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

с компенсацией нуля. В нерабочий период элементы за­ свечены источником света, что принято за условный нуль. Длительность рабочего периода определяется ем­ костью бака и расходом воды через сопло. Плавность струи достигается течением воды через сифон и успоко­ ительные перегородки. Вторичным прибором датчика может служить любой электронный потенциометр, шка­ ла которого калибруется в единицах мутности.

Существуют и более точные инструментальные ме­ тоды определения концентрации высокодисперсных взвешенных веществ в воде, например метод поточноультрамикроскопического определения числа частиц в единице объема. В Советском Союзе этот метод разра­ батывался Б. В. Дерягиным, Г. Я. Власенко и др. [5] .

электронный поточный ультрамикроскоп ФПУ-1 (рис.99). Исследуемая жидкая среда / протекает через прозрач­ ную стеклянную кювету 2. Жидкость входит через внут­ реннюю трубку 3 и, дойдя до горизонтального препят­ ствия 4, меняет направление потока, вытекая через шту­ цер 5. В центре внутреннего канала находится ярко освещенная зона 6, полученная от источника света 7 с помощью объектива 8. В момент пересечения частица­ ми, взвешенными в жидкости, этой зоны наблюдаются кратковременные вспышки рассеянного ими света, изо­ бражение которых через объектив микроскопа 9 и диа­

умножителя подается на вход в усилитель 12 и далее через амплитудный дискриминатор 13 в счетчик 14

7

Рис. 99. Функциональная схема фотоэлектронного по точного ультрамикроскопа

224

с цифровой индикацией числа импульсов. Диафрагма, в качестве которой используется плавно регулируемая оптическая щель прямоугольного сечения, служит для ограничения поля зрения микроскопа до размеров, ис­ ключающих совпадение изображений вспышек па ка­ тоде фотоэлектронного умножителя.

Прибор ФПУ-1 предназначен для определения мут­ ности в пределах от 0,3 до 2,5 мг/л для размеров частиц 0,1 — 1 м,*, определяющих мутность природных вод.

Г л а в а X I

АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РЕАГЕНТНОГО УМЯГЧЕНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ВОДЫ

1. Обоснование параметра регулирования

Для многих процессов водоподготовки величина рН является тем качественным показателем, который в пол­ ной мере характеризует их оптимальные режимы. Так, например, все виды стабилизационной обработки воды с целью устранения ее коррозионных свойств характери­ зуются величинами рН, отвечающими равновесному на­ сыщению воды карбонатом кальция. Удаление из воды железа в виде гидроокисей идет наилучшим образом при определенных значениях рН. При реагентном умяг­

ции водородных ионов, которое и следует поддерживать добавками химических реагентов.

Так же как и в случае нейтрализации сточных вод, добавки реагента желательно регулировать автомати­ ческими устройствами. Этого требует как характер воз­ никающих возмущений, нарушающий установленный режим обработки, так и необходимость освобождения людей от утомительных операций, связанных с дозиро-

ванием реагентов и контролем за их воздействием на воду.

Значение рН исходной воды на водоподготовительных станциях, как правило, резких изменений не пре­ терпевает, поскольку обрабатывается природная вода из поверхностных и подземных водоисточников. Однако требования к точности регулирования здесь значительно выше, чем при очистке сточных вод. Оптимальные зна­ чения рН лежат в очень узких пределах с отклонением не более чем на +0,2—0,5 рН (в ряде случаев отклоне­ ния не должны выходить за пределы +0,1 рН) . С по­ мощью современных рН-метров такая точность измере­ ния вполне достижима, но автоматическая система, регулирующая поступление реагентов, должна обладать достаточно высокими динамическими качествами.

Помимо колебаний качественного состава исходной воды источниками возмущения заданного режима явля­ ются изменение расхода обрабатываемой воды и неста­ бильность концентраций рабочих растворов реагентов. Основными реагентами для водоподготовки являются известь, фосфаты, серная кислота, к чистоте которых предъявляются более высокие требования, чем при очи­ стке сточных вод. Применение чистых реагентов упро­ щает их дозирование.

Общие принципы построения систем автоматическо­ го дозирования реагентов по величине рН при водоподготовке аналогичны принципам, изложенным в главеIII, однако есть и специфические особенности. В качестве основных узлов систем автоматического дозирования находят применение те же промышленные рН-метры, регуляторы и некоторые дозирующие устройства.

2. Простейшие системы автоматического

регулирования процессов обработки воды известью

Простейшая двухкомпозиционная система регулиро­ вания дозы извести по величине рН при обработке воды основана на применении промышленных рН-метров и потенциометров, на выходе из которых установлен контактный регулятор. Устойчивость регулирования обеспечивается работой привода дозатора в импульсном режиме, создаваемом импульсным прерывателем в цепи магнитного пускателя.

В более совершенной системе регулирования дозы извести (рис. 100) параметр регулирования измеряется

226

на выходе из смесителя погружным датчиком ДПг-5275, сигнал которого поступает на вход в электронный высокоомный преобразователь рН-261 и далее на вход в по­ тенциометр. Напряжение, пропорциональное величине отклонения рН известкованной воды от заданного зна-

7

Рис. 100. Одноконтурная система регулирования подачи из­ вести по параметру рН

чения, снимается с реостатного вторичного датчика по­ тенциометра с зоной пропорциональности 15% и подает­ ся на электронный изодромный регулятор. В качестве привода дозатора использован электрический исполни­ тельный механизм типа ПР, который включается испол­ нительным реле регулятора. Второй комплект рН-метра предназначен для контроля воды после осветлителей.

Отличие этой схемы заключается в отсутствии функ­ ционального преобразователя на входе в регулятор. Объясняется это тем, что на выходе из смесителя значе­ ние рН обработанной воды не должно отклоняться бо­ лее чем на 0,2—0,3. Такой узкий участок потенциометрической кривой можно считать условно линейным, даже если он лежит в области р Н = 1 0 - М 1 . Поэтому введение здесь нелинейной связи не является обязательным.

3. Система автоматического регулирования

процесса умягчения воды по двум параметрам — величине рН и расходу обрабатываемой воды

Регулирование подачи реагента по двум параметрам может оказаться необходимым при резких колебаниях расхода обрабатываемой воды, вызванных отсутствием

к комбинированным системам регулирования, сочетаю­ щим высокодинамическое регулирование по основному возмущению (расходу воды) с регулированием по от­ клонению величины рН известкованной воды и позво­ ляющим исключить возможные колебания параметра под воздействием дополнительных возмущений: изме­ нения состава исходной воды, колебаний концентрации реагента, температурных изменений.

Подобная система была разработана и осуществлена лабораторией автоматизации ВНИИ ВОДГЕО на стан­

параметрам. На указанной водоочистной станции вода обрабатывается известью для ее декарбонизации. Нера­ створимый осадок СаСОз и M g ( O H ) 2 задерживается в осветлителях и фильтрах. Дальнейшее умягчение про­ изводится на катионитовых фильтрах.

Расход воды в течение суток резко изменяется по ступенчатому графику — от 70 до 350 мг\ч. Химический состав обрабатываемой воды более или менее постоя­ нен: рНда7,6. Исходным продуктом для получения из­ весткового молока служат отходы ацетиленового произ­ водства. Концентрация СаО в известковом молоке ко­ леблется от 2000 до 5000 мг-экв/л. Таким образом, регулируемый объект характеризуется колебаниями в широких пределах как расхода обрабатываемой воды, так и концентрации СаО в дозируемом реагенте.

Принципиальная технологическая схема узла дози­ рования извести приведена на рис. 101.

В центральную трубу вертикального смесителя вво­ дятся обрабатываемая вода, подогретая до температуры 32° С, и реагент—известковая суспензия. По одному тру­ бопроводу подается оборотная артезианская вода из.ма-

228

шинного отделения ТЭЦ, по другому — из городского водопровода. Известковая суспензия поступает самоте­ ком из дозатора, расположенного выше уровня воды в смесителе. Обработанная известью вода из смесителя направляется в осветлители.

Параметр регулирования дозы реагента должен из­ меряться до наступления равновесного состояния про­ цесса, так как в противном случае система регулирова­ ния будет обладать чрезмерным запаздыванием. Поэто­ му собственно объектом автоматического регулирования является вертикальный смеситель.

Регулируемая величина рН измеряется погружным датчиком ДП-5274 со стеклянным и проточным хлорсеребряным электродами. В комплекте с датчиком работа­ ет высокоомный преобразователь ПВУ-5256 и автомати­ ческий регистрирующий потенциометр ПСР1-06, вторич­ ный датчик которого связан со входом в электронный бесконтактный изодромный регулятор РПИБ-П1. Рас­ ход воды по обоим трубопроводам, подающим воду в смеситель, измеряется расходомерами, состоящими из диафрагм и дифференциальных манометров ДММ-К. Электрический сигнал с индукционных катушек дифманометров поступает на вход в электронный дифферен­ циатор ЭД-60. Выходной сигнал этого прибора, пропор­ циональный первой производной величин приращений расхода воды, вводится в электронный блок регулятора. Если расход воды не изменяется, сигнал но нагрузке равен нулю.

Сформированный в регуляторе сигнал управления дозой извести через магнитный усилитель МУ-2Э посы­ лается в бесконтактный исполнительный механизм ИМ-2Б. Вал исполнительного механизма перемещает регулирующий орган дозатора.

При отклонении величины рН от заданного значе­ ния регулирующий орган сначала перемещается под действием регулятора на величину, пропорциональную этому отклонению, а затем в течение 10—15 мин изме­ няет дозу реагента короткими (около 1 % пропускной способности дозатора) импульсами. В результате коле­ бания величины рН на выходе из смесителя плавно за­ тухают. Вследствие того что изменение нагрузки, как говорилось выше, приводит к вариации времени запаз­ дывания смесителя, форма кривой регулирования не ос­ тается постоянной и при больших расходах может при-

230

ближаться к апериодической. Это объясняется тем, что стремление гарантировать необходимый запас устойчи­ вости системы вынуждает ориентироваться при динами­ ческой настройке регулятора на йаихудшие сочетания параметров объекта, которые наблюдаются при малых расходах воды.

Режим работы большинства станций водоподготовки позволяет в какой-то мере приблизить переходный про­ цесс регулирования к оптимальному. Дело в том, что преобладание больших или малых нагрузок носит сезон­ ный характер. Поэтому для станций с таким режимом можно рекомендовать несколько раз в год (в соответст­ вии с действующей средней производительностью) изме­ нять по заранее рассчитанному графику динамическую настройку регуляторов дозы извести. Это позволит по­ стоянно сохранять наилучший характер процесса регу­ лирования величины рН.

Для уменьшения первого отклонения величины рН (динамического коэффициента регулирования) при ко­ лебаниях расхода большое значение имеет сигнал, полу­ чаемый от дифференциатора. Благодаря этому прибору резкие изменения нагрузки (даже на 50—60%) не вызы­ вают отклонения величины рН на выходе из смесителя более чем на 0,2—0,3.

При использовании автоматических рН-метров со стеклянным электродом для контроля и регулирования процесса декарбонизации обычно возникают трудности, связанные с обрастанием электродов карбонатом каль­ ция. Некоторые другие технологические жидкости так­ же образуют на активной поверхности стеклянного электрода плотные осадки или пленки, в результате чего резко понижается точность измерения и усложня­ ется эксплуатация прибора.

Эти отложения следует удалять соответствующим растворителем, так как вследствие непрочности стеклян­ ного электрода почти исключается возможность его ме­ ханической очистки. Погружной датчик рН-метра необ­

трудоемка и не может выполняться силами дежурного персонала. При большой скорости образования осадков частота промывок настолько увеличивается, что приме­ нение рН-метра становится нецелесообразным.

231