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

можно получить от кондуктометра (например, серии КК завода «Гориприбор»), измеряющего удельную электро­ проводность раствора реагента. При определенных усло­ виях электропроводность достаточно точно отражает кон­ центрацию. Сигнал от кондуктометра следует подавать на второй вход в регулятор. Дополнительные звенья, обеспечивающие коррекцию по электропроводности, по­ казаны на рис. 78 пунктиром.

2. Системы с использованием параметра

электропроводности воды

Кондуктометрические дозаторы, несмотря на некото­ рую ограниченность диапазона их применения, установ­ лены на ряде водоочистных станций. Эти дозаторы регу­ лируют дозу раствора реагента в зависимости от разности электропроводности исходной и обработанной коагулянтом воды с учетом ее температуры, которая, как известно, оказывает большое влияние на электропровод­ ность растворов. Электропроводность воды при коагули­ ровании увеличивается в связи с заменой бикарбонатных ионов НСО^" сульфатными ионами SO|~ либо хлоридными, а также в связи с внесением в воду вместе с коагулянтом различных примесей. Изменение электро­ проводности при тех дозах, которые применяют для очистки воды, обычно не превышает 25% электропро­ водности исходной воды.

Исследованиями установлено весьма существенное влияние на электропроводность коагулированной воды щелочности исходной воды. Относительная электропро­ водность воды пропорциональна дозе коагулянта только в определенных пределах щелочности. Следовательно, кондуктометрический прибор для контроля дозы коагу­ лянта не может иметь постоянной калибровки, если ще­ лочность исходной воды колеблется.

Фактором, сдерживающим применение описываемых дозаторов, является также высокое солесодержание во­ ды. При большом солесодержании относительная доба­ вочная электропроводность так мала, что лежит за пре­ делами точности прибора (3—5%). По этой причине на воде с высоким и непостоянным солесодержанием, как, например, на воде р. Москвы (Рублевская водопровод­ ная станция), кондуктометрические дозаторы оказались непригодными.

180

метод контроля процесса коагуляции, этот метод приго­ ден для маломинерализованных вод, где содержание со­ лей не превышает 5 мг-экв/л.

В настоящее время разработаны кондуктометрические дозаторы трех систем:

1)дозатор Чейшвили—Крымского, изготовляемый мастерскими Ленинградского водопровода;

2)дозатор Института коллоидной химии и химии во­ ды (ИКХиХВ) АН УССР, разработанный И. Т. Гороновским и др. (опытные образцы);

3)дозатор на базе промышленных кондуктометрических концентратомеров КК-1.

Дозаторы Чейшвили—Крымского и ИКХиХВ АН УССР подробно описаны в литературе [47, 50]. Они об­ ладают рядом недостатков. Дозатор системы Чейшви­ ли—Крымского имеет датчики проточного типа, что соз­ дает дополнительную инерционность измерений. Дозатор системы ИКХиХВ АН УССР комплектуется с довольно сложным и громоздким дозирующим устройством.

Наиболее современным решением системы автомати­ ческого дозирования коагулянта по разности электропроводностей исходной и обработанной воды является использование в схеме серийно выпускаемых кондуктометрических концентратомеров КК-1 и регулирующей аппаратуры. Кондуктометрический концентратомер КК-1 предназначен для измерения регистрации и регу- i лирования удельной электропроводности чистых (без механических примесей) водных растворов кислот, ще­ лочей и солей, приведенной к температуре 20° С, в преде­ лах 10~б—10~3 сим]см в интервале температур 1 —110° С при наличии температурной компенсации на +15° от рабочей точки.

Прибор измеряет разность электропроводностей ме­ жду растворителем (фоном) и раствором. Поэтому его показания не зависят от переменного солевого фона ра­ створителя.

Схема вычитания электропроводностей выполнена в виде уравновешенного моста, приводимого к балансу изменением проводимости в двух соседних плечах. Осо­ бенностью схемы является полная независимость пока­ заний от равных приращений проводимости одновремен­ но в обоих плечах. Другими словами, схема позволяет

181

измерять электропроводность, обусловленную растворен­ ным веществом, независимо от солевого фона раствори­ теля.

Прибор КК-1 состоит из показывающего прибора, из­ мерительного блока и двух комплектов датчиков. В за­ висимости от того, в каких пределах необходимо вести измерение электропроводности, к вторичному прибору

В качестве вторичного прибора используют электрон­ ные мосты типов ЭМД и КСП или другие приборы с со­ ответствующими характеристиками. Вторичный прибор должен быть снабжен регулирующим устройством.

Если прибор работает в схеме непрерывного регули­ рования, необходим 100%-ный реостатный задатчик, ес­ ли в схеме дискретного регулирования, — трехпозиционное контактное устройство

В системе автоматического регулирования процесса коагуляции, выполненной на базе прибора КК-1, один

мп

Рис. 79. САР дозирования коагулянта по разности электропроводностей исходной и обработанной воды

182

из датчиков прибора устанавливают на байпасе трубо­ провода, подающего воду в смеситель до ввода реаген­ та, а второй — после смесителя, в точке, где обеспечива­ ется полное перемешивание (рис. 79).

Сигнал по разности электропроводностей с реостат­ ного датчика вторичного прибора подается на электрон­ ный регулятор Р П И Б - Ш и сравнивается с заданием. При разбалансе регулятор воздействует на исполнитель­ ный механизм, перемещающий регулирующий орган в сторону увеличения или уменьшения подачи коагулянта. Регулирующий орган устанавливают на трубопроводе подачи коагулянта.

3. Система автоматического регулирования подачи

коагулянта по остаточной щелочности

При обработке воды гидролизующимися солями алю­ миния и железа большое значение имеет щелочность, характеризующая буферную емкость воды. Она опреде­ ляет щелочной резерв, необходимый для гидролиза коа­ гулянтов. В ряде случаев фактическая доза коагулянта в воде контролируется в лабораториях водопроводов по

строить по принципу стабилизации остаточной щелочно­ сти обработанной воды.

Остаточную щелочность измеряют либо промышлен­ ным титровальным аппаратом, описанным в главе I , ли­ бо непрерывно действующим прибором для автоматиче­ ского измерения щелочности воды, разработанным в ИКХиХВ АН УССР. От существующих автоматических гигрометров этот прибор отличается тем, что представ­ ляет собой титровальную установку, которая монтирует­ ся из выпускаемых отечественной промышленностью приборов. В установке применяется метод титрования кислоты исследуемой водой вместо принятого в лабора­ ториях метода титрования воды раствором кислоты. Это позволяет при постоянной подаче раствора кислоты при­ менять для измерения количества поступающей воды обычные расходомеры.

Установка состоит из следующих элементов: резер­ вуара с постоянным уровнем для 0,1 л раствора кисло­ ты, капиллярного дроссельного устройства, смеситель-

183

ра электрического типа РЭД с вторичным прибором ти­ па ЭПИД .

Схема действует следующим образом. В обработан­ ной коагулянтом воде автоматически измеряется оста­ точная щелочность аппаратурой, обеспечивающей непре­ рывное определение этого показателя и состоящей из датчика и вторичного прибора с позиционным регулято­ ром. Электрический сигнал датчика поступает на вто­ ричный прибор, фиксирующий щелочность воды. Пози­ ционный регулятор этого прибора через циклическое ре­ ле воздействует на исполнительный механизм дозатора коагулянта в случае отклонения остаточной щелочности от заданной величины.

Как уже было сказано выше, применение такой си­ стемы возможно лишь в тех случаях, когда исходная ще­ лочность природной воды меняется редко и незначитель­ но. Если щелочность исходной воды меняется в значи­ тельных пределах, например уменьшается, то может оказаться, что для поддержания остаточной щелочности на заданном уровне нужно будет почти полностью пре­ кратить подачу коагулянта. Естественно, что при этом заданная ранее остаточная щелочность не будет харак­ теризовать необходимую дозу коагулянта. В этом случае для создания щелочного резерва необходимо подщела­ чивать воду, для чего используется чаще всего известко­ вое молоко. Процесс подщелачивания регулируют по за­ данной величине рН. Схемы таких САР аналогичны при­ веденным в главе I I I .

4. Системы оптимального дозирования коагулянта

Наиболее реальный метод выбора оптимальной дозы коагулянта средствами автоматики заключается в ис­ пользовании таких качественных показателей воды, как прозрачность (мутность) и цветность, определяемых по-

184

еле полного или частичного отстаивания. По таком}' принципу была предпринята попытка сделать систему оптимального регулирования режима работы контакт­ ных осветлителей в АКХ им. Памфилова. Для упроще­ ния задачи и уменьшения инерционности системы была использована модель контактного осветлителя. Опти­ мальному режиму осветления воды отвечают окрестно­ сти точки перегиба А на кривой контактной коагуляции

жиму осветления отвечает доза коагулянта 0, при кото­ рой вторые производные

^= 0 и ^ > 0 .

Для соблюдения этого условия необходимо, чтобы

Оптимизирующее устройство, работая в режиме по­ иска, должно обеспечивать подачу коагулянта, соответ­ ствующую приведенному соотношению.

Структурная схема автоматического регулирования включает модель осветлителя с задатчиками дозы на вводе коагулянта, анализатор мутности (цветности) во­ ды, оптимизирующее устройство.

В модель контактного осветлителя подается часть об­ рабатываемой воды и заданная доза реагента. Обрабо­ танная вода, пройдя через модель, поступает на анали­ затор мутности (цветности) воды. После каждого цикла измерений доза коагулянта, поступающего в осветлитель и в его модель, получает приращение + Д 6 и изменяется

185

до тех пор, пока не будет найден режим, удовлетворяю­ щий оптимальным условиям.

В Институте коллоидной химии и химии воды АН • УССР для очистки высокоцветных природных вод раз­

При регулировании процесса коагуляции по цветно­ сти обработанной воды могут быть большие экономиче­ ские потери, связанные с перерасходом коагулянта, или недостаточная степень обесцвечивания из-за большого запаздывания и связанного с этим длительного перере­ гулирования системы. В результате исследований, про­ веденных в ИКХиХВ АН УССР, получена зависимость между значением времени t, необходимого для измере­ ния дозы коагулянта, и конкретными условиями процес­

В 2 (С0 — С2 )

Согласно полученному уравнению предложен вари­ ант решения задачи оптимизации процесса дозирования коагулянта с прогнозированием времени на изменение дозы и рассмотрена блок-схема САР дозирования коагу­ лянта, близкая к оптимальной, с применением вычисли­ тельного устройства-оптимизатора, вырабатывающего управляющий сигнал, пропорциональный рассчитанно­ му времени. Таким образом, в -качестве критерия опти­ мизации принята минимизация времени регулирования.

В Бакинском филиале ВНИИ ВОДГЕО А. Г. Блан­ ком и Р. Б. Беленьким [8] предпринята попытка по­ строить систему оптимального дозирования коагулянта при осветлении воды в осветлителях со взвешенным осадком. Основу системы составляет центробежная мо­ дель, ускоряющая процесс осветления в несколько раз. Основным элементом модели являются вращающиеся проточные прозрачные конические кюветы. Специальное фотометрическое устройство предназначено для опреде­ ления оптимальной дозы. Описанные выше оптимальные системы дозирования коагулянта находятся в стадии освоения или разработки и для широкого применения пока не рекомендуются.

186

Г л а в а V I I I

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ФТОРИРОВАНИЯ

ИОБЕСФТОРИВАНИЯ П Р И Р О Д Н О Й ВОДЫ

1.Принципы автоматизации процессов фторирования и обесфторивания

Природную воду, предназначенную для питьевых це­ лей, фторируют или обесфторивают в тех случаях, когда

В отечественной практике наибольшее распростране­ ние получили три варианта технологических схем приго­ товления реагентов: 1) приготовление насыщенного рас­ твора реагента в сатураторах; 2) приготовление разбав­ ленного (или насыщенного) раствора в растворных ба­ ках; 3) использование реагента в сухом виде.

По схеме первого варианта реагент из бункера посту­ пает непосредственно в сатуратор, периодически загру­ жаемый. Вода подается снизу, скорость восходящего по­

мы — громоздкое оборудование и сложная схема комму­ никаций.

По схеме второго варианта реагент из бункера пода­ ется в растворные баки, где он перемешивается сжатым воздухом и растворяется в воде в течение 30 мин, а за­ тем отстаивается в течение 2 ч. Концентрация раствора (без подогрева воды) 2,5 г/л.

Для получения раствора принятой концентрации в нижней части бункера имеется секторный дозатор, при вращении которого засыпается требуемая порция реа­ гента; затем в растворную емкость заливается необхо­ димое количество воды.

При использовании реагента в сухом виде (третий вариант) дозаторы непрерывно подают необходимое ко­ личество реагента в растворную камеру. В камере рас­ твор интенсивно перемешивается струями воды, пода-

187

ваемой под давлением через сопло, по типу сегнерова ко­ леса. Растворная камера рассчитана на 5-минутное пре­ бывание в ней воды. При сухом дозировании реагента применяются серийно выпускаемые весовые дозаторы ДВС-2.

Для обесфторивания воды в настоящее время при­ меняют следующие методы: а) ионный обмен на селек­ тивных по отношению к фтору анионитах (активирован­ ная окись алюминия и гидроксилапатит); б) сорбция свежевыделенными осадками — гидроокисью алюминия и гидроксилапатитом; в) сорбция свежевыделенными осадками — гидроокисью алюминия и гидроокисью магния.

2. Приборы для контроля содержания фтора в воде

Поддержание концентрации фтора в воде на опти­ мальном уровне как фторированием, так и обесфториванием требует оперативного контроля. Для этой цели желательно иметь автоматические анализаторы, кото­ рые давали бы результаты анализа непрерывно или дискретно, но с приемлемой для практики частотой.

СКВ АП разработало и сейчас выпускает автомати­ ческий анализатор воды на фтор — аппарат АФ-297 (рис. 81). Этот прибор (в брызгозащищенном исполне­ нии) предназначается для измерения и регулирования (сигнализации) концентрации фтора в питьевой воде на водопроводных станциях, на фторирующих и обесфторивающих установках, в системах водоподготовки и в ла­ бораториях санэпидстанций.

Техническая характеристика прибора АФ-297

188