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

во возвратного ила. Отделение ила от воды в отстойни­

111 i n i n 111

Рис. 73. CAP илового режима группы

родинамической обстановки в зонах осаждения и отста­ ивания и др.).

Приборы СУФ-42 и СУ-101 (см. п. 5 главы V) дают возможность построить упрощенные САР илового режи­

заданными отметками и поддерживающие уровень око­ ло одной отметки. Предпочтение следует отдать САР второго типа, базирующихся на применении одного дат­ чика уровня ила (рис. 73); они более соответствуют ди­ намическим свойствам отстойника и обеспечивают луч­ шее качество регулирования, имея к тому же один, а не два датчика.

Однако САР уровня ила, как уже отмечено, следует рассматривать лишь как первый этап в решении задачи регулирования илового режима, особенно когда речь идет о радиальных отстойниках. Наши исследования показали, что более объективным параметром служит

170

концентрация ила, выходящего из отстойника. Непре­ рывные измерения концентрации ила, произведенные Р. Т. Гумбатовым на радиальном отстойнике (D — 20 м) Невинномысского химического комбината, показали, что

Рис. 74. Кривые переходных процессов во вто­ ричных радиальных отстойниках

а — при скачкообразных изменениях расхода поступаю­ щей иловой смеси; б —то же, выходящего ила; / и

2 — уровень и концентрация ила при увеличении расхода; 3 и 4 — то же, при уменьшении расхода; I—VI — обороты

илоскребов

при постоянных нагрузке и уровне стояния ила его кон­ центрация на выходе меняется от 6 до 9 г/л. Колебания концентрации увеличиваются по мере уменьшения на­ грузки.

Измерения производились прибором типа РОИ (см. п. 4 главы V) с помощью следящего устройства, скон­ струированного на базе прибора СУФ-42. Распределение

171

плотности ила по высоте отстойника в общем подтверж­ дает ранее известную картину. Линейная зависимость плотности от высоты наблюдается лишь в придонных наиболее тонких слоях. В верхних слоях каждого от­ стойника складывается своя плотностная топография, существенно нарушаемая движением илососов. Очевид­ но, что позади движущегося илососа образуется воронка разреженной иловой смеси, куда устремляются верхние слои меньшей плотности. Эти факторы вносят возмуще­ ния в иловый режим радиального отстойника.

Несоответствие величин уровня стояния ила и его концентрации на выходе наблюдается также в переход­ ных режимах работы. На рис. 74 показаны кривые из­ менения концентрации уровня ила при скачкообразных изменениях расхода поступающей иловой смеси и расхо­ да выпускаемого ила. Концентрация ила непрерывно измерялась на выходе из отстойника уровень-датчиком, который перемещался на ферме скребка по среднему кругу отстойника. Данные измерений свидетельствуют, что при скачкообразном уменьшении расхода поступаю­ щей смеси уровень стояния ила и его концентрация уменьшаются не сразу, а спустя некоторое время. За­ паздывание может достигать 40 мин (два оборота ило­ соса).

Иная картина наблюдается при скачкообразном уве­ личении расхода выходящего ила — длительное запаз­ дывание в изменении уровня, в то время как концентра­ ция ила начинает снижаться через 3—4 мин работы илососа. При скачкообразном уменьшении расхода вы­ ходящего ила его концентрация возрастает с большей скоростью и меньшим запаздыванием-, чем уровень.

Из изложенного выше можно сделать вывод, что ре­ гулирование илового режима вторичных радиальных отстойников по уровню стояния ила не является лучшим решением и требует усовершенствования.

Г л а в а V I I

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА КОАГУЛИРОВАНИЯ ВОДЫ

1. Принципы автоматизации процесса

коагулирования. Пропорциональные дозаторы

Коагуляция — это один из часто применяемых прие­ мов очистки природных и сточных вод от взвешенных и коллоидных частиц. Как уже указывалось, в качестве

172

основных коагулянтов применяются сернокислый алю­ миний, железный купорос, оксихлорид алюминия, хлор­ ное железо и др.; в качестве флокулянтов, ускоряющих процесс коагуляции, — полиакриламид, активированная кремнекислота. Недостаток щелочности в коагулируе­ мой воде покрывается добавками щелочных реаген­ тов, чаще всего извести, а избыток нейтрализуется кис­ лотой.

Необходимость автоматического регулирования ко­ личества вводимых реагентов при коагуляции обуслов­ ливается тем, что в процессе обработки воды, с одной стороны, изменяется качественный и количественный состав загрязнений, с другой — концентрации рабочих растворов реагентов, стабилизация которых представля­ ет собой весьма сложную задачу. В этих условиях весь­ ма трудно поддерживать заданные дозы реагентов уст­ ройствами с ручным управлением, не имея к тому же пе­ ред глазами приборов, контролирующих характерные параметры.

Несмотря на то что коагуляция уже давно и широко применяется для обработки воды с различными целями, еще не найден параметр, который мог бы в полной мере характеризовать процесс коагуляции. При введении в

воду коагулянтов изменению подвергается целый ряд качественных показателей: изменяется солевой состав воды, и в частности содержание сульфатов и хлоридов, электропроводность, снижается величина рН, увеличи­ вается мутность. Однако эти физико-химические показа­ тели в отдельности в большинстве случаев не могут слу­ жить критериями для определения оптимальной дозы коагулянта, кроме того не каждый из них может быть измерен. Из-за сложности измерения не используется наиболее объективный показатель коагуляции ^-потен­ циал, которым обладают заряженные частицы взвеси и коллоидов.

Число принципов, на которых могут быть построены САР подачи коагулянтов для сточных вод, меньше, чем при подготовке питьевой воды. Так, например, при коа­ гулировании сточных вод практически исключено приме­ нение САР, построенных на 'базе кондуктометрических датчиков, так как солесодержание сточных вод высокое и переменное во времени. Нельзя использовать датчики, действующие на принципе центробежного моделирова­ ния процесса осаждения скоагулированной взвеси и поз-

173

воляющие найти оптимальную дозу коагулянта, посколь­ ку они применяются только в осветлителях со взвешен­ ным осадком.

Все системы автоматического дозирования коагулян­ тов в лучшем случае позволяют непрерывно поддержи­ вать заданную дозу коагулянта, заранее определенную пробным коагулированием, ни одна из них не способна устанавливать оптимальную дозу коагулянта, так как не связана с качественными параметрами процесса коа­ гулирования.

В связи с этим для регулирования процессов очистки сточных вод до сих пор применяют лишь системы объем­ но-пропорционального дозирования коагулянтов, осу­ ществляющие подачу коагулянта в определенном соот­ ношении с расходом обрабатываемой воды. Это соотно­ шение (доза) задается по результатам лабораторных анализов. Подобные САР строятся на базе расходоме­ ров воды и раствора коагулянта и регуляторов, обеспе­ чивающих заданное соотношение расходов. Расходомер для раствора коагулянта часто заменяется регулирую­ щим клапаном или иным регулирующим органом с ли­ нейной расходной характеристикой, а также насосом-до­ затором. По такому же принципу строятся САР подачи растворов полиакриламида и других флокулянтов. Про­ цесс подщелачивания воды, которое часто оказывается необходимым при коагуляции, можно автоматически ре­ гулировать по достаточно объективному показателю — заданной величине рН.

Таким образом, полностью автоматизированный про­ цесс коагулирования сточных вод может состоять из трех автономно действующих САР: подачи коагулянта, пода­ чи флокулянта, подачи щелочи; кроме того, они могут быть дополнены системой автоматизации операций, свя­ занных с приготовлением рабочих растворов реагентов и, в частности, стабилизации их концентраций.

В САР подачи коагулянта (рис. 75) с применением бака-дозатора типа ДИМБА расход обрабатываемой во­ ды в трубопроводе / измеряется с помощью сужающего устройства 2 типа сопла Вентури, дифманометра 3 и вто­ ричного прибора 4 со 100%-ным вторичным задатчиком. Расход раствора коагулянта оценивается по положению регулирующего органа дозатора (в данном случае но­ жа — делителя струи), которое однозначно определяет величину расхода.

174

Сигнал, пропорциональный расходу воды, с задатчика поступает на вход в регулятор 5 (РПИБ, РУ-4216А и т. п.). Выход из регулятора через реверсивный пуска­ тель 6 связан с электроприводом исполнительного меха­ низма 7 дозатора 8. На другой вход в регулятор от рео­ статного датчика исполнительного механизма поступает сигнал обратной связи. Таким образом, в этой САР об-

г

• -"-Sсмеситель

IВсмеситель

Рис. 75. САР подачи коагулянта

сприменением дозатора типа

ДИМБА

ратная связь осуществляется не непосредственно по рас­ ходу, а по положению регулирующего органа, опреде­ ляющего расход. В этом и состоит принципиальное отличие данной схемы. При нарушении заданного соот­ ношения расходов воды и реагента сигнал рассогласова­ ния включает исполнительный механизм дозатора, кото­ рый действует до тех пор, пока не восстановится преж­ нее соотношение расходов. Нижний предел пропускной способности подобной дозирующей системы по реагенту равен 1 м3/ч, так как дозатор типа ДИМБА при меньших расходах теряет необходимую точность дозировки.

175

Приведенная САР, как и все объемно-пропорциональ­ ные дозирующие устройства, рациональна в случае, ког­ да основное возмущение в системе возникает в связи с изменением расхода сточной воды при более или ме­

Рис. 76. САР пропорционального дозирования коагулянта с двумя расходомерами

коагулянта с реостатным вторичным датчиком; 5—ротаметр с индукционным датчиком; 7—регулирующий орган с бесконтактным исполнительным механиз­ мом; 8 — смеситель

Более совершенна по качеству обратной связи САР подачи реагента с применением двух расходомеров, один из которых измеряет расход реагента (рис. 76).

В качестве расходомера раствора реагента здесь ис­ пользован индукционный ротаметр типа РЭД с вторич­ ным прибором ЭПИД модели 4715. Органом, регули­ рующим расход реагента, служит клапан с реверсивным исполнительным механизмом (типа БИМ-2,5/120). За­ данное соотношение расходов поддерживается электрон­ ным бесконтактным регулятором БР-11.

Использование для обратной связи сигнала непосред­ ственно по расходу реагента позволяет избежать ошибок,

176

которые могут быть вызваны засорением регулирующе­ го органа.

Казалось бы, что вместо ротаметра (см. рис. 76) мож­ но было применит!... индукционный расходомер, однако такая замена нецелесообразна, так как индукционные расходомеры значительно дороже и сложнее в наладке и работа их крайне неустойчива на высококонцентриро­ ванных растворах, к которым относятся рабочие раство­ ры коагулянтов.

Весьма простым способом можно получить САР по­ дачи растворов реагентов, если использовать импульс­ ные дозаторы конструкции КБ Цветметавтоматика. В комплект дозатора входит клапан-питатель с индукци­ онным приводом и электронный импульсный регулятор РИ-1. Связав дозатор с расходомером обрабатываемой воды так, чтобы на вход в регулятор подавать управ­ ляющие сигналы от расходомера, получим дозирующее устройство, действующее по схеме стабилизации задан­ ного соотношения расходов. Число рабочих импульсов питателя в единицу времени и их продолжительность есть линейная функция величины напряжения на входе в регулятор, а следовательно, и расхода обрабатываемой

вать производительность дозатора или дозировать одно­ временно несколько реагентов от одного управляющего импульса (рис. 77).

Применение насосов-дозаторов в САР подачи реаген­ тов связано с необходимостью регулировать их произво­ дительность. Заводы-изготовители не комплектуют на­ сосы-дозаторы с регулируемыми приводами, и эту задачу приходится решать на стадии проектирования или при установке. По методам регулирования производительно­ сти насосов-дозаторов можно дать следующие рекомен­ дации. Производительность насосов-дозаторов серии НД с подачей реагентов до 1 мг/ч целесообразно регулиро­ вать с помощью асинхронного короткозамкнутого при­ вода в импульсном режиме работы двигателя, создавае­ мом электронным регулятором ( Р П И К - Ш идр.),навход в который подается сигнал от расходомера сточной во­ ды. Производительность насоса регулируется изменени­ ем продолжительности рабочих импульсов и пауз меж­ ду ними. Для насосов серии НД с подачей реагентов бо-

Рис. 77. САР подачи растворов двух реагентов (коагулянта и ще­

бор, дифманометр и сужающее устройство расходомера воды; 8 — растворные баки

Рис. 78. Блочная схема систе­ мы дозирования коагулянта с применением насоса-дозатора

178

лее 1 м3/ч и винтовых насосов можно рекомендовать два устройства, позволяющие плавно регулировать произво­ дительность: 1) цепные пластинчатые вариаторы типа ВЦД, оборудованные средствами автоматического регу­ лирования и дистанционного управления; 2) приводы се­ рии ПМС с электромагнитной муфтой скольжения и цен­ тробежным регулятором скорости.

В САР производительности насоса привод типа ВЦД оборудуется тахогенератором, исполнительным механиз­ мом, электронным регулятором Р П И Б и электропристав­ кой (рис. 78).

Расход обрабатываемой воды QB измеряется дифманометром типа ДМ с вторичным прибором ЭПИД, имею­ щим вторичный реостатный задатчик. Напряжение U3, снимаемое с этого задатчика, пропорционально величи­ не QB . В системе регулирования напряжение U3 сравни­ вается с напряжением UT тахогенератора, пропорцио­ нальным скорости п вращения вала насоса, а следова­ тельно, его подаче Qp .

При заданном соотношении QP /QB напряжение, пода­ ваемое на вход в усилитель электронного регулятора, должно быть равно нулю. Поскольку характеристика на­ соса Qp = f(n) при # = const линейна, но смещена отно­ сительно начала координат на некоторую величину, то для поддержания заданного соотношения QP /QB на вход в усилитель должно быть подано дополнительное напря­ жение Uо, соответствующее величине указанного соотно­ шения.

При нарушении заданного соотношения QP /QB САР появляется сигнал рассогласования, включающий испол­ нительный механизм, который меняет передаточное чис­ ло вариатора, а следовательно, и скорость вращения ва­ ла насоса до тех пор, пока сигнал рассогласования не будет равен нулю.

Схема САР производительности насоса, оборудован­ ного приводом серии ПМС, аналогична приведенной на рис. 78.

САР подачи коагулянта, построенная по принципу пропорционального по расходу воды дозирования, может быть усовершенствована звеньями, учитывающими ко­ лебания концентрации рабочего раствора реагента. Эти звенья будут корректировать дозу, соответствующую средней концентрации, стабильность которой обеспечи­ вается пропорциональной САР. Корректирующий сигнал