Файл: Смирнов, Д. Н. Автоматическое регулирование процессов очистки сточных и природных вод.pdf

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-