым звеном системы автоматического регулирования блока аэротенк — отстойник.

Для поддержания уровня активного ила на заданной отметке изобретатели-рационализаторы Люблинской станции аэрации г. Москвы (Н. В. Гаврилов и др.) в свое время предложили фотоэлектрический сигнализатор. Од­ нако этот прибор, удачно использованный на московских очистных станциях, изготовлялся только для своих нужд и имел конструктивные недостатки. Более усовершенство­ ванный образец подобного сигнализатора СУФ-42 был разработан СКВ АП и изготовляется его Опытным заво­ дом [59].

Прибор СУФ-42 состоит из трех блоков: датчика, трансформатора и измерительного блока. Датчик — пог­ ружного типа (рис. 61), с дугообразным корпусом из не­ ржавеющей стали. На одном конце корпуса укреплен фоторезистор ФСК-Г1, на другом — источник света (лам­ па А-26). И фоторезистор, и источник света закрыты хо­ рошо отполированными стеклами с гидрофобным покры­ тием. Изменение оптической плотности среды между ис­ точником света и светоприемником вызывает изменение фототока и напряжения на нагрузочном сопротивлении фоторезистора. Сигнал, равный разности напряжения на резисторе, поступает на вход двухкаскадного полупро­ водникового усилителя (измерительный блок) и вызыва­ ет срабатывание исполнительного реле, контакты которо-

го включены в схему сигнализации или управления при­ водом выпускной задвижки и насосов. Датчик подвеши­ вается на кабеле, который имеет хорошо герметизирован­ ный вход в корпус. Датчик выпускается двух модифика­ ций— с базой 30 и 50 мм (датчик с меньшей базой пред­ назначен для сигнализации уровня сред типа осадка в

Рис. 61. Датчик сигнализатора СУФ-42 уровня осадка и ила

/ — гайка; 2— крышка; 3 — уплотнительные проклад­

первичных канализационных отстойниках). Измеритель­ ный блок —щитового типа, устанавливается на расстоя­ нии до 500 м от датчика. Питание измерительного блока и датчика производится через трансформатор, помещен­ ный в герметичный корпус. Трансформатор устанавли­ вается на расстоянии не более 15 м от датчика.

148

Сигнализатор СУФ-42 прошел длительную проверку в отстойниках Московской канализации (Люблино и Фили) и испытывался на вторичных отстойниках Невинномысского химического комбината. Он показал вполне удовлетворительную работоспособность как на первич­ ных, так и на вторичных отстойниках. Установлено, что при работе на активном иле чистить стекла следует при­ мерно в две недели один раз. Было отмечено, что порог срабатывания сигнализатора по концентрации находит­ ся около 0,5 г/л ила во вторичных отстойниках. Четкому срабатыванию прибора способствует то, что граница раздела «вода — осадок», «вода — ил» в отстойниках до­ статочно отчетливо выражена, следовательно концент­ рация активного ила и его оптическая плотность резко возрастают на границе раздела. Поэтому зона нечувст­ вительности датчика по высоте не превышает 50 мм.

Поскольку заполнение осадком или илом отстойни­ ков происходит сравнительно медленно, нет необходимо­ сти держать сигнализатор уровня осадка все время под напряжением, достаточно включать его периодически по вызову оператора или автоматически. Обычно для этого используется контактное устройство, замыкание которого связано с вращением скребкового механизма. Питание прибора СУФ-42 осуществляется от сети пере­ менного тока 220 в, 50 гц.

Дальнейшее развитие проблемы регулирования уров­ ня осадка в отстойниках шло по линии разработки обе­ гающего устройства, которое дает возможность пооче­ редно подключать несколько датчиков к одному измери­ тельному блоку. Это упрощает систему автоматизации при наличии большого числа отстойников и делает ее де­ шевле.

Такое многоточечное регулирующее устройство СУ-101 (рис. 62) разработано СКВ АП и предназначено для сигнализации, дистанционного контроля и автоматичес­ кого регулирования уровня активного ила и осадка в отстойниках очистных сооружений путем периодическо­ го опроса датчиков уровня по заданной временной про­ грамме. Это устройство имеет от 4 до 12 датчиков и трансформаторов, аналогичных СУФ-42 (по числу от­ стойников), и один общий измерительный блок. В из­ мерительном блоке размещены: блок сигнализатора датчиков, схема периодического опроса датчиков, схема проверки исправности ламп подсветки датчиков и регу-

149