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污水处理自动化仪表设计与应用

编辑:宁夏北华瑞尔电气有限公司时间:2019-04-03

  随着我国的经济快速发展与工业化程度增加,对于水资源的污染也在加剧,尤其是城市污水与工业污水的排放量增加致使水质污染日趋严重。国家对于水资源的保护日益重视,加大了对城市污水与工业污水的治理力度,对于达到各种污水处理工艺过程的最佳效果、处理设备的正常运行、准确监测污水处理的水质、水量等都提出了更高的要求,这就对污水处理中的自动化仪表的设计与应用提出了新的要求。

  1 污水处理自动化处理中的重要性

  在现代化污水处理过程中,无论采用何种工艺,其工艺过程都存在大量需要检测的参数,因此目前大型生活污水处理厂或者工艺污水处理厂一般都设有液位、液位差、流量、压力、pH值、温度、溶解氧、污泥浓度、氧化还原电位、污泥界面、在线BOD、在线COD、在线氨氮、在线总磷等自动化仪表。通过这些检测仪表获取的各种工艺检测参数从而对工艺过程中的各种工艺设备进行控制,协调供需之间、系统各组成部分之间、各污水处理工艺之间的关系,以便使各种设备与设施得到更充分、合理的使用。其中工艺过程中的一些重要工艺参数例如溶氧值、曝气量等都是保证工艺自动控制的重要保证,通过这些仪表检测值来自动调节和控制工艺设备的合理运行。这些自动化仪表不仅对于污水处理工艺过程起着不可替代的指导作用,同时也可以多工艺处理过程进行监控报警,保障生产和设备安全,而且还起着向相关管理部门提过检测指标的重要作用。综上所述,可以看到自动化仪表对于污水处理过程起着重要的作用,是计算机控制的前提条件和自动化控制的基础。2 主要仪表设计与应用

  2.1 污水处理常用仪表分类

  在污水处理中的自动化仪表主要分为热工仪表和成分分析仪表。热工仪表主要包括温度、压力、液位、流量这些物理量检测仪表,热工仪表大致都由测量元件(传感器)部分、中问传送部分和显示部分(包括变换成其他信号)构成。成分分析仪表在污水处理过程中常常称之为水质分析仪表,例如溶解氧仪、在线BOD仪、在线COD仪等。这部分仪表的主要特点是专用性强,形式多样化,但每种成分分析仪的适用范围往往都限于某种介质成分分析。

  2.2 温度与压力仪表

  在厌氧消化过程中为保证其正常良好反应,介质温度需要保持在一定的温度范围内,因此需要设置温度检测点,通常设计的典型热敏元件是铂热电阻。由于热电阻信号需要自动控制系统配套专用热电阻模块,而水处理过程中的温度监测点并不多,因此可以考虑在仪表设计时采用温度变送器将热电阻信号转换为4~20mA信号从而接入标准的模拟量模块。

  污水处理中压力检测多为泵出口处设置就地压力表或则压力变送器,如果需要设置压力变送器则多选用目前应用非常广泛技术也很成熟的智能型压力变送器,以便于通过配合手操器对压力变送器进行量程设置、调零等操作。

  2.3 流量仪表

  相对而言,在污水处理中流量计是非常重要的一类仪表。污水处理厂的进出水水量、回流污泥量、曝气量以及消化池产气量等都是工艺生产所必须测量的流量参数。另外,为了对污水处理厂的运行经济效果进行考核、分析,也要依靠流量测量仪表来提供必要的数据。

  在污水处理厂流量测量仪表中,目前应用较为广泛的是电磁流量计、超声波流量计、差压式流量计以及明渠流量计,相关性能等参数见图1。

  2.3.1 电磁流量计

  电磁流量计是测速式流量计,适用于具有导电性液体体积流量的测量。它的工作原理是基于法拉第电磁感应定律,定律要点是导体在磁场中切割磁力线方向运动时,导体受磁场感应产生感应电势E。电磁流量计主要由变送器和转换器组成。被测介质的流量经变送器变换成感应电势后,再经转换器把感应电势信号转换成为电流信号作为输出,以便进行远方指示记录或作为控制信号。电磁流量计在测量通道内无任何固定或可动的节流部件,对流体无压力损失,其输出特性与被测液体的密度、黏度、流动状况无关,适用于测量污水处理中带有固体微颗粒的流体流量。同时电磁流量计安装的直管段要求通常为前5D、后2D(D为所选仪表的内直径,见图2),相对于差压式流量计对于直管段的要求要短得多。正是因为电磁流量计的这些特点,因此它在污水处理中得到广泛应用。在污水处理厂的进出水管线、污泥管线上都可以考虑设计电磁流量计进行测量。需要注意的是电磁流量计对于测量液体的电导率和流速都有要求,需要在设计时特别注意加以考虑。

  2.3.2 超声波流量计

  超声波流量计按其安装形式一般分为外夹式和管段式、插入式,根据其检测的方式,又可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。

  其中管道外夹式超声流量计可以不用断开管路安装(不像电磁流量计那样需要断开管路安装),也不需要安装旁通管路和阀门,测量管路口径可以达到几米,维护方便,可以对流体无任何影响下来进行流量测量,因此在污水处理中的大口径的进出水管道流量测量中也得到较多的应用。

  在设计应用超声波流量计中尤其需要注意选择合适的安装位置,所选安装管道圆度好,内表面光滑且壁厚均匀,安装管段应避开干扰和涡流这两种对测量精度影响较大的情况,避免安装在水泵、变频器附近,即有强磁场和震动干扰处安装仪表。同时也应该满足相应的直管段要求(上游10倍管径,下游5倍管径)。

  2.3.3 差压式流量计

  污水处理中的曝气量的测量一般选用差压式流量计,如威力巴(VERABAR)流量计,德尔塔巴(Deltaflow)流量计。这两种仪表都是插入式安装,可在带压情况下拆卸维护检查,不影响风机和压缩机运行。在设计时需要注意,由于威力巴和德尔塔巴流量计的差压信号都比较小(约在几个mmH2O到几十个mmH2O之间),必要时,在保证满足前后直管段要求的情况下,可采取渐缩管道的方法,提高流速,增大差压信号。另外,选择适当的微差压变送器对准确的测量也是十分必要的,建议选用高精度的(0.5%)微差压变送器。在进行气体流量测量时,需要进行温度和压力补偿。当工艺管道内温度和压力变化不大时,在满足测量准确度的情况下,也可以采用固定的温度、压力值进行补偿。一个精度高,稳定性好的气体流量测量系统,对鼓风曝气系统节约电能,降低运行成本,起作积极的作用。

  2.3.4 明渠式超声波流量计

  明渠式超声波流量计是一种在污水处理厂应用很广的流量计,适用于工艺流程中进出水是明渠形式而非管道的场合。在污水厂中常用的明渠巴歇儿水槽、三角堰、梯形槽、矩形槽等。

  选用明渠流量计,不仅对仪表的精度、性能、稳定性高要求,同时对不同明渠具体堰槽的制作精度要求也非常高。因为无论采用哪一种堰槽,最终流量Q的大小由水位的高度h来确定的。其函数关系是Q=F(h)。