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

Рис. 17. Диаграммы колебаний значений качественных параметров на выходе из системы

а — электропроводности исходной воды; б — величины рН после контакта с реагентом в смесителе

си слабых и сильных кислот, оснований и их солей. Та­ кие сточные воды обладают буферными свойствами, зависящими, как известно, от соотношения концентра­ ций компонентов, определяющих эти свойства. Несмот­ ря на то что буферность существенно изменяет форму потенциометрической кривой и сдвигает точку эквива­ лентности (см. рис. 4), это свойство не могло бы явиться препятствием для контроля процесса нейтрализации по параметру рН, если бы было стабильным. Однако соот­ ношение концентраций указанных компонентов в произ­ водственных сточных водах изменяется во времени. По этой причине кривая потенциометрического титрования (статическая характеристика регулируемого процесса) все время меняет свою форму, а это означает, что коэф­ фициент буферности а (тангенс угла наклона касатель­ ных потенциометрической кривой) изменяется еще в большей степени, чем обычно.

исследования, проведенные во ВНИИ ВОДГЕО на ряде предприятий химической промышленности, в общем стоке заводов, сбрасывающих смеси сильных и слабых кислот, значение коэффициента буферности может из­ меняться в десятки раз в течение года.

На рис. 18 приведены кривые титрования 5%-ной из­ вестковой суспензии сточных вод завода биохимических реактивов, загрязненных смесью минеральных и орга­ нических кислот, содержащихся в постоянно изменяю­ щемся соотношении и обладающих отчетливо выражен­

Коэффициент буферности является главной состав­ ной частью одной из основных характеристик регулиру­ емого процесса и всего объекта регулирования — коэф­ фициента усиления. Другие факторы, влияющие на ве­ личину коэффициента усиления объекта, — колебания расхода сточных вод и концентрации реагента — не под­ вергаются более чем 3—5-кратному изменению. В целом же вариации коэффициента усиления рассматриваемых объектов могут достигать 100-кратной величины.

Расчеты настроечных параметров САР процесса ней-

61

трализации (см. главу I) показывают, что для получе­ ния устойчивого и качественного регулирования ко­ эффициент усиления регулятора должен изменяться примерно в таких же пределах, причем изменяться авто­ матически без перерыва в процессе регулирования.

2 — то же, со средней буферностью; 3 — то же, с сильно выраженны­ ми буферными свойствами

Промышленность не поставляет приборов, обеспечи­ вающих автоматическое изменение величины коэффи­ циента буферное™, и самонастраивающихся изодромных регуляторов широкого применения, которые могли бы использоваться на очистных сооружениях производ­ ственных стоков. Таким образом, можно было бы сделать вывод о том, что использовать величину рН в качестве параметра регулирования нейтрализации стоков с силь­ но переменной буферностью нельзя и что применять этот параметр можно только при сточных водах с неболь­ шой или постоянной буферностью. В последнем случае задача регулирования даже облегчается. Заданное зна­ чение электропроводности также не может дать в САР однозначную информацию о текущем значении коэффи­ циента буферности. В то же время конечный результат обработки стоков в соответствии с установленными пра-

62

вилами рационально контролировать по водородному показателю.

Одним из вариантов системы измерения текущего значения коэффициента буферное™ сточных вод может быть совместное применение рН-метра и автоматиче­ ского титрометра. Определенное соотношение значений рН и полной кислотности или щелочности исходных стоков характеризует степень их буферное™.

Автоматические титрометры общепромышленного

мощью этих приборов могут быть определены концент­ рации различных веществ, при титровании которых

700 нм при изменении оптической плотности не менее чем на 0,1. Продолжительность одного цикла составля­ ет не менее 3 мин. Контролируемая среда должна быть однородной при вязкости до 2 пз; допустимое содержа­ ние механических примесей с размером частиц до 0,05 мм не более 0,05% по весу. Основной узел прибора — блок титрования размером 1600X600X600 мм; общий вес установки 230 кг.

Автоматические титрометры ТП-1, ТП-2 и ТФ-1 раз­ работаны и выпускаются Дзержинским филиалом ОКБА.

Первые два прибора основаны на потенциометрическом методе титрования и отличаются друг от друга электронной схемой и конструкциями измерительной ячейки, дозатора и мешалки. Разность потенциалов электродов, помещенных в ячейку, усиливается в низко­ частотном усилителе, а затем дважды дифференцирует­ ся. Прекращение подачи титрующего раствора произво­ дится с помощью реле, реагирующего на отрицательный знак второй производной значений потенциала. Напол­ нением ячейки анализируемой жидкостью, сливом жид­ кости и промывкой ячейки управляет командный элект­ ропневматический прибор по временной программе. Основная погрешность титрометров + 4 % . Продолжи­ тельность одного цикла не менее 4 мин. Запаздывание — для прибора ТП-1 не более 8 мин, а для прибора ТП-2 не более 2 мин. Допустимое содержание в контролируе­ мой среде механических примесей с размером частиц

63

до 0,05 мм не более 0,01% по весу. Вся аппаратура раз­

Для определения концентраций кислот, щелочей, со­ лей металлов и некоторых окислителей и восстановите­ лей предназначен автоматический титрометр ТФ-1, ра­ ботающий по методу фотометрического титрования. Измерительная ячейка снабжена электромагнитной виб­ рационной мешалкой. Фотоэлектрическая система со­ стоит из источника света — лампы накаливания и фото­ резистора. Расход титрующего раствора измеряется дифференциальной индукционной катушкой, реагирую­ щей на перемещение поршня титровальной бюретки. Минимальная определяемая концентрация 0,001% по

стимое содержание в анализируемой жидкости механи­ ческих примесей при крупности частиц до 0,05 мм не бо­ лее 0,05% по весу.

Для контроля и регулирования состава жидкостей с более динамичными изменениями концентраций пред­ назначен автоматический титратор-регулятор АТР-2, ос­ нованный на потенциометрическом принципе действия. Пределы измерения концентраций с погрешностью не более 2% при переменном солевом фоне 300 г/л состав­ ляют от 0,2 до 200 г/л. Продолжительность одного цикла 20—30 сек. Постоянная времени 1 мин. Вторичным при­ бором титратора служит автоматический потенциометр

Работа над созданием новых и совершенствованием су­ ществующих таких приборов ведется как в Советском Союзе, так и за рубежом.

Вкачестве примера рассмотрим автоматический

64

титрующего реагента регулируется микронасосом с пе­ ременным ходом поршня. Воздействие на насос реаген­ та формируется пневморегулятором, ч непрерывно под­ держивающим эквивалентное значение потенциала в проточной камере реакции. Титрометр весьма компак­ тен: он состоит из аналитического блока размером 460X490X390 мм и регистрирующего и регулирующего прибора размером 455X380X340 мм.

быть использовано и другое решение: расход титрующе­ го раствора стабилизируется, а поддержание эквива­ лентной точки обеспечивается изменением расхода ана­ лизируемой жидкости, величина которого значительно выше и служит мерой концентрации искомого компо­ нента.

Как следует из сказанного выше, работа титрометров связана с отмериванием или регулированием малых доз анализируемой жидкости. В этом заключена слож­ ность применения подобных приборов для автоматиче­ ского анализа состава промышленных сточных вод, име­ ющих, как правило, большое количество механических примесей.

САР с применением рН-метра и автоматического титрометра может быть построена по двухимпульсному принципу. Выходной сигнал титрометра используется для управления открыванием клапана для подачи нейт­ рализующего реагента пропорционально концентрации загрязнений.

Как известно, САР по возмущению не обеспечивает постоянства регулируемого параметра. Поэтому для устранения накапливающейся ошибки в систему вводит­ ся контур регулирования по отклонению величины рН нейтрализованных стоков (рис. 19).

Влияние остальных возмущающих факторов и погреш­ ности пропорционального регулирования компенсируют­ ся контуром, состоящим из рН-метра с датчиком, уста-

новленного на выходе из смесителя-реактора, линеари­ зующего потенциометра, изодромного регулятора и про­ межуточного сервомотора. Сигнал с устройства обратной связи сервомотора подается на вход в регулятор следя­ щей системы, воздействуя по ПИ-закону.

Применение автоматических титрометров дискретно­ го действия допустимо только на таких очистных стан­ циях, где период колебаний состава стоков превышает продолжительность рабочего цикла прибора (6—

10 мин).

J

Рис. 19. Принципиальная схема двухконтурной САР про­ цесса нейтрализации с применением автоматического титрометра

/ — автоматический титрометр; 2 — регулирующий клапан с исполни­ тельным механизмом; 3— вихревой смеситель-реактор; 4 — датчик; 5 — преобразователь; 6 — потенциометр рН-метра; 7— корректирую­ щий регулятор; 8 — промежуточный сервомотор; 9 — регулятор сле­ дящей системы

Описанная САР может управлять процессом нейтра­ лизации лишь в ограниченных условиях. Во-первых, как отмечалось, современные автоматические титрометры применимы для анализа сточных вод, не содержащих взвешенных веществ. Во-вторых, схема двухимпульсного регулирования не обеспечивает автоматической на­ стройки коэффициента усиления регулятора, что сужает область ее применения по колебаниям степени буфер­ ное™ стоков. И, наконец, высокая стоимость и слож­ ность обслуживания автоматических титровальных ап-

66

паратов позволяют использовать их только на крупных очистных станциях.

Более широким диапазоном применения, простотой и однотипностью аппаратуры отличается самонастраи­ вающаяся САР, построенная на базе только рН-метров. Такая САР разработана во ВНИИ ВОДГЕО А. С. Дми­ триевым и внедрена на очистных установках заводов хи­

акция обработанных стоков. Пре­ образование сигнала от рН-метра в исходных стоках осу­

ществляется по функциональному закону, определяемому кривой потенциометрического титрования, например сильной кислоты щелочью.

Блочная схема самонастраивающейся САР (рис. 20) построена по следующему принципу. В смеситель-реак­ тор 2 поступает сточная вода, содержащая, например, смесь сильных и слабых кислот резкопеременных кон-

центраций. На выходе из реактора в точке 1 измеряется значение рН нейтрализованных стоков (рН В ых), которое служит параметром регулирования для ПИ-регулято- ра 6, воздействующего на дозу реагента с помощью ре­ гулирующего органа 7. На входе в реактор в точке 3 из­ меряется величина рН поступающих стоков ( р Н в х ) и осу­ ществляется функциональное преобразование этого сигнала в величину, пропорциональную весовой концен­ трации сильной, например серной, кислоты. В точке 5 измеряется расход реагента q. Отношение параметров, измеряемых в точках 5 и 3, пропорционально текущему значению степени самовыравнивания процесса нейтра­ лизации:

/ (РНвх)

где k — коэффициент пропорциональности.

Величина отношения р измеряется устройством 4, не­ прерывно или дискретно воздействующим на динамиче­ скую настройку ПИ-регулятора 4. Последний в резуль­ тате такого воздействия автоматически переходит на наиболее выгодный в данный момент режим регулирова­ ния дозы реагента. Это позволяет применять способ ре­ гулирования процесса нейтрализации сточных вод по ве­

регулятора используется серийный прибор РПИБ-1П со сменными резисторами, подключаемыми к его внешним клеммам.

Испытания предлагаемого способа на очистной стан­ ции завода химических реактивов показали, что при

±0 , 5 рН.

4.Регулирование реагентной очистки сточных вод от некоторых органических веществ

Очистка сточных вод шерстомойных фабрик от жи­ ра и синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ) является типичным примером химической об­ работки стоков двумя и более реагентами. В практике

68

очистки сточных вод с такими случаями приходится встречаться часто — обработка коагулянтом стоков, со­ держащих эмульгированные нефтепродукты и взвешен­ ные вещества; реагентное обезвреживание гальваниче­ ских стоков, подготовка осадков для обезвоживания и др. В этих случаях приходится применять САР, автоном­ но действующие по каждому каналу возмущений, свя­ занные между собой только через объект регулирования, т. е. технологическим процессом.

Устройство таких САР не представляло бы особой сложности, если бы имелся параметр регулирования по каждому каналу, доступный для практического измере­ ния. Именно из-за того, что такой параметр часто не удается найти, целый ряд процессов обработки воды остается не автоматизированным в полной мере. Особен­ но характерен в этом отношении процесс коагулирова­

Сточные воды шерстомойных фабрик характеризуют­ ся многокомпонентным составом загрязнений, включаю­

По данным ВНИИ ВОДГЕО, водные растворы синте­ тических анионных поверхностно-активных веществ очи­ щаются при внесении в них сернокислого алюминия вме­ сте с известью. При этом величина рН доводится до 12, чем достигается образование твердого адсорбента — алюмината кальция, обладающего достаточной сорбционной способностью и устойчивого в щелочной среде. Об­ работанная реагентами вода проходит осветление, под­ кисляется и направляется на сооружения биологической очистки.

Задача автоматизации заключается в регулировании доз реагентов таким образом, чтобы при минимальном их расходе получить наилучший эффект очистки, оцени­ ваемый по ХПК, содержанию жира и взвешенных ве­ ществ.

Известь дозируется по принципу стабилизации вели­ чины рН на уровне 12. Измерение значения рН крайне осложняется интенсивным обрастанием электродов дат­ чика карбонатной и жировой пленкой. Опытами установ-

69