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

растворенного кислорода исследованного аэротенка для разных режимов работы приведены на рис. 66 и 67.

Таким же образом были исследованы аэротенки с рассредоточенным впуском сточных вод (см. рис. 69).

'О 5 10 15 № 25 и

Рис. 66. Распределение концентра­

Рис. 67. Изменение концентрации раство­

бинат)

/—3 — при разных режимах работы по нагрузке

При достаточно равномерном распределении сточных вод по отдельным впускам датчик может быть установлен между двумя любыми впусками на расстоянии 2 /з от первого по ходу потока иловой смеси. При неравномер­ ном распределении сточных вод датчик следует устанав-

160

ливать после наиболее нагруженного впуска также на расстоянии 2/з от этого впуска. Менее предпочтительна установка датчика на расстоянии нескольких метров пос­ ле последнего (по ходу иловой смеси) впуска. Подобную схему можно применять при резких суточных колебани­ ях расхода сточной воды, а также при наличии в сточ­ ной воде большого количества токсичных (для активно­ го ила) веществ.

Хотя место установки датчика по длине аэротенка может быть определено вполне достоверно заранее, при проектировании и строительстве следует обеспечить воз­ можность перестановки датчика. Подобная необходи­ мость может возникнуть при изменении нагрузки на ак­ тивный ил, а также при изменении химического состава сточных вод. Особенно это относится к аэротенкам с рас­ средоточенным впуском, в которых распределение сточ­ ных вод по длине может быть легко изменено по требованиям технологии. Кроме того, при установке дат­ чика-анализатора растворенного кислорода следует об­ ратить внимание на гидравлический режим в месте уста­ новки и направление течения потока. Датчик следует устанавливать с таким расчетом, чтобы поверхность мембраны была примерно параллельна оси потока воды. Гидравлический режим в месте установки датчика дол­ жен иметь относительно спокойный характер, так как колебания скорости напора жидкости могут исказить за­ пись контролируемого параметра.

Конструкция крепления датчика концентрации раст­ воренного кислорода в аэротенке должна обеспечивать возможность легкого извлечения его для осмотра, чист­ ки или замены гальванической ячейки. Наиболее рацио­ нально устанавливать датчик на поворотной штанге из газопроводной трубы диаметром 3 Д дюйма (рис. 68).

При проектировании САР концентрации растворенно­ го кислорода необходимо оценить инерционность аэро­ тенка по управляющему воздействию во всем диапазоне регулирования производительности аэраторов. Этот диа­ пазон при любой системе аэрации достаточно широк, чтобы согласовать подачу кислорода с колебаниями его потребления, возникающими при изменении количества и состава поступающих загрязнений. Производитель­ ность пневматических аэраторов регулируется изменени­ ем подачи воздуха, производительность механических аэраторов — изменением числа оборотов и глубины по-

Рис. 68. Установка датчика прибора ЭГ-152-003

/ — датчик в рабочем положении; 2—шкаф с преобразователем; 3—датчик в поднятом положении; 4 — поворотный шарнир; 5—штанга; 6—ограждение

гружения. Диапазон регулирования ограничен условием поддержания ила во взвешенном состоянии: для пнев­ матических аэраторов снизу — минимально допустимой интенсивностью аэрации, для механических аэраторов снизу — минимально допустимой скоростью вращения и сверху — максимальной высотой надводной части у тур­ бинных аэраторов и минимальной глубиной погружения у щеточных. Кроме того, диапазон регулирования при пневматической аэрации ограничен снизу минимально допустимой производительностью воздуходувок (по тре­ бованиям противопомпажной защиты).

Оценка длительности переходного процесса по кон­ центрации растворенного кислорода должна выполнять­ ся расчетом во всем ожидаемом диапазоне изменения использованных параметров. Расчеты, а также исследо­ вания, проведенные на аэротенках Филевской и Люблин­ ской станций аэрации (г. Москва) и Невинномысского химического комбината, показали, что при поддержании концентрации растворенного кислорода (2-^-4) ±0,5 мг/л переходные процессы, с учетом динамических характе­ ристик прибора ЭГ-152-003, заканчиваются в течение 15—20 мин.

Для определения динамических характеристик аэротенка в иловую смесь (рис. 69) были опущены дат-

162

чики ЭГ-152-003. Аэротенк возмущали скачкообразными изменениями расхода воздуха или расхода сточной воды (через отдельные окна). Осциллограммы колебания кон­ центрации растворенного кислорода при изменении рас­ хода воздуха и неизменной подаче сточной воды (рис. 70) характерны для апериодического звена первого по-

Ш

смесь

С, Ml/л

/

/

У

Рис. 70. Изменение концентрации кислорода в точке А1 (см. рис. 69) аэротенка при скачкообразном из­ менении расхода воздуха

/ — от 13 до 45%; 2 — от 45 до 29%

рядка с небольшим чистым запаздыванием, причем по­ стоянная времени зависит от величины вновь устано­ вившегося расхода воздуха и уменьшается с увеличени­ ем последнего (Т\<.Т2).

Кроме изменения подачи воздуха в систему вводи­ лись возмущения в виде колебаний расхода сточных вод

С, мг/л

5

А?'

k

3

2

в результате изменения очередности и степени открыва­ ния шиберов (рис. 71). При открывании шибера № 6 (ранее закрытого) наблюдалось уменьшение концентра­

сточной воды, вытекающей из более близко расположен­ ных к точке А1 шиберов, оказывает большее влияние на концентрацию растворенного кислорода в точке А1.

164

Между моментом открывания (или закрывания) шибера и началом изменения концентрации растворенного кис­ лорода в месте установки датчика проходит некоторое время — время запаздывания, пропорциональное рас­ стоянию между открываемым шибером и датчиком.

Для кривых разгона, снятых в точке А2, характерны большие время запаздывания и постоянная времени, чем для точки А1. Это вызвано меньшей интенсивностью аэрации (в точке А1—пять рядов фильтросных пластин, в точке А2 — два ряда). Возмущения, вызванные изме­ нением распределения сточных вод, нисколько не отрази­ лись на показаниях анализатора, установленного в кон­ це аэротенка (точка A3). Следует отметить, что пере­ ходные процессы (см. рис. 71) достаточно хорошо аппроксимируются дифференциальным уравнением пер­ вого порядка с запаздывающим аргументом. Причем по­ стоянные времени разных процессов близки друг к дру­ гу и зависят в данной точке аэротенка лишь от расхода аэрирующего воздуха.

На основании изложенного при отсутствии резких колебаний нагрузки, при величине заданной концентра­ ции растворенного кислорода, равной 2—4 мг/л, и при наличии быстродействующего регулирующего органа можно рекомендовать для САР концентрации растворен­ ного кислорода импульсные релейные законы регулиро­ вания. Уставка реле длительности импульса выбирается в зависимости от быстродействия регулирующего органа на воздуховоде аэротенка или нагнетателя таким обра­ зом, чтобы подача воздуха при каждом импульсе регу­ лирования изменялась не более чем на 5% номинальной. Реле длительности паузы должно допускать регулировку времени срабатывания от 5 до 30 мин. Если в месте ус­ тановки датчика ЭГ-152-003 ожидаются колебания ско­ ростного напора жидкости, то схемой управления долж­ на быть предусмотрена задержка сигнала на включе­ ние пульс-пары и магнитного пускателя.

На очистных сооружениях Невинномысского химиче­ ского комбината была смонтирована, налажена и пуще­ на в эксплуатацию более сложная система импульсного регулирования, имеющая широтную и частотную моду­ ляцию управляющего сигнала [61]. Схема предусматри­ вает два варианта закона регулирования (по выбору диспетчера). Первый вариант предназначен для регули­ рования при открывании задвижки не более чем на 5%,

165

второй вариант — при большем открывании. Выбор за­ движки в качестве регулирующего органа вынужденный и обусловлен отсутствием на Невинномысском химиче­ ском комбинате другой регулирующей арматуры нужно­ го диаметра (800 мм).

По первому варианту предусматривается изменение длины управляющего импульса в зависимости от на­ правления («открыть» или «закрыть») предыдущего им­ пульса. Если предыдущий импульс был в ту же сторону, что и последующий, то длина второго импульса мень­ шая, если предыдущий импульс был в противоположную сторону, то длина второго импульса большая. Такой за­ кон регулирования выбран для небольшого открывания задвижки, чтобы при изменении направления вращения электропривода задвижки можно было эффективно «вы­ бирать» зазоры в передаче и тем самым исключать авто­ матические колебания.

По второму варианту схемы предусматривается из­ менение продолжительности управляющего импульса в зависимости от степени открывания задвижки, т. е. учи­ тывается нелинейность расходной характеристики дис­ ковой задвижки. Длительность импульса имеет две гра­ дации. О положении задвижки можно судить по расходу воздуха. Параллельно пневматическому вторичному при­ бору расходомера включен электроконтактный мано­ метр, который и переключает реле времени импульса.

В обеих схемах регулирования длительность паузы оставалась неизменной при колебаниях концентрации растворенного кислорода в пределах ±0,9 мг/л от за­ данной. Однако если после истечения половины времени паузы концентрация растворенного кислорода отклоня­ лась от заданной более чем на ± 0 , 9 мг/л, то обе схемы регулирования посылали дополнительно длинный управ­ ляющий импульс. Обе схемы регулирования показали надежную и устойчивую работу при должном качестве регулирования в течение почти годового срока эксплуа­ тации.

Следует отметить, что если технологическая схема станции биохимической очистки (или технологии изго­ товления основного продукта) не гарантирует достаточ­ ного усреднения сточных вод перед поступлением их в аэротенки, а регулирующий орган снабжен быстродейст­ вующим электроприводом, то следует поставить в кон­ тур регулирования концентрации растворенного кисло-

166

рода вместо импульсного регулятора любой промыш­ ленный регулятор, имеющий на входе силу тока 0—Ъма и осуществляющий ПИ-регулирование с временем изодрома не менее 10 мин. При этом должны быть приня­ ты меры по уменьшению чувствительности регулятора и сглаживанию входного сигнала. Экстремальные кон­ такты вторичного прибора анализатора растворенного кислорода могут быть использованы для предупреди­ тельной сигнализации.

Для регулирования концентрации растворенного ки­ слорода в аэротенках предпочтительнее использовать пневматические регуляторы, воздействующие на заслон­ ки с пневмоприводом, так как регулирующий пневмо­ привод допускает большую частоту срабатываний, а пневморегуляторы имеют большой диапазон регулиро­ вания зоны нечувствительности и времени изодрома (время изодрома 20 мин). Сигнал от ЭГ-152-003 должен быть преобразован электропневмопреобразователем.

3. Контроль и автоматизация интенсифицированных

процессов биохимической очистки

Стремление интенсифицировать процесс биохимиче­ ской очистки в аэротенках привело к созданию нового метода очистки и новой конструкции сооружения, полу­ чившего название окситенка (ВНИИ ВОДГЕО [70], фирма «Union Corbide», США).

Принцип работы окситенка аналогичен работе рес­ пирометра (см. рис. 50). Органические вещества окисля­ ются в окситенке высококонцентрированным активным илом с интенсивным перемешиванием иловой смеси и с высоким насыщением кислородом. Концентрация иловой

и автоматического управления целым рядом операций, связанных с подачей иловой смеси и кислорода и удале­ нием продуктов жизнедеятельности микроорганизмов (рис. 72).

Сточная вода по трубопроводу V после первичного отстаивания подается в зону аэрации / окситенка, где перемешивается с активным илом. Аэрация и перемеши-

167

вание обеспечиваются механическим аэратором IX. Из­ быточный ил накапливается в зоне /// . Для поддержа­ ния концентрации кислорода на уровне 10—14 мг/л, вы­ ше равновесной в атмосферном воздухе, создается ис­ кусственная газовая среда с содержанием в среднем 70% кислорода. С этой целью в замкнутое надводное пространство // по газопроводу VI подается технический кислород (с концентрацией 95% кислорода). Обрабо­ танная иловая смесь из окситенка попадает в илоотделитель и далее отводится по трубопроводу XIII. Потреб­ ляемый в процессе биохимического окисления кислород непрерывно или периодически восполняется по мере па­ дения давления в надводном пространстве или концент­ рации кислорода в иловой смеси. САР кислородного ре­ жима может базироваться на использовании датчиков давления VIII и концентрации кислорода IV. Есть осно­ вание считать, что более надежна и динамична САР по давлению. Жизнедеятельность бактерий активного ила связана с потреблением кислорода и выделением дву­ окиси углерода, накапливающихся в надводном прост­ ранстве вместе с десорбированным из воды азотом, вследствие изменения состава надводной газовой фазы. Накапливаясь, эти газы уменьшают парциальное давле­ ние кислорода, так как

а значит, и его концентрацию. Возникает необходимость в непрерывном удалении продуктов жизнедеятельности либо в периодической продувке надводного пространст­ ва. Этой операцией целесообразно управлять с помощью системы, базирующейся на измерении кислорода датчи­ ком IV (ЭГ-152-003). Система управляет затворами на вентиляционном устройстве X и на газопроводе техниче­ ского кислорода VII. Уровень воды в гидрозатворе кры­ ши окситенка поддерживается регулятором XI, воздей­ ствующим на задвижку XII. Во время продувки работа окситенка не прекращается.

4. Автоматическое регулирование илового режима

радиальных вторичных отстойников

От режима работы вторичных отстойников, входя­ щих в технологическую схему станций биохимической очистки, зависит количество взвешенных веществ, посту­ пающих в водоем с очищенной сточной водой, и качест-

169