Будова і принцип дії автоматичних систем контролю якості води

Практично усі автоматичні системи контролювання якості поверхневих вод, як закордонні, так і вітчизняні, діють за однаковим принципом. Система складається з датчикової частини, яка розміщується в різних точках підконтрольного водного середовища, апаратури для передавання інформації і центральної станції для прийому та реєстрації аналогових і цифрових сигналів. Різниця між системами полягає в способі дії та особливостях бу-дови окремих блоків, ступені автоматизації одержання та оброблення інформації та остаточного результату.

Найпоширенішими є способи розміщення блоку датчиків:

— безпосередньо у водоймі, коли на тросі спускають блок, з'єднаний з приладом, розміщеним на березі. Перевага способу полягає в тому, що інформація надходить у визначену точку без транспортного запізнення та пов'язаних з ним похибок. Однак експлуатація такого блоку утруднена, бо його необхідно часто виймати для очистки від організмів, якими він обростає у воді, та пе-ревірки. Цей метод практично не застосовується на ріках зі складним гідрологічним режимом та в районах із суворим кліматом;

— у нижній частині автоматичної станції в спеціальному відсіку, куди воду подають із заданої точки водоймища зануреним насосом. Цей спосіб конструктивно простіший та надійніший. Його недоліками є транспортне запізнення одержання інформації і похибки внаслідок можливого обростання водними організмами внутрішньої поверхні шланга, яким подають воду. Метод застосовують в більшості закордонних конструкцій.

Для передавання інформації про виміряні параметри на центральну станцію застосовують аналоговий та цифровий методи. Перший метод є зручним та простим в реалізації, другий — забезпечує високу точність, але потребує додаткових витрат на апаратуру перетворення аналогових сигналів на цифрові. Передавати інформацію можна телефоном, телеграфом, радіо та електронною поштою. Реєструють і зберігають інформацію за допомогою самописців, перфораторів, записів на магнітних або електронних носіях. Для управління роботою всіх систем використовують ЕОМ.

В Україні найширше застосовують автоматичну станцію контролю поверхневих вод (АСКПВ) і автоматичну станцію контролю забруднення вод (АСКЗВ-Г).

Автоматична станція контролю поверхневих вод (АСКПВ). Вона складається з таких функціональних частин: насосногідравлічної системи (НГЧ), вимірювальної частини (ВЧ), електронноперетворюючої частини (ЕПЧ), апаратури передавання даних (АПД), центральної станції (ЦС).

Основою станції є насосно-гідравлічна частина (НГЧ), яка забезпечує забір контрольованої води на одному або двох рівнях (в глибину) і її доставку (без зміни фізико-хімічних показників) до первинного перетворювача вимірювальної частини. НГЧ компонується з водозабірних пристроїв, занурених насосів з електроприводами та трубопроводів.

Вимірювальна частина (ВЧ) забезпечує одержання нормованих електричних сигналів, які несуть інформацію про виміряні фізико-хімічні показники: температуру, рівень води, концентрацію розчиненого кисню, рН, окисно-відновний потенціал, електропровідність, концентрацію завислих речовин, йони міді та сульфідів. Її утворюють блок первинних і блок нормованих перетворювачів.

Електронно-перетворююча частина (ЕПЧ) забезпечує програми вимірювання, первинної обробки даних, подання інформації у формі, зручній для використання на місцях та передавання каналами зв'язку. ЕПЧ забезпечує дотримання заданих алгоритмів функціонування усіх пристроїв автоматизованої системи контролю води, виконує функції контролю технічного стану пристроїв, аварійного захисту та сигналізації.

Апаратуру передачі даних (АПД) використовують для інформування центральної станції, яка, в свою чергу, оперативно реагує на зміни якості води.

АСКПВ дає змогу проводити аналіз води з періодичністю ЗО хв., 1, 2, 3, 6, 12 год., а також згідно з вказівками диспетчерського пункту. Періодичність включення станції встановлюється відповідно до необхідної частоти замірів. Періодичне вимкнення ВЧ станції проводиться через коливання напруги за командами ЕПЧ. Розміщують ВЧ станції в опалюваних приміщеннях на березі водного об'єкта, на свайних опорах, опорах гідротехнічних споруд. ВЧ станції нормально функціонує при температурі повітря 5—40°С.

Автоматична станція контролю забруднення вод (АСКЗВ-Г). Ця станція комплектується з вимірювально-пробовідбірної частини (ВПЧ), обладнання збирання та оброблення інформації (ОЗОІ), апаратури передавання даних (АПД).

Вимірювальна пробовідбірна частина (ВПЧ) забезпечує автоматичне вимірювання фізичних властивостей і хімічного складу поверхневих вод, передавання результатів вимірювання на станцію у вигляді уніфікованих сигналів. Ця частина складається з 17 приладів та пробовідбірного пристрою, який розрахований на розміщення 24 проб (об'ємом 1л кожна). Прилади дають змогу вимірювати 7 загальних показників — температуру, рН, окислювально-відновний потенціал, концентрацію розчиненого кисню, електропровідність, мутність, рівень води; визначати забруднюючі речовини за допомогою йоноселективних електродів з пристроями фізико-хімічної підготовки проби рН, pCl-, pN03-, pF-, pNa+; визначати забруднюючі речовини С , F , С , Р , N за допомогою автоматичних фотоколориметрів та УФ-світлопоглинання природної води. Вимірювання проводять в діапазоні від ЗО хв. До 12 год.

Обладнання для збирання та оброблення інформації (ОЗОІ) слугує для узагальнення даних про вимірювані параметри і визначення фізико-хімічного складу поверхневих вод. За допомогою ЕОМ, яка входить до його складу, реалізуються такі функції: цифрова фільтрація сигналів датчиків; програмна корекція характеристик первинних перетворювачів та автоматичний вибір робочого діапазону. За заданою програмою вхідні сигнали вимірюються, масштабуються та усереднюються залежно від алгоритму оброблення інформації. Після закінчення циклу усереднення, який може змінюватися в межах 0,5,1,2,3,6,12год., оброблена інформація переписується в буферну пам'ять і виводиться на регулюючий пристрій (перфоратор, телетайп). Записана інформація каналами зв'язку через АПД за командою з центральної станції передається в центр обробки інформації.

Обидві системи можуть контролювати від 2 до 50 створів.

За кордоном розроблені різноманітні автоматичні системи контролю забруднення водного середовища. Аналіз закордонних розробок свідчить, що найпоширенішими є автоаналізатори, основані на дискретному методі аналізу. Загальним для всіх систем є модульна побудова, простота обслуговування та сумісність вихідних сигналів з ЕОМ. Відрізняються системи кількістю та складом параметрів, які підлягають контролюванню.

Аналізатори контролю якості води. Сучасні аналізатори ґрунтуються на використанні фізико-хімічних методів аналізу — спектрофотометричних, потенціометричних, кондуктометричних, полярографічних, а також низки інших методів та їх різноманітних комбінацій. Кількість показників, які здатні обробити аналізатори, коливається в межах ЗО—40. У вітчизняній практиці найпоширеніші аналізатори АМА-201 та АМА-201А.

Аналізатор АМА-201 вимірює до 11 фізико-хімічних показників як повністю автоматизована ланка системи контролю. Він є багатофункціональним комплексом оимування та передавання на центральну станцію обробки інформації оперативних даних про фізико-хімічні показники контрольованого об'єкта. Періодичність вимірювання коливається в межах 1; 1,5; 2; 3; 4 год. Обслуговування персонал проводить 1 раз у 15 діб під час профілактичного огляду або після ремонтних робіт.

Аналізатор АМА-20ІА відрізняється від попереднього досконалішою структурою, поліпшеною елементною та конструктивною базами. Він здатен контролювати 19 параметрів, при одночасному вимірі — 16.

Використовують також аналізатори контролю якості води для роботи в автоматичному режимі в лабораторних умовах. Так, аналізатори МБХА-1, АПВ-102, ІВА-1, КАП-105 дають змогу визначати від 5 до 25 інгредієнтів з продуктивністю від 60 до 240 вимірювань за годину.

Використовуючи автоматизовану або автоматичну станції контролю якості води, можна контролювати водні об'єкти за кількома параметрами одночасно. Ці пристрої і прилади забезпечують відбір проб води безперервно або через певні проміжки часу. У разі виникнення надзвичайної ситуації (перевищення норми концентрації забруднювача) станції переходять у аварійний режим роботи, тобто фіксують вимірювані параметри у визначені проміжки часу з одночасним відбором проб, а також сигналізують про таку ситуацію на центральну станцію.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5