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

держания в них коллоидных органических веществ и в меньшей степени от истинно растворенных окрашенных веществ. Зависит она и от мутности. Цветность измеряет­ ся в условных единицах — в градусах платино-кобаль- товой или хром-кобальтовой шкалы.

Стремление контролировать мутность и цветность воды непрерывно и исключить фактор субъективности, характерный для всех экспрессных лабораторных опре­ делений, привело к попыткам создать автоматически действующую аппаратуру, основанную на свойстве све­ та ослабляться при пропускании через жидкие среды за счет поглощения и рассеивания. Соответственно этому существуют два принципа измерения мутности и цвет­ ности: турбидиметрический, или абсорбционный, и нефелометрический (тиндалеметрический). Сложность за­ дачи заключается в том, что на мутность оказывает влияние не только количество взвешенных частиц, но и их природа, степень дисперсности (соотношение раз­ меров частиц и длины световой волны), форма. Измере­ ние мутности воды на основе указанных принципов мож­ но вести при среднепостоянном дисперсном составе частиц.

При сравнительно небольших концентрациях взве­ шенных частиц и постоянном дисперсном составе кон­ центрация и оптическая плотность связаны линейной за­ висимостью (закон Ламберта—Беера). Этим и пользу­ ются для измерения мутности методом турбидиметрии.

Пропорциональная зависимость оптической плотнос­ ти от цветности воды наблюдается в ультрафиолетовой области спектра.

Кодним из первых оптико-электрических мутномеров

ицветномеров, разработанных в нашей стране, относят­ ся приборы типов АМЦ и ACM (АКХ РСФСР) [47], длительное время используемые на Восточной водопро­ водной станции г.Москвы, и приборы АОВ-9 и АОВ-10 (ИОНХ АН УССР, Киев) [37, 47]. Однако широкого применения эти приборы не получили из-за недостаточ­ ной отработанности основных узлов.

В настоящее время для автоматического непрерыв­ ного контроля за мутностью и цветностью воды можно рекомендовать аппаратуру, разработанную и изготов­ ляемую Тбилисским СКВ АП.

Автоматический турбидиметр ТВ-346 (рис. 97) по­ строен на базе типового проточного датчика Д1ФА-12.

220

тельном оптическом канале расположены два оптичес­ ких компенсатора, кинематически связанных с реверсив­ ными двигателями.

Изменение оптической плотности контролируемой среды вызывает пропорциональное изменение освещен­ ности, а следовательно, и сопротивления фоторезистора, включенного в измерительный мост. Возникающий сиг­ нал разбаланса моста усиливается и подается на испол­ нительный двигатель, поворачивающий оптический клин, который компенсирует изменение освещенности фото­ резистора до первоначального его значения. Угол пере­ мещения клина является мерой определяемого пара­ метра. С оптическим клином связана стрелка на шкале датчика, отградуированной в условных единицах.

Расположение оптического клина компенсатора в из­ мерительном канале позволяет избежать зависимости показаний прибора от световых характеристик фотопри­ емника. Работа датчика осуществляется на выбранной

Для компенсации погрешностей измерения, возника­ ющих при загрязнении стекол кюветы осадком контро­ лируемой среды, запылении элементов оптики и уходе нуля датчика, предусмотрена автоматическая промывка кюветы и подстройка нуля. В режиме подстройки осве­ щенность фотоприемника компенсируется вторым опти­ ческим клином. Все операции проводятся автоматически согласно программе, задаваемой командному электро­ пневматическому устройству (КЭП-12У). Применение автоматической подстройки позволяет повысить ста­

95%. Стекла кюветы обдувают теплым водухом, чтобы не допустить их запотевания.

Датчик снабжен сигнальными контактами для под­ ключения внешних цепей сигнализации и устройством для подключения автоматических электронных мостов или электропреобразователей.

В соответствии с требованиями Государственной сис­ темы приборов в приборе ТВ-346 предусмотрен пропор-

221

циональный выходной электрический сигнал от 0 до 5 ма. Шкала вторичного прибора отградуирована в еди­

Прибор ЦВ-201 предназначен для непрерывного контроля цветности воды в процессе ее очистки на водо­ проводных станциях.

Оптическая схема прибора обеспечивает измерение оптической плотности воды в коротковолновой области спектра (400—440 мм) по отношению к красной облас­ ти видимого света (660—700 мм), что позволяет исклю­ чить влияние изменения мутности воды на результаты измерения. Датчик прибора — проточного типа в брызгозащищенном исполнении. Технические данные ЦВ-201: пределы измерения 0—40° Pt—Со шкалы и 0—100° Сг—Со шкалы (ГОСТ 3351—46) при мутности до 10 мг/л;

напряжением 220 в ± 1 0 % , частотой 50+1% Щ; размер 1800X900X500.

Из зарубежных образцов наиболее известны двухлу-

ния влияния цветности имеет второй фотоприемник, ос­ вещаемый светом, прошедшим через контролируемую воду.

Представляет большой интерес бескюветный нефелометрический мутномер, предложенный группой специа­ листов под руководством А. Г. Бланка (Бакинский фи­ лиал ВНИИ ВОДГЕО).

Предложенное устройство лишено недостатков кюветных мутномеров, оно не имеет в световом канале омываемых контролируемой жидкостью прозрачных по­ верхностей. От известных бескюветных мутномеров оно

222

с компенсацией нуля. В нерабочий период элементы за­ свечены источником света, что принято за условный нуль. Длительность рабочего периода определяется ем­ костью бака и расходом воды через сопло. Плавность струи достигается течением воды через сифон и успоко­ ительные перегородки. Вторичным прибором датчика может служить любой электронный потенциометр, шка­ ла которого калибруется в единицах мутности.

Существуют и более точные инструментальные ме­ тоды определения концентрации высокодисперсных взвешенных веществ в воде, например метод поточноультрамикроскопического определения числа частиц в единице объема. В Советском Союзе этот метод разра­ батывался Б. В. Дерягиным, Г. Я. Власенко и др. [5] .

электронный поточный ультрамикроскоп ФПУ-1 (рис.99). Исследуемая жидкая среда / протекает через прозрач­ ную стеклянную кювету 2. Жидкость входит через внут­ реннюю трубку 3 и, дойдя до горизонтального препят­ ствия 4, меняет направление потока, вытекая через шту­ цер 5. В центре внутреннего канала находится ярко освещенная зона 6, полученная от источника света 7 с помощью объектива 8. В момент пересечения частица­ ми, взвешенными в жидкости, этой зоны наблюдаются кратковременные вспышки рассеянного ими света, изо­ бражение которых через объектив микроскопа 9 и диа­

умножителя подается на вход в усилитель 12 и далее через амплитудный дискриминатор 13 в счетчик 14

7

Рис. 99. Функциональная схема фотоэлектронного по точного ультрамикроскопа

224

с цифровой индикацией числа импульсов. Диафрагма, в качестве которой используется плавно регулируемая оптическая щель прямоугольного сечения, служит для ограничения поля зрения микроскопа до размеров, ис­ ключающих совпадение изображений вспышек па ка­ тоде фотоэлектронного умножителя.

Прибор ФПУ-1 предназначен для определения мут­ ности в пределах от 0,3 до 2,5 мг/л для размеров частиц 0,1 — 1 м,*, определяющих мутность природных вод.

Г л а в а X I

АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РЕАГЕНТНОГО УМЯГЧЕНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ВОДЫ

1. Обоснование параметра регулирования

Для многих процессов водоподготовки величина рН является тем качественным показателем, который в пол­ ной мере характеризует их оптимальные режимы. Так, например, все виды стабилизационной обработки воды с целью устранения ее коррозионных свойств характери­ зуются величинами рН, отвечающими равновесному на­ сыщению воды карбонатом кальция. Удаление из воды железа в виде гидроокисей идет наилучшим образом при определенных значениях рН. При реагентном умяг­

ции водородных ионов, которое и следует поддерживать добавками химических реагентов.

Так же как и в случае нейтрализации сточных вод, добавки реагента желательно регулировать автомати­ ческими устройствами. Этого требует как характер воз­ никающих возмущений, нарушающий установленный режим обработки, так и необходимость освобождения людей от утомительных операций, связанных с дозиро-

ванием реагентов и контролем за их воздействием на воду.

Значение рН исходной воды на водоподготовительных станциях, как правило, резких изменений не пре­ терпевает, поскольку обрабатывается природная вода из поверхностных и подземных водоисточников. Однако требования к точности регулирования здесь значительно выше, чем при очистке сточных вод. Оптимальные зна­ чения рН лежат в очень узких пределах с отклонением не более чем на +0,2—0,5 рН (в ряде случаев отклоне­ ния не должны выходить за пределы +0,1 рН) . С по­ мощью современных рН-метров такая точность измере­ ния вполне достижима, но автоматическая система, регулирующая поступление реагентов, должна обладать достаточно высокими динамическими качествами.

Помимо колебаний качественного состава исходной воды источниками возмущения заданного режима явля­ ются изменение расхода обрабатываемой воды и неста­ бильность концентраций рабочих растворов реагентов. Основными реагентами для водоподготовки являются известь, фосфаты, серная кислота, к чистоте которых предъявляются более высокие требования, чем при очи­ стке сточных вод. Применение чистых реагентов упро­ щает их дозирование.

Общие принципы построения систем автоматическо­ го дозирования реагентов по величине рН при водоподготовке аналогичны принципам, изложенным в главеIII, однако есть и специфические особенности. В качестве основных узлов систем автоматического дозирования находят применение те же промышленные рН-метры, регуляторы и некоторые дозирующие устройства.

2. Простейшие системы автоматического

регулирования процессов обработки воды известью

Простейшая двухкомпозиционная система регулиро­ вания дозы извести по величине рН при обработке воды основана на применении промышленных рН-метров и потенциометров, на выходе из которых установлен контактный регулятор. Устойчивость регулирования обеспечивается работой привода дозатора в импульсном режиме, создаваемом импульсным прерывателем в цепи магнитного пускателя.

В более совершенной системе регулирования дозы извести (рис. 100) параметр регулирования измеряется

226

на выходе из смесителя погружным датчиком ДПг-5275, сигнал которого поступает на вход в электронный высокоомный преобразователь рН-261 и далее на вход в по­ тенциометр. Напряжение, пропорциональное величине отклонения рН известкованной воды от заданного зна-

7

Рис. 100. Одноконтурная система регулирования подачи из­ вести по параметру рН

чения, снимается с реостатного вторичного датчика по­ тенциометра с зоной пропорциональности 15% и подает­ ся на электронный изодромный регулятор. В качестве привода дозатора использован электрический исполни­ тельный механизм типа ПР, который включается испол­ нительным реле регулятора. Второй комплект рН-метра предназначен для контроля воды после осветлителей.

Отличие этой схемы заключается в отсутствии функ­ ционального преобразователя на входе в регулятор. Объясняется это тем, что на выходе из смесителя значе­ ние рН обработанной воды не должно отклоняться бо­ лее чем на 0,2—0,3. Такой узкий участок потенциометрической кривой можно считать условно линейным, даже если он лежит в области р Н = 1 0 - М 1 . Поэтому введение здесь нелинейной связи не является обязательным.

3. Система автоматического регулирования

процесса умягчения воды по двум параметрам — величине рН и расходу обрабатываемой воды

Регулирование подачи реагента по двум параметрам может оказаться необходимым при резких колебаниях расхода обрабатываемой воды, вызванных отсутствием

к комбинированным системам регулирования, сочетаю­ щим высокодинамическое регулирование по основному возмущению (расходу воды) с регулированием по от­ клонению величины рН известкованной воды и позво­ ляющим исключить возможные колебания параметра под воздействием дополнительных возмущений: изме­ нения состава исходной воды, колебаний концентрации реагента, температурных изменений.

Подобная система была разработана и осуществлена лабораторией автоматизации ВНИИ ВОДГЕО на стан­

параметрам. На указанной водоочистной станции вода обрабатывается известью для ее декарбонизации. Нера­ створимый осадок СаСОз и M g ( O H ) 2 задерживается в осветлителях и фильтрах. Дальнейшее умягчение про­ изводится на катионитовых фильтрах.

Расход воды в течение суток резко изменяется по ступенчатому графику — от 70 до 350 мг\ч. Химический состав обрабатываемой воды более или менее постоя­ нен: рНда7,6. Исходным продуктом для получения из­ весткового молока служат отходы ацетиленового произ­ водства. Концентрация СаО в известковом молоке ко­ леблется от 2000 до 5000 мг-экв/л. Таким образом, регулируемый объект характеризуется колебаниями в широких пределах как расхода обрабатываемой воды, так и концентрации СаО в дозируемом реагенте.

Принципиальная технологическая схема узла дози­ рования извести приведена на рис. 101.

В центральную трубу вертикального смесителя вво­ дятся обрабатываемая вода, подогретая до температуры 32° С, и реагент—известковая суспензия. По одному тру­ бопроводу подается оборотная артезианская вода из.ма-

228