污水处理

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行业特性

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。

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。

自控仪表应用方案


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、中间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。

温度仪表

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(PT100,PT1000)。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。

图例:CN611-P(PT100)型铂热电阻


压力变送器

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。在污水处理后期的污泥处理环节,有些板框式压滤机也会使用到压力变送器。

图例:CN421-A型压力变送器


流量计

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、热式气体质量流量计以及明渠流量计。

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。CN311型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对于直管段的要求不太高,直管段要求通常为前5D、后3D(D为所选仪表的内直径)。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。

图例:CN311-A型一体式,分体式电磁流量计;CN311-C型插入式电磁流量计;


超声波流量计

CN341型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。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)。

图例:CN341-A型管道外夹式超声波流量计


热式气体质量流量计

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。污水处理中的曝气量的测量多选用热式气体质量流量计,小管道选用管段式热式气体质量流量计,大品径的选用插入式的热式气体质量流量计。插入式的热式气体质量流量计配上球阀支座可在带压情况下拆卸维护检查,不影响风机和压缩机运行。污水池曝气量的测量还可以选择差压式流量计,但由于差压流量计的差压信号都比较小(约在几个mmH2O到几十个mmH2O之间),在保证满足前后直管段要求的情况下,需要采取一些措施,比如渐缩管道,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。相对热式气体质量流量计,差压式流量计成本较高维护量大,性价比不高。

图例:CN361-B型插入式热式气体质量流量计


明渠式超声波流量计

CN331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)。

图例:CN331-F分体式


物(液)位计

物位检测仪表按照被测介质分为液位检测仪表和料位检测仪表,污水处理中使用较多的是液位检测仪表,工艺过程中会使用到超声波液位计﹑投入式液位计﹑磁翻板液位计﹑浮球式液位开关等。

超声波液位计/液位差计

超声波液位计无机械可动部分,可靠性高,安装简单、方便,属于非接触测量,且不受液体的粘度、密度等影响,因此多用于药池、排泥水池等的液位测量。CN211系列超声波液位计的传感器由一对发射、接收换能器组成。发射换能器面对液面发射超声波脉冲,超声波脉冲从液面上反射回来,被接收换能器接收。根据发射至接收的时间可确定传感器与液面之间的距离,即可换算成液位。根据超声波液位计的非接触式测量原理,因此从理论上来讲,它适用于污水处理工艺过程中的液位测量。但在实际应用中它会受到各种因素如安装位置、温度、压力、湿度以及被测介质表面的泡沫、浪涌等的影响。根据超声波特性,频率越低,传输距离越远,但声波的指向性就越差;频率越高,指向性越好,但传输距离越小。目前超声波液位计的测量范围从0。5米到几十米。CN211-C超声波液位差计,是用来测量两个不同容器的液位或者料位的高低差别。最常见的是在污水处理厂的进水口,测量粗格栅、细格栅前后的水位高低,计算出水位相差的高度,用来启动反捞式除污机捞出垃圾。

图例:CN211型一体式超声波液位计


投入式液位计

投入式(静压)液位计是利用液体静压力与液体高度成正比的这一原理来测量液位的。 CN213 系列传感器采用美国进口、具有国际先进水平的干式陶瓷电容传器或带温度补偿和隔离膜片式扩散硅压力传感器,专用微处理电路。采用欧洲先进的设计思路,多种结构形式、多种材料、多种变送器类型、具有广泛适应性。

图例:CN213型缆式投入式液位计


磁翻板液位计

CN215 系列磁翻板( 柱 )液位计是以磁性浮子驱动双色磁板( 柱 )指示液位,可用于各种酸碱储罐的介质液位检测。它弥补了玻璃板( 管 )液位计指示不清晰、易破碎的不足,不受高、低温度剧变的影响,不需多组液位计的组合,具有可靠的安全性。全过程测量无盲区,显示醒目,读数直观,且测量范围大。特别是现场指示部分,由于不与液体介质直接接触,所以对高温、高压、高粘度、有毒有害、强腐蚀性介质更显其优越性。比传统的玻璃板 ( 管 ) 液位计具有更高的可靠性、安全性、先进性、适用性。

图例:CN215型磁翻板液位计


泥水界面仪(界位计)

CN211-J超声波泥水界面仪是利用可靠的超声波回波检测原理,计算超声波返回探头的时间,可以计算出污泥层的高度和厚度。有效的掌握污泥沉淀特性,对污泥的回流量进行精确的控制。让操作人员对优化污泥循环量、补偿废水的日常波动、修正非正常状态值、监测预浓缩池内的分离层做出实时的评价。

图例:CN211-J型泥水界面仪

此外对于工艺不要求连续检测而仅需报警或联锁设备动作的池内、活液罐等设备液 位可采用液位开关进行检测,从而控制仪表设备的投资。

分析仪表

在污水处理过程中,有许多反映水质的重要参数如:溶解氧(DO)、pH、污泥浓度、浊度、SS悬浮物等。在线检测这些参数可以实时地了解和掌握污水处理的情况,并根据这些参数对工艺及设备的运行进行自动控制和调整,以确保污水处理的正常运行并达到排放标准。在以往的水处理厂中大多是采用化验分析的方法来得到的,随着自动化仪表测量技术等领域技术的发展,越来越多的水质分析仪表逐渐应用于污水处理。

溶解氧仪

水中的微生物等得以生存的一个重要条件是水中溶解有一定量的氧气,称之为溶解氧(DO)。当水体中含有还原性污染物时,DO量就会降低,当DO低于4mg/l以下时,水中的生物就难以生存了。因此,溶解氧是水质监测的重要指标之一。水中的含氧量可以充分显示水自净的程度和可流入水的污水量。而对于生物处理来说,更需了解曝气池中的含氧量,根据该氧量信号,来控制鼓风机对曝气池的供氧量。溶氧仪主要由传感器和变送器两部分组成。污水行业溶解氧传感器多采用荧光法测量溶解氧,原理是蓝光照射在荧光层上,荧光物质受到激发发出红光,而氧浓度与荧光物质回到基态的时间成反比。采用了该方法测量溶解氧,测量时不会产生氧消耗,数据稳定,性能可靠,不存在干扰,安装和校正简单。

图例:CN132-B型溶解氧分析仪


pH计

在污水进、出口均设有pH分析仪,进水处配置pH计的目的是方便工艺人员针对进水水质采取相应的控制调节手段,以满足后续处理的要求。在出水处设置pH计的目的是反映处理的效果,方便厂部和政府部门对污水厂运行状态监管。pH计的基本工作原理是用电位法测量溶液的酸碱度,插人待测溶液的测量电极与具有恒定电位的参比电极之间的电势差与溶液pH值之间有固定的函数关系,由此通过测量电势得出pH值。

图例:CN111-A型在线PH计


污泥(悬浮物)浓度计

污泥的浓度也是污水处理工艺中需要检测的重要参数之一。污泥浓度计一般多用于污泥处理工段,多为池体内沉入式安计,也可用于管道安装。根据污泥浓度来控制絮凝剂的投加量,目的是促进污泥的浓缩,一方面可以提高污泥脱水设备(采用板框压滤机)的效率,节约能耗,另外使脱水后的污泥品比较干而便于运输;另一方面可以监测控制污泥的回流或排放。目前,常用的是光学法的污泥浓度计。

图例:CN172-B型污泥浓度计


余氯仪

CN152型余氯仪采用先进的恒电压原理,用于测量水体中余氯。该方法利用在极化电极和参比电极之间施加一个稳定的电位势,不同的被测成份在该电位势下产生不同的电流强度。仪表通过对电流信号的采集和分析计算出被测成份的浓度。余氯电极结构简单,易于清洁和更换,同时电极使用过程无须更换膜片与试剂,维护简单,确保仪器长期工作的稳定可靠性和准确性。

图例:CN152-B型余氯仪


应用案例

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