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工业自动化仪表在污水处理中的应用
发布时间:2015-11-26

    冶炼总厂原来的污水处理工艺较简单,基本由人工操作控制,随着企业污水种类的增多,水质复杂且不稳定,采用人工操作控制污水很难达标排放。近两年此冶炼总厂对污水处理站的工艺和仪表进行了技术改造,污水处理已基本实现全自动化操作控制。
1. 自动化仪表在污水处理中的重要性
    在现代化污水处理过程中,无论采用何种工艺,其工艺过程都存存大量需要检测的参数,因此目前大型生活污水处理厂或者工艺污水处理厂一般都设有液位、液位差、流量、压力、PH值、温度、溶解氧、污泥浓度、氧化还原电位、污泥界面、在线BOD、在线COD、在线氨氮、在线总磷等自动化仪表。通过这些检测仪表获取的各种上艺检测参数从而对工艺过程中的各种工艺设备进行控制,协调供需之问、系统各组成部分之间、港水处理工艺之间的关系,以便使各种设备与设施得到更充分、合理的使用。其中工艺过程中的一些重要工艺参数例如溶氧值、曝气量等都是保证工艺自动控制的重要保证,通过这些仪表检测值来自动调节和控制工艺设备的合理运行。这些自动化仪表不仅对于污水处理工艺过程起着不可替代的指导作用,同时也可以对工艺处理过程进行监控报警,保障生产和设备安全,而且还起着向相关管理部门提过检测指标的重要作用。综上所述,可以看到自动化仪表对于污水处理过程起着重要的作用,是计算机控制的前提条件和自动化控制的基础 。
2. 主要仪表设计与应用
    在污水处理中的自动化仪表主要分为热工仪表和成分分析仪表。热工仪表主要包括温度、压力、液位、流量这些物理量检测仪表,热工仪表大致都由测量元件(传感器)部分、中间传送部分和显示部分(包括变换成其他信号)构成。成分分析仪表存污水处理过程中常常称之为水质分析仪表,例如溶解氧仪、在线BOD仪、在线COD仪等。这部分仪表的主要特点是专用性强,形式多样,但每种成分分析仪的适用范围往往都限于某种介质成分分析。
2.1温度与压力仪表
    在厌氧消化过程中为保证其正常良好反应,介质温度需要保持在一定的温度范围内,因此需要设置温度检测点,通常设计的典型热敏元件是铂热电阻。由于热电阻信号需要自动控制系统配套专用热电阻模块,而水处理过程中的温度监测点并不多,因此可以考虑存仪表设计时采用温度变送器将热电阻信号转换为4~20m A信号从而接入标准的模拟量模块。 污水处理中压力检测多为泵出口处设置就地压力表或压力变送器,如果需要设置压力变送器则多选用目前应用非常广泛技术也很成熟的智能型压力变送器,以便于通过配合手操器对压力变送器进行量程设置、调零等操作。
2.2流量仪表相对而言,在污水处中流量计是非常重要的一类仪表。
    污水处理厂的进出水水量、回鳞泥量、曝气量以及消化池产气量等都是工艺生产所必须测量的流量参数。另外,为了对污水处理厂的运行经济效果进行考核、分析,也要依靠流量测量仪表来提供必要的数据。 在污水处理厂流量测量仪表中,目前应用较为广泛的是电磁流量计超声波流量计、差压式流量计以及明渠流量计等。
2.3物位仪表
    物位检测仪表按照被测介质分为液位检测仪表和料位检测仪表,污水处理中使用较多的是液位检测仪表,其中又以超声波液位计为主。这种液位计无机械可动部分,可靠性高,安装简单、方便,属于非接触测量,且不受液体的粘度、密度等影响,因此多用于药池、排泥水池等的液位测量。
超声波液位计的传感器由一对发射、接收换能器组成。发射换能器面对液面发射超声波脉冲,超声波脉冲从液面上反射回来,被接收换能器接收。根据发射至接收的时间可确定传感器与液面之问的距离,即可换算成液位。
    其精确度为±0.5%。根据超声波液位计的非接触式测量原理,因此从理论上来讲,它适用于污水处理工艺过程中的液位测量。但在实际应用中它会受到各种因素如安装位置、温度、压力、湿度以及被测介质表面的泡沫、浪涌等的影响。因此,正确选择和使用超声波液位计有着十分实际的意义。应根据实际的测量范围来选择合适的仪表。根据超声波特性,频率越低,传输距离越远,但声波的指向性就越差;频率越高,指向性越好,但传输距离越小。目前超声波液位计的测量范围从0.5米到几十米。 此外对于工艺不要求连续检测仅需报警或联锁设备动作的池内、活液罐等设备液位可采用液位开关进行检测,从而控制仪表设备的投资。
2.4分析仪表
    在污水处理过程中,有许多反映水质的重要参数如:溶解氧(DO)、PH、污泥浓度、浊度、SS悬浮物等。在线检测这些参数可以实时地了解和掌握污水处理的情况,并根据这些参数对工艺及设备的运行进行自动控制和调整,以确保污水处理的正常运行并达到排放标准。在以往的水处理厂中大多是采用化验分析的方法来得到的,随着自动化仪表测量技术等领域技术的发展,越来越多的水质分析仪表逐渐应用于污水处理。这类仪表主要包括:溶解氧仪、化学需氧量(COD)分析仪、PH计等。
2.5其他仪表
    污水处理系统自动化仪表还有无纸记录仪、电磁阀、自搅拌排污泵、压力自动开关等。无纸记录仪具有高速信息采集和处理、万能 信号输入、 大容量闪存芯片实现超长时间数据存储、使用us B接口存储备份或转存历史数据等功能,并能同时指示各路通道的上、下限报警。合理的电路设计使搅拌器、泵和电磁阀联锁,实现了全自动污水处理。
3. 污水处理工艺流程
污水处理工艺流程示意图
    此冶炼总厂污水处理工艺流程见图1。污水处理站污水处理能力约为500m/d,采用石灰中和加硫化处理的三级处理工艺,各级处理均通过仪表实行自动控制。一级中和用石灰乳与酸性污水反应生成石膏,通过在线pH计自动控制石灰乳加入量,以保证反应槽出口pH值在5左右。二级中和也通过在线pH计自动控制石灰乳加入量,以保证反应槽出口pH值在9左右,污水在调节池内充分反应后除去大部分重金属。在硫化反应槽内,通过1台电磁流量计按比例固定加入Na:S溶液,以除去污水中残留的重金属;同时通过在线pH计利用酸性污水反调将出口pH值控制在7~9。各级反应槽出口pH值均控制在较小的范围内变化,如果人工操作控制是根本无法实现的。例如一级中和处理中石灰乳泵只要多开十几秒,一级中和反应槽出口pH值就会立刻由4变到8以上,由此可见用自动化仪表进行操作控制的必要性。
4、仪表设计原则与注意事项
4.1污水处理仪表主要设计原则在污水处理工艺流程中,现场仪表不仅负责采集工艺参数,以确保自动控制系统正常运行和控制,还是科学管理、环保监控的重要基础保证,因此在设计选型时应尽量选用高精度、高稳定性、免维护或低维护的智能仪表,为了生产过程中便于现场巡视与仪表维护,设计 中可采用带现场显示的变送器, 与此同时也应尽量注意仪表的性价。比在设计配置污水处理仪器仪表时,必须考虑到安全防护手段。由于污水处理环境比较恶劣,很多现场仪表在井下或则露天环境,更有些浸泡在污水里。井下仪表和浸泡存污水里的仪表防护等级可选IP68,露天的仪表选IP65,同时应该根据仪表的具体考虑设置仪表保护箱,在北方等温度较低地区还应考虑保温措施。
    仪表的设计应考虑环境的适应性。特别是传感器如直接与污水、污泥介质接触,很容易腐蚀和结垢。因此应尽量选择非接触式的、无阻塞隔膜式、电磁式和可清洗式的传感器(如超声波、电磁式等)。
    在仪表设计中应尽量选用不断流拆卸式和维护周期较长的仪表,方便维护管理。在仪表设计中优先考虑节能型的仪表产品。仪表设计中对于特殊场合应考虑仪表的防爆性能。对于处于雷区的污水处理,仪表变送器的电源和送信号到PLC的输出端应接防雷器,保证系统的安全可靠性。对于泥区的仪表,由十泥区的整个空气中,有较大比例的沼气。仪表配置应选用本安型仪表,在进行电器连接时应与安全栅组成本安防爆系统。而且安全栅和电源置于安全区。安全栅在选型时一定要注意防爆等级及厂家是否有防爆合格证。
4.2 污水处理中仪表设计中的注意事项许多分析仪表的传感器是电极(PH计、溶解氧等)组成的,而在实际使用中,电极易被油脂或污物覆盖而不能测量。因此在这些分析仪的选型时,必须充分考虑电极的清洗问题。目前,清洗方式有人工定期清洗,或机械清洗、超声波自动清洗、溶液喷射清洗以及空气喷射清洗。在仪表设计中应尽量选用不断流拆卸式和维护闽期较长的仪表的同时,对于清洗、维护及更换时必须拆卸的管道式安装仪表及其传感器,应在管道上设计安装旁通阀,以免在其更换或发生故障时,需要停止工艺运行。 污水处理中仪表设计需要与工艺紧密结合,选取合适的测量或取样位置。分析仪表的安装位置一定要选择在活动的区域,不能设置在死区。若设置在引出工艺管路时,这根工艺管路中介质必须是流动的。
5、结束语
    该冶炼总厂污水处理站自2007年开始实施自动化仪表改造,目前各类设备运行情况良好,处理后的污水能够稳定达标排放。自动化仪表的设置不但大大减少了操作人员的工作量,而且能够实时、准确地反映污水处理装置的重要参数,为保证整个污水处理系统长期、稳定运行发挥了重要作用。

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