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

Конструктивно прибор состоит из четырех основных узлов: измерительного блока, блока усиления, вторично­ го прибора ЭМИ-107 и пробоподготовительного устрой­ ства, состоящего из термостата ТС-16, регулятора давле­ ния РДЖ-2В; индикатора расхода воды, манометра и компрессора КВМ-8.

3. Схемы автоматизации процессов фторирования

и обесфторивания

При автоматизации процессов фторирования наибо­ лее совершенной следует считать систему регулирова­ ния, построенную по принципу поддержания соотноше­ ния между расходом воды и расходом реагента с кор­ рекцией дозы по содержанию фтора в обработанной воде.

0§рад~аты6аемая

Рис. 82. Принципиальная схема автоматического регулирова­ ния процесса фторирования с применением жидких реагентов

/ — электронный регулятор; 2— ключ управления; 3 — магнитный пуска­ тель; 4 — указатель положения; 5 — исполнительный механизм; 6 — на­ сос-дозатор; 7—сужающее устройство; 8 — дифманометр; 9— вторичный прибор расходомера воды; 10—12 — установка для измерения концент­ рации фтора; 13 — подача реагента от сатураторов или растворных ба­ ков; 14—выход обработанной воды

191

На рис. 82 представлена принципиальная схема САР процесса фторирования с применением жидких реаген­ тов (для технологической схемы с сатураторами или растворными баками). Реагент из расходных баков по­ дается насосом-дозатором типа НДЭ. Расход воды по водоводам контролируется расходомерами, имеющими дифференциально-трансформаторные системы передачи.

Сигнал от дифманометра поступает на вход в элект­ ронный регулятор РПИБ-III. Туда же поступает сигнал от реостатного датчика исполнительного механизма, дающий информацию о положении регулирующего орга­ на насоса-дозатора. Поскольку положение регулирующе­ го органа насоса-дозатора связано линейной зависимо­ стью с подачей реагента, поступающий на вход регуля­ тора сигнал пропорционален расходу реагента.

В измерительную схему регулятора типа РПИБ, кро­ ме того, периодически подается сигнал от прибора АФ-297, измеряющего содержание фтора в обработан­ ной воде. Этот сигнал является корректирующим.

Изменение расхода воды вызывает сигнал рассогла­ сования, который через регулятор воздействует на ис­ полнительный механизм насоса-дозатора, что и приво­ дит к изменению подачи реагента.

Если при заданном соотношении расходов не обеспе­ чивается поддержание необходимой концентрации фто­ ра в воде, в измерительную схему прибора подается сиг­

При применении реагента в сухом виде автоматиче­ ское дозирование его осуществляется также пропорцио­ нально расходу обрабатываемой воды с коррекцией по содержанию фтора в воде. Система выполняется на базе регулятора-импульсатора Р П И Б — Ш - И . Сухой реагент, например кремнефтористый натрий, дозируется с по­ мощью весов ДВС-2 в растворную камеру, куда подает­ ся вода из внутреннего водопровода. Из камеры раствор кремнефтористого натрия поступает в смеситель блока очистки воды фильтровальной станции.

Расход реагента при импульсном дозировании регу­ лируется изменением количества порций, отвешиваемых весами дозатора за определенный промежуток времени. Режим работы весов устанавливается автоматически ре­ гулятором Р П И Б — Ш - И в зависимости от расхода воды и содержания фтора.

192

Применение автоматического анализатора АФ-297 позволило построить системы регулирования процесса фторирования, обеспечивающие заданную концентра­ цию фтора в питьевой воде, несмотря на колебания рас­ хода обрабатываемой воды и содержания фтора в ис­ ходной воде и на изменение его концентрации в приго­ товленном растворе фторсодержащего реагента.

Весьма важной задачей является автоматизация процессов обесфторивания. Установки для обесфторивания воды методом фильтрования обрабатываемой воды через сорбенты можно автоматизировать по програм­ мному принципу, обеспечивая последовательное взрых­ ление, регенерацию, отмывку и фильтрование. Продол­ жительность каждой операции устанавливается прове­ дением контрольных фильтроциклов.

В связи с тем что из каждого фильтра установки вы­ ходит вода с переменным содержанием фтора, для вы­ равнивания концентрации фтора до заданного уровня в обработанной воде необходимо предусмотреть систему автоматического регулирования, действующую по каче­ ственным параметрам. Для контроля качества обрабо­ танной воды можно использовать автоматический анали­ затор фтора АФ-297. Система автоматического регулиро­ вания будет поддерживать заданную концентрацию фто­ ра в обработанной воде путем изменения добавок в нее исходной воды.

Г л а в а IX

К О Н Т Р О Л Ь И РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ

ОБ Е З З А Р А Ж И В А Н И Я ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

1.Принципы автоматизации процессов обеззараживания. Анализаторы воды на хлор

Впромышленном и коммунальном водоснабжении применяют три способа обеззараживания воды: хлори­ рование, озонирование и облучение ультрафиолетовыми лучами. Большинство водопроводных станций для обез­ зараживания воды использует хлор, который в качестве сильного окислителя применяют также для обесцвечива­ ния воды и удаления из нее железа и марганца. На ста-

ционарных обезвреживающих установках употребляют хлорную воду, которую приготовляют из сжиженного хлора, доставляемого на водопроводные станции в бал­ лонах. На небольших станциях применяют хлорную из­ весть, гипохлорит натрия и другие хлорсодержащие реа­ генты, часто получаемые на месте.

Технология хлорирования и ее научные основы неод­ нократно освещались в литературе [9, 25, 37], однако ав­ томатизация этого процесса отражена в литературе мало.

Все хлораторы, выпускаемые в нашей стране (ЛОНИИ-100, ЛК-10, ЛК-11), вакуумного типа. Они представляют собой аппараты, предназначенные для при­ готовления хлорной воды с постоянной концентрацией хлора; изменять концентрацию приходится вручную при помощи вентиля и ротаметра. Эффект хлорирования оценивается по данным лабораторных анализов, произ­ водимых периодически. Это создает большие неудобст­ ва при изменениях расхода обрабатываемой воды и осо­ бенно при изменениях качественных показателей, влия­ ющих на хлоропоглощение (температура, рН, содержа­ ние органических веществ, железа, марганца). Примене­ ние в этом случае хлораторов, дающих постоянную дозу хлора, приводит к перехлорированию воды, так как по­ стоянную дозу хлора для гарантии задают по макси­ мальному расходу и худшим качественным показателям исходной воды. Перехлорированная вода имеет неприят­ ный запах и вкус. Лучшее качество воды при более вы­ соких экономических показателях можно получить вводя хлор в количестве, пропорциональном расходу обраба­ тываемой воды (пропорциональное дозирование). Корен­ ного улучшения обеззараживания воды хлором можно достичь в том случае, если доза реагента будет коррек­ тироваться по свободному хлору в обработанной воде. Это самый простой способ учета реальной хлоропоглощаемости данной воды. Появление свободного хлора с достаточной степенью надежности свидетельствует о пол­ ном окислении органических веществ и болезнетворных бактерий (дозирование по качественному параметру).

Дозатор пропорционального действия, дополненный прибором-анализатором воды на хлор, показания кото­ рого используются для корректирования системы регу­ лирования, в настоящее время следует считать наиболее совершенным устройством для хлорирования воды.

194

К настоящему времени накоплен довольно большой опыт по устройству различных анализаторов воды на хлор, которые можно рассматривать как одно из звеньев автоматических хлораторов. Первоначально такие при­ боры предназначались для определения хлора известны­ ми в химии аналитическими методами и прежде всего колориметрическими.

Одна из первых попыток автоматизировать аналити­ ческий (йодометрический) метод определения хлора сделана у нас в Союзе инженером Крымским [47]. Его анализатор (циклического действия) производил отбор пробы исследуемой воды и обработку ее избытком йоди­ стого калия. Выделившийся свободный йод в количестве, эквивалентном активному хлору, титровался гипосуль­ фитом в присутствии крахмала. Содержание йода, а сле­ довательно, и хлора определялось по отчетливому изме­ нению цвета (синий цвет) раствора, что улавливалось несложной оптической системой. Этот анализатор неко­ торое время работал на Ленинградском водопроводе, но оказался сложным и ненадежным в эксплуатации. По­ пытка использовать йодометрический способ для автома­ тического контроля свободного хлора была предпринята также Л. А. Кульским и И. Т. Гороновским [38].

За рубежом в свое время широко применялся коло­ риметрический метод контроля содержания хлора в воде с использованием ортотолидина—органического веще­ ства, интенсивно окрашиваемого в желтый цвет при окислении хлором.

У нас в Союзе для определения содержания хлора этим методом был разработан Академией коммунально­ го хозяйства РСФСР прибор АОХ АКХ [47]. В этом ап­ парате блоки автоматического анализатора и измери­ тельный оптико-электромеханический блок размещены в одном корпусе. Фотометрический блок основан на ком­ пенсационном принципе и обеспечивает измерение ин­ тенсивности окраски раствора в рабочей кювете с по­ мощью оптического клина. Световые потоки, проходящие через кювету и клин, воспринимаются попеременно фото­ резистором с частотой, задаваемой механическим моду­ лятором. Периодичность получения данных анализа, а следовательно, и корректирующего сигнала на регули­ рование— 20—30 мин. Верхний предел измерений хлора ограничен 1 мг/л. Прибор АОХ АКХ длительное время используется на Восточной водопроводной станции

г. Москвы. Более широкого применения он не получил ввиду сложности эксплуатации, недостаточной отрабо­ танности отдельных узлов, а главное из-за недостатков самого ортотолидинового метода определения хлора (не­ устойчивость окраски, помехи, вызываемые присутстви­ ем в воде органических веществ, железа, марганца, длительность завершения реакции, узкие пределы изме­ рения). Тем не менее появление этого прибора было большим шагом вперед на пути решения рассматривае­ мой проблемы.

В настоящее время внимание специалистов у нас и за рубежом привлечено к анализаторам воды на хлор, ис­ пользующим электрохимические методы анализа. Выяв­ лена возможность контролировать содержание свободно­ го хлора в воде по окислительно-восстановительному по­ тенциалу [16].

Однако наиболее точным и удобным для применения оказался амперметрический метод. Анализаторами во­ ды на хлор амперметрического типа снабжают свои хло­ раторы фирмы «Уоллес и Тирнан» (Англия), «Фишер и Портер» (США), «Хлоратор» (ФРГ). В Европе хорошо известен анализатор «Депалокс», используемый фирмой «Хлоратор».

У нас в Союзе амперметрический анализатор (при­ бор АПК-01М) разработан СКБ АП. Большая работа по изучению электрохимических основ, улучшению конст­ рукции и метрологических качеств амперметрических анализаторов проведена Г. П. Коротковым в лаборато­ рии водоснабжения ВНИИ железнодорожного транс­ порта (Москва) [29]. На определение содержания хло­ ра амперметрический методом практически не влияют мутность, цветность, жесткость и общая электропровод­ ность воды.

На рис. 83 показана схема аналитической ячейки — датчика амперметрического анализатора. Гидравличе­ ский блок анализатора состоит из двух камер — правой и левой, нижние части которых соединены трубкой. Ана­ лизируемая вода под напором подводится в правую ка­ меру через сопло и создает разрежение. Попадая в ле­ вую камеру, вода смешивается с ацетатным буферным раствором, который подводится по трубке, и, пройдя электродную ячейку, снова поступает в правую камеру. Некоторая часть жидкости сливается из правой камеры через бачок. Необходимое соотношение между циркули-

196

руемой и сливаемой водой поддерживается устройством постоянного напора и расхода воды через сопло.

Напряжение, возникающее на электродах, измеряет­ ся и регистрируется потенциометром. С регулятора этого

графитового катода, имеющего форму стержня. По опуб­ ликованным [19] данным, указанную электродную си­ стему рассматривают как гальванический элемент. По­ лагают, что при включении на внешнюю электрическую

197

цепь происходит поляризация катода — покрытие его по­ верхности слоем адсорбированного водорода, значитель­ но увеличивающего внутреннее сопротивление электрод­ ной системы, а следовательно, и ток в цепи. Присутст­ вующий в воде свободный хлор, вступая в реакцию с во­ дородом, уменьшает поляризационное сопротивление и соответственно увеличивает гальванический ток. Ско­ рость возникновения поляризационного эффекта зависит от величины тока и объемной концентрации ионов водо­ рода, т. е. рН. Медный анод постепенно растворяется.

Исходя из этих предпосылок, реакция на электродах представляется в следующем виде:

на аноде

C u ^ C u 2 + + 2е (Си) и 2е (Си) -> 2е (Pt); на катоде

2е (Pt) + 2Н+ -> Н 2 а д с о р б и Н 2 а д с о р б + С12 -* 2НС1. Суммируя эти процессы, получим:

Си + Н+ -> Си2 + Н 2 8 Д с о р б .

Окисление меди происходит за счет восстановления хлора. Однако представления об этих процессах не вы­ шли из рамок гипотезы и требуют более строгого теоре­ тического и экспериментального обоснования.

198

датчика (электролитического блока), реконструирован­ ного потенциометра ПСР1-09Т и дублирующего элек­ тронного моста МП-4К-

ПРС-10, ЭПП-09М и др. (без их реконструкции). Преде­ лы измерения концентрации свободного хлора у этого прибора значительно шире: 0—3; 0—10; 0—100 мг/л. Прибор испытан на всех применяемых в практике хлорсодержащих реагентах. В настоящее время этим анали­ затором оборудуются хлораторные установки (на хлор­ ной извести) на водопроводах железнодорожных станций.

Амперметрический прибор испытан Г. П. Коротковым и в качестве измерителя озона в воде. Зависимость между напряжением, возникающим на электродной си­ стеме, и концентрацией озона линейна, по крайней мере, до 2 мг 03/л. Электрохимические реакции, происходящие в датчике прибора, протекают следующим образом. Сна­ чала в подкисленной буферным раствором воде (рН = =4,7-г-4,8) озон распадается на атомарный кислород: Оз - >Ог+0 . Затем атомарный кислород восстанавлива­

циональным возрастанием силы тока, которая и служит мерой концентрации озона.

199