2. Разработка системы автоматизации и выбор комплекса технических средств для блока биологической очистки сточных вод

2.1. Особенности блока биологической очистки, как объекта управления

Особенностями блока биологической очистки, как объекта управления являются:

1. Сосредоточенность технологических узлов в одном здании большой площади, расстояния между отдельными узлами могут достигать сотен метров. Данное обстоятельство сказывается на топологии локальной сети.

2. Технологический процесс протекает в помещении, с повышенной влажностью, хотя, для установки электрооборудования и приборов контроля, предусмотрено использование отдельных обогреваемых помещений. Соответственно, датчики и некоторая часть измерительного и регулирующего оборудования и приборов, которая установлена в технологической зоне, должна иметь соответствующее климатическое исполнение.

3. Сложность поддержания оптимального соотношения между нагрузкой на активный ил и дозой ила в аэротенке, вследствие сложности функциональных зависимостей изменения основных измеряемых и регулируемых параметров;

4. Большое количество неизменяемых параметров и отсутствие достоверной модели управляемого процесса приводит к необходимости использования в процессе управления экспертных оценок, базирующихся на опыте и интуиции персонала;

5. Наличие ярко выраженных фаз протекания процесса, при этом параметры различных фаз значительно отличаются друг от друга.

6. Наличие параметров, неподдающихся определению методами автоматического анализа, таких как, возраст и состав ила, или параметров, определение которых автоматически является нецелесообразным по экономическим соображениям (наличие токсичных для ила веществ, поверхностно-активных веществ в поступающей на очистку воде)

7. Наличие сильных возмущающих воздействий, обусловленных непрогнозируемым изменением в широких пределах количественных и качественных характеристик поступающих на очистку сточных вод;

С учётом всех вышеперечисленных факторов и была разработана система автоматизации для блока биологической очистки.

2.2. Описание функциональной схемы автоматизации

Блок биологической очистки состоит из трёх последовательных ёмкостей: аэротенка с пластинчатой загрузкой, на которой развивается активный ил, разделённого перегородками на три зоны: денитрификации, минерализации и нитрификации, вторичного отстойника и блока доочистки, также оборудованного загрузкой.

Для обработки сигналов с приборов в модернизируемой схеме автоматизации решено использовать модульный контроллер CompactLogixфирмыAllen-Bradley. Выбор этого контроллера обусловлен тем, что он отличаются высокой надежностью, имеет до 400 тыс. часов наработки на отказ, широким спектром процессорных модулей и модулей ввода/вывода, сетевых и коммуникационных интерфейсов, обладает хорошими показателями цена/производительность, имеет компактное исполнение.

В результате анализа теоретических исследований и практического опыта создания подобных систем было установлено, что необходимо обеспечить регулирование следующих параметров:

• Концентрации растворённого в воде кислорода по подаче воздуха в аэраторы, установленные в аэротенке и блоке доочистки. Регулирование производится по зонам: минерализации, нитрификации, ёмкости доочистки. Концентрация растворённого кислорода в совокупности с известной подачей кислорода в аэраторы является важнейшим показателем активности бактерий активного ила. Управление концентрацией обеспечивают контуры 7, 8 и 9, состоящие из систем измерения растворённого в воде кислорода (прибор LiquisysCPM223 с датчиком растворённого кислородаOxymaxWCOS41 – поз. 7-1, 8-1, 9-1) и клапанов, регулирующих подачу воздуха к каждому аэратору (поз. 7-2, 7-3, 8-2,8-3,8-4,9-2,9-3). Регистрация расхода воздуха подаваемого в систему аэрации осуществляется с помощью расходомера (DeltatopDPP10, поз. 5-1), подключенного к контроллеру (поз.11).

• Уровня осадка во вторичном отстойнике периодическим включением/выключением насоса выгрузки осадка. Контур 6, состоящий из системы измерения уровня осадка (измерительный преобразователь LiquisysCPM223 с датчиком уровня осадкаCUC101, поз.6-1) и системы управления насосом выгрузки осадка (трёхфазный электродвигатель с преобразователем частотыVaconNXS, поз.6-2) обеспечивает выгрузку осадка из вторичного отстойника при превышении уровнем ила заданного значения, но не реже 12 раз в сутки.

• Расхода подаваемой в голову аэротенка осветлённой, содержащей питательный субстрат и возвратный ил, воды из блока доочистки регулированием производительности насоса рецикла. Контур 4 содержит датчик расхода осветлённой воды (поз.4-1) и преобразователь частоты (поз.4-2), управляющий электродвигателем насоса, который находится в блоке доочистки. Задание регулятор получает в зависимости от результата работы экспертной системы.

Кроме того, в системе предусмотрена автоматическая продувка аэраторв, которая может производиться как периодически, так и по превышению давления, измеряемого на трубопроводах подачи воздуха к аэраторам датчиками давления (контур 1, поз.1-1,1-2…1-7) и может рассматриваться как подсистема защиты от засорения аэраторов. Также осуществляется управление перемешивающим устройством зоны денитрификации аэротенка (контур 10).

Система обеспечивает контроль и регистрацию следующих технологических параметров:

• Расхода поступающей на очистку воды (расходомер для сточных вод Promag50W, поз. 3-1);

• Давление воздуха в трубопроводе каждого из аэраторов;

• Давление воздуха, поступающего в систему аэрации от компрессора (датчик давления DeltabarSPMD70, поз.2-1);

• Расход воздуха, поступающего к аэраторам (поз.5-1);

• Концентрация растворённого в воде кислорода, по зонам очистки;

• Расход рецикла.

Ряд параметров поступающих и прошедших очистку сточных вод, необходимо подвергать лабораторному анализу. Это показатель биологического потребления кислорода – важнейший универсальный показатель загрязнения воды органическими соединениями, определяемый количеством кислорода, пошедшим за установленное время (обычно 5 суток - БПК5) в аэробных условиях на окисление загрязняющих веществ, содержащихся в единице объема воды. БПК на входе воды в блок биологической очистки и на выходе из него определяют эффективность работы системы очистки. БПК определяется лабораторным методом при помощи прибора BODTrak.

Сигналы всех датчиков обрабатываются в контроллере CompactLogix(поз. 11), связанном по сети с компьютером автоматизированного рабочего места оператора и рабочей станцией, находящейся в лаборатории.