Механической очистки сточных вод

К механическим процессам очистки на современных очистных станциях относят процеживание воды через решетки, пескоулавливание и отстаивание. При автоматизации этих про­цессов осуществляется автоматическое^ управледиа-злектродвига-телями грабельных механизмов, илоскребов, насосов и шиберов. При автоматизации "решёток основная задача заключается в управлении граблями, дробилками, транспортерами и шиберами на подводящем канале. Автоматическое управление механизмами решеток осуществляется в зависимости от изменения перепада уровней в канале до и после решеток (рисГЮЗ). В качестве прибора, измеряющего перепад уровней, принят дифманометр с электро­контактным устройством. Перепад уровней контролируется путем измерения разности давления продуваемого воздуха в двух труб­ках, опущенных в воду до и после решетки. При достижении заданной величины перепада контактное

устройство включает в ра­боту грабельный агрегат. Выключение грабель осуществляется также контактным устройством или с помощью реле времени через промежуток времени, выбираемый на основе эксплуатационного опыта.

Автоматические устройства в песколовках применяют для распределения и регулирования количества сточных вод, а также для удаления песка при достижении им предельного уровня. Регу­лирование нагрузки на отдельные песколовки позволяет автомати­чески поддерживать скорость протока воды через них в заданных пределах с помощью поплавкового уровнемера и электрифициро­ванных шиберов. Устройство настраивается таким образом, что при общем расходе менее заданного шибер обводного канала пол­ностью закрыт, а при расходе, большем заданного, шибер откры­вается настолько, что в обводной канал сбрасывается весь избы­ток воды сверх расчетного расхода песколовок.

Автоматизация удаления песка из песколовок производится двумя путями. В первом случае песок удаляется по мере достиже­ния им заданного уровня. Во втором — песок удаляется через определенные промежутки времени, которые, как и время удале­ния песка, принимаются на основе опыта эксплуатации.

Наибольшее распространение получил первый способ, при реализации которого используется датчик уровня песка (рис. 104). Основой этого прибора является термосигнализатор с навитой на его концевой части нихромовой спиралью, устанавливаемой в песколовке на глубину, равную максимальному уровню песка. При низком уровне вследствие движения воды происходит повышенная теплоотдача и спираль нагревается незначительно. При подъеме уровня до спирали ее нагрев резко возрастает, что вызывает замы­кание контактов термосигнализатора, включенных в схему сигна­лизации или управления.

В первичных отстойниках наиболее важным является автома­тизация удаления из них осадка. Простейшее решение этой за­дачи — выпуск осадка по заданному графику с помощью прог­раммного регулятора. Однако точный график откачки в условиях колебания притока сточных вод и количества взвешенных частиц составить очень сложно, поэтому чаще всего автоматическое уда­ление осадка производят путем измерения его уровня в отстойни­ках. В схеме измерения уровня используется фотоэлектрический датчик (рис. 105), состоящий из двух металлических корпусов, в одном из которых помещается фотосопротивление, а в другом — лампа подсветки. В зависимости от изменения оптической плот­ности жидкости между фотосопротивлением и лампой подсветки изменяется значение тока, поступающего в схему автоматики.

Для эффективной работы первичных отстойников и предот­вращения выноса взвешенных веществ большое значение имеет поддержание одинаковой нагрузки на каждый отстойник или рав

9.2. Автоматизация процессов физико-химической очистки сточных вод

В системах очистки сточных вод физико-химиче­скими методами наибольшее распространение получила напор­ная флотация. При этом способе очистки сточные воды насыща­ются газом (воздухом) под избыточным давлением, которое затем быстро снижается до атмосферного. Необходимость оснащения флотационных установок средствами автоматического контроля и регулирования обусловливается нестационарностью состава очи­щаемых сточных вод, высокой интенсивностью процесса и его по­вышенной чувствительностью к входным воздействиям.

На рис. 106 показана блочная схема АСР со стабилизацией ка­чества очищенной воды путем изменения расхода потока рецир­куляции, несущего во флотатор мелкодисперсную газовую фазу. Система состоит из установленных на выходе флотационного ре­зервуара 7, мутномера 3, измеряющего концентрацию взвешен­ных частиц в очищенной воде, расходомера 2, регуляторов 4и8и исполнительных механизмов 5 и 7, один из которых регулирует расход циркуляционного потока, насыщаемого воздухом в напор­ном ресивере 6, а другой — расход сточной воды, поступающей во флотатор.

Сигнал, возникающий при увеличении на выходе флотатора концентрации взвеси в воде выше заданного значения, с мутно­мера 3 поступает на регулятор 4, который, воздействуя на испол­нительный механизм 5, увеличивает расход потока рециркуляции. При увеличении расхода этого потока увеличивается количество газовой фазы, переносимой во флотатор. Новое количество газа обеспечивает уменьшение мутности очищенных стоков. Одновре­менно при увеличении расхода потока рециркуляции через фло­тационный резервуар появляется сигнал отклонения на выходе

расходомера 2, который поступает на регулятор 8. Этот регулятор, воздействуя на исполнительный механизм 7, уменьшает поступ­ление сточной воды во флотатор, обеспечивая постоянство сум­марного расхода через него. При снижении концентрации взвеси производительность флотатора соответственно увеличивается. Описанная АСР позволяет сократить объемы флотаторов почти на 20% при соблюдении заданного качества очистки.

9.3. Автоматизация процессов

биологической очистки сточных вод

Биологический метод занимает особое место в про­блеме очистки сточных вод. Он до сих пор не имеет конкурентов по универсальности, глубине очистки и эксплуатационным рас­ходам, особенно при очистке больших масс воды.

Наиболее распространена биологическая очистка в аэротенках с помощью активного ила с аэрацией воздухом иловой смеси. Для автоматизации этого процесса разработано много различных схем регулирования, таких, например, как АСР илового режима в радиальном отстойнике по заданному уровню, АСР кислородного режима в аэротенках, АСР илового режима по концентрации воз­вратного ила с блокировкой по положению уровня ила в отстой­нике.

Рассмотрим схему наиболее совершенной, комбинированной АСР (рис. 107), которая состоит их трех отдельных систем: регули­рования концентрации растворенного кислорода, регулирования нагрузки на активный ил и регулирования возврата ила.

В АСР концентрации растворенного кислорода регулятор 2 воздействует на заслонку 4 воздуховода аэротенка 3 для поддер­жания во всем объеме иловой смеси заданной концентрации, из­меряемой датчиком 7.

АСР нагрузки на активный ил предназначена для поддер­жания постоянным соотношения между количеством загрязне­ний, поступающих в аэротенки, и количеством возвратного ила. Сигналы от датчиков концентрации органических загрязнений 16 и расхода сточной воды 7 7 поступают в блок умножения 15, после которого перемноженный сигнал подается на вход регулятора со­отношения 14. В него же подаются сигналы от измерителей кон­центрации активного ила 77 и расхода возвратного ила 9, пере­множенные в блоке умножения 10.

Заданная величина органической нагрузки для обеспечения нормального режима работы вторичных отстойников 5 корректируется по величине

концентрации активного ила функциональ­ным преобразователем 13. Регулятор соотношения воздействует на насос 8 возвратного ила.

АСР возврата ила действует таким образом, чтобы общая масса ила в аэротенках и отстойниках оставалась постоянной. Сигналы от измерителей расхода сточной воды 17 и избыточного ила 7, концентрации активного ила 11 и блоков умножения 10 и 15 по­ступают в вычислительное устройство 12, которое рассчитывает массу активного ила, находящегося в системе очистки, и воздей­ствует на насос 6 избыточного ила. Предусмотрена блокировка, запрещающая сброс избыточного ила при поступлении концент­рированных сточных вод.

9.4. Автоматизация процесса

сбраживания осадков сточных вод

На городских станциях аэрации сбраживание осадков производится в метантенках с помощью «острого» пара. Эффек­тивная эксплуатация этих сооружений требует обязательного применения автоматических устройств для поддержания в задан­ных пределах температуры сбраживания осадка и его перемеши­вания. Большое значение имеет также автоматизация контроля ряда параметров процесса, к которым относятся расходы сырого и сброженного осадков, уровень осадка в метантенке, давление и расход газа, рН и др.

При автоматическом управлении подогревом осадка измеритель температуры (термометр сопротивления) помещается в центре метантенка. С помощью этого датчика сигнал о изменении тем­пературы осадка передается на вторичный прибор, содержащий электроконтактное устройство. При температуре ниже заданного значения автоматически включаются насос перемешивания осадка и задвижка на его напорной линии. Одновременно открывается электромагнитный вентиль на паропроводе и во всасывающий па­трубок насоса подается пар для подогрева осадка. Перемешива­ние осадка производится одновременно с его подогревом. После увеличения температуры до заданного значения электроконтакт­ный термометр подает импульс, вызывающий отключение паро­провода, остановку насоса и закрытие напорной задвижки.

В некоторых схемах автоматики при аварийном отключении насоса предусматривается автоматическое включение насоса дру­гого метантенка с переключением задвижек и подачей аварийного сигнала на пульт управления.

Автоматический подогрев осадка может производиться и с по­мощью парового инжектора. Однако при этом достигается лишь частичное перемешивание осадка и выравнивание его температуры происходит очень медленно. Поэтому при применении парового инжектора осуществляется дополнительное перемешивание с по­мощью гидроэлеваторов, включение которых производится авто­матически по заданной программе. Схема автоматического конт­роля и регулирования температуры в метантенке приведена на рис. 108.

9.5. Автоматизация процесса

механического обезвоживания осадков

В цехах механического обезвоживания осадков сточ­ных вод все более широко применяют системы автоматизации, укомплектованные микропроцессорными контроллерами (МПК), обеспечивающими максимальную эффективность эксплуатации фильтров и центрифуг периодического и непрерывного действия.

Рассмотрим вначале систему управления фильтром периоди­ческого действиятипа ФПАКМ-25 (рис. 109). Процесс обезвожи­вания в таком фильтре включает две основные стадии: собственно фильтрование и вспомогательные операции (промывка, про­сушка, разгрузка фильтра и регенерация фильтрующего основа­ния). Все операции второй стадии осуществляются во времени с обратной связью об использовании команд по конечным положе­ниям рабочих органов. В системе управления установлен расходомер подачи осадка,

его сигнал поступает в МПК «Ремиконт», ко­торый вычисляет среднюю производительность фильтра, определяет максимум средней производительности по продолжительности операции и выдает команды на блок управления, переключающий режим фильтра с операции фильтрования на выполнение вспомо­гательных операций.

При повышении концентрации фильтр быстрее заполняется осадком, быстрее достигается максимум средней производитель­ности и, соответственно, микропроцессор раньше дает команду на переключение с операции фильтрования на выполнение вспомо­гательных операций. Применение рассмотренной системы обес­печивает повышение производительности за цикл на 20—25%.

При автоматизации управления фильтрами непрерывного дей­ствия,например барабанными вакуум-фильтрами, необходимо обеспечить изменение частоты вращения рабочего органа обратно пропорционально полному гидравлическому сопротивлению. Из­менение перепада давления на рабочем органе фильтра в зоне фильтрования прямо пропорционально полному гидравлическому сопротивлению. И то и другое целесообразно при стабильном уровне в ванне фильтра, максимальной эффективности работы зон просушки и промывки осадка. Поэтому типовая микропро­цессорная система автоматического управления (рис. ПО) содер­жит следующие четыре контура регулирования.

1. Контур стабилизации уровняосадка в ванне фильтра вклю­чает датчик уровня 4, сигнал его подается на вход МПК 11, кото­рый управляет подачей суспензии в корыто фильтра, воздействуя на положение регулирующей заслонки 3 через преобразователь 6.
При повышении уровня МПК прикрывает заслонку, при пони­жении — открывает. Если при полностью открытой заслонке уро­вень в ванне продолжает увеличиваться, МПК оставляет заслонку полностью открытой и воздействует на привод рабочего органа, уменьшая частоту его вращения. Такое воздействие, подаваемое через преобразователь 10 на электродвигатель 9, снижает произ­водительность фильтра, но в противном случае уровень в ванне будет падать, произойдут срыв вакуума и прекращение работы фильтра. При переводе управления по уровню на привод рабочего органа другие управляющие воздействия на этот привод отключа­ются.

2. Контур управления частотой вращения рабочего органа по
полному гидравлическому сопротивлению.В этом контуре наибо­лее важным является измерение полного гидравлического сопро­тивления, которое осуществляется индукционным расходомером

2 на линии подачи осадка в ванну фильтра и вакуумметром 8 на линии отвода фильтрата из зоны фильтрования. Сигналы от этих измерителей (Q — расход суспензии, АР — вакуум в зоне фильт­рования) поступают на вход МПК 11, где путем деления этих сигналов определяется полное гидравлическое сопротивление R = АР/Q.

Частота вращения рабочего органа изменяется по формуле со = о)₀ - кВ. При увеличении гидравлического сопротивления МПК уменьшает частоту вращения привода 9 рабочего органа фильтра, а при уменьшении сопротивления — увеличивает ее. Та­кое управление существенно снижает колебания влажности и сте­пень обезвоживания осадка.

3. Контур управления вакуумом в зоне фильтрования.По рассчи­танному МПК значению полного гидравлического сопротивле­ния К осуществляется воздействие на регулирующую заслонку 5 на линии вакуума через преобразователь 7. При увеличении В за­слонка открывается. При изменении вакуума в зоне фильтрования необходимо поддержание его максимального значения в зонах просушки и промывки осадка.

4. Контур стабилизации расхода промывной жидкостивключает измеритель расхода 1 (чаще всего ротаметр) и регулирующий ор­ган 12 (клапан с исполнительным механизмом). Сигнал от расхо­домера 1 поступает на вход МПК 11, который выдает сигнал на регулирующий клапан 12. В зависимости от конкретных условий работы цеха или участка обезвоживания контур стабилизации расхода промывной жидкости может быть связан с другими пара­метрами процесса по каскадной схеме. Так, иногда расход про­мывной жидкости изменяют пропорционально частоте вращения рабочего органа или полному гидравлическому сопротивлению.
Необходимость такой связи определяют индивидуально, в зави­симости от требований конкретной технологической схемы.

Управление центрифугами непрерывного действиязначительно проще, однако при этом необходимо введение приоритетов на ограничения выходных параметров процесса центрифугирования. Например, при автоматизации шнековой центрифуги к выходным параметрам относятся концентрация фугата и крутящий момент на валу редуктора, а управляющий параметр лишь один — подача исходной суспензии (осадка). Крутящий момент имеет более вы­сокий приоритет, так как превышение его допустимого значения может вызвать аварию центрифуги. Поэтому в АСР такого про­цесса обезвоживания (рис. 111) предусмотрено переключение каналов управления в зависимости от ситуации, в которой работает центрифуга. Система содержит измеритель 3 и регулятор 6 крутя­щего момента М_КР, измеритель 4 и регулятор 5 концентрации фу­гата Сф, управляющее устройство 7 и коммутатор каналов регули­рования 8.

При низких концентрациях исходной суспензии зависимости С_ф и Л/кр от расхода осадка О, имеют вид кривых 1 и 2 (рис. 112). Из рисунка видно, что производительность центрифуги О._х, соответ­ствующая ограничению на концентрацию фугата С_ф*, меньше про­изводительности 0₂, соответствующей ограничению на крутящий момент М^,. Поэтому управляющее устройство 7 через коммутатор 8 подключает клапан 1 к выходу регулятора 5 и система начинает работать в режиме стабилизации концентрации фугата: С_Ф = С_Ф.

При высоких концентрациях зависимости смещаются и приоб­ретают вид кривых 3 и 4. При этом производительность центри-фуги 0₃» соответствующая ограничению на крутящий момент М_КР, меньше производительности Q₄, соответствующей ограниче­нию на концентрацию фугата С_ф. В этом случае управляющее устройство /подключает клапан 1 к выходу регулятора 6, обеспе­чивая работу АСР в режиме стабилизации крутящего момента: М_КР = Л/кр.

Моменты переключения определяются устройством 7 в зави­симости от соотношения величин М_КР и М^, а также С_ф и Сф. Таким образом, в рассмотренной АСР управление осуществля­ется посредством изменения ее структуры.