Параметры качества исходной воды, используемые для прямого контроля, зависят от типа источника воды, но обычно включают либо цвет, либо поглощение и мутность. Пригодность конкретного метода измерения поглощения зависит от места проведения. Некоторые системы измеряют поглощение света на одной длине волны (например, 254 нм), в то время как другие сканируют в диапазоне длин волн. Системы мониторинга качества сырой воды могут включать в себя проточные камеры, которые требуют очистки и технического обслуживания, для измерения поглощения света.

В одной из систем используется простой “погружной” зонд, который позволяет воде проходить через зазор для измерения поглощения и, возможно, облегчает очистку. Использование “погружного” зонда также позволяет избежать необходимости удаления потока пробы. УФ- или цветные мониторы могут включать в себя коррекцию влияния мутности на измерение оптической плотности. Это может быть сделано либо путем измерения двойной оптической плотности, либо с помощью сканирующих приборов “полного спектра”.

Предпочтительна автоматическая коррекция влияния мутности на измерение оптической плотности, поскольку она помогает обеспечить точность этой переменной прямого управления. Ожидается, что предварительное озонирование или хлорирование (дозирование озона или хлора в исходную воду) повлияет как на естественную органическую нагрузку, так и на соответствующие измерения поглощения. Это может повлиять на точность прогнозирования дозы коагулянта на объектах, где доза в основном определяется растворенным органическим веществом, а озон вводится либо периодически, либо в изменяющейся дозе.

Алгоритмы прямого контроля дозирования — общие принципы

Контроллер прямого действия использует алгоритм (уравнение) для преобразования результатов измерений качества сырой воды в дозу коагулянта. Это может быть либо настроено собственными силами, либо предоставлено поставщиком собственной системы, который укажет, какие параметры качества используются.

Можно использовать и другие формы уравнений, позволяющие получить нелинейные результаты. Для измерения расхода коагулянта в месте его подачи в технологический процесс необходим встроенный расходомер. Дозу коагулянта, рассчитанную исходя из этого, и рабочий процесс следует сравнить с дозой, прогнозируемой алгоритмом дозирования. Заметное несоответствие (например, 20%) будет указывать на проблему с системой дозирования или ее управлением и вызовет тревогу.

Как правило, расход измеряется электромагнитными расходомерами, хотя массометры кориолисова типа обеспечивают аналогичную производительность при большем диаметре отверстия, заметно менее чувствительны к пульсациям потока и могут измерять плотность, что может быть использовано для контроля продукта.

Алгоритмы прямого управления дозированием — самостоятельная разработка

На очистных сооружениях уже должна быть схема или таблица, показывающая, как изменяется доза коагулянта в зависимости от одного или нескольких параметров качества сырья. Это руководство для операторов при установке дозы и, по сути, представляет собой систему ручного прямого управления. Если имеющаяся информация охватывает достаточный диапазон показателей качества сырой воды, она может быть использована либо для разработки нового собственного алгоритма, либо для оптимизации алгоритма, предоставленного поставщиком.

Если используется коммерческая система управления, поставщик проведет анализ данных для пользователя, который должен предоставить только запрошенные данные. Данные могут быть использованы для оптимизации существующего алгоритма поставщика по умолчанию, к которому у пользователя может не быть доступа. Для автоматизированного управления на данном предприятии в конечном итоге внедряются собственные алгоритмы или алгоритмы, предоставляемые поставщиком.

Это может быть сделано либо путем включения в существующую систему SCADA на предприятии (если она обладает подходящей функциональностью), либо путем предоставления отдельной системы управления. Разработанные пользователем алгоритмы будут использовать собственные средства мониторинга, приобретенные пользователем. Некоторые поставщики могут предоставить полный комплекс услуг по настройке системы прямого управления, включая обработку данных, подключение к SCADA и ввод в эксплуатацию.

Мониторинг для оптимизации химических коагулянтов

В этом разделе рассматриваются данные о качестве воды, которые необходимо собрать для разработки автоматизированной системы дозирования коагулянта, в частности систем прямого контроля коагулянта. Для источников воды (например, водохранилищ для сбора сточных вод), где качество сырой воды меняется медленно, ручное управление дозой может быть целесообразным и экономически эффективным, а операторы могут использовать алгоритм, который подскажет им правильную дозу.

Для источников, подверженных быстрому изменению (например, прямой забор воды из рек), может быть целесообразным автоматизированное управление, и для обеспечения такого управления может быть реализован алгоритм. То, будет ли качество воды измеряться непрерывно или вручную, частично зависит от параметра, а также от потенциальной скорости изменения качества. Непрерывный мониторинг позволяет получать сигналы тревоги, которые могут предупредить оператора о значительном ухудшении качества воды. В случае с неочищенной водой непрерывный мониторинг может стать частью будущей системы автоматизированного прямого контроля дозы.

Тестирование методов дозирования

Уравнение прямой связи, используемое для контроля дозы коагулянта, будет соответствовать точности информации, использованной для его получения. До тех пор, пока не будут доступны очень подробные данные о тестировании банок и связанной с ними сырой воде, возможно, потребуется регулярное и точное тестирование банок либо при разработке пользовательского алгоритма, либо для поддержки оптимизации алгоритма, используемого поставщиком по умолчанию. Данные баночного теста обычно, но не всегда, дают хорошее представление о дозе, необходимой в процессе лечения.

В конкретном случае процессов флотации растворенным воздухом (DAF) полномасштабный процесс может работать удовлетворительно при дозировке, отличной от той, которая указана при испытании в отстойной банке. Это может быть связано с разницей между дозой, необходимой для получения хлопьев, пригодных для осаждения, и дозой, которая позволит получить хлопья, пригодные для флотации, или может быть связано с особенностями полномасштабного процесса (например, турбулентность вблизи сопел DAF), которые не были воспроизведены при испытании в банке. В этом случае рекомендуется провести сбор данных об испытаниях в отстойных емкостях, но изменить дозу по полной шкале путем корректировки оператором постоянного члена в уравнении прямой связи в зависимости от качества очищенной/отфильтрованной воды.

Период сбора данных

В тех случаях, когда пользователи разрабатывают свои собственные автоматизированные системы дозирования, период времени для сбора данных должен быть, насколько это практически возможно, достаточным для учета всех возможных условий качества воды. Таким образом, в тех случаях, когда качество поверхностных вод подвержено быстрым изменениям (например, после обильных осадков), период мониторинга должен быть достаточным для учета таких явлений.

Кроме того, при значительных сезонных изменениях цвета из-за растворенных органических веществ следует учитывать всю степень изменений. Для некоторых сайтов потребуется сбор данных за целый год, для других, менее подверженных изменениям, может оказаться достаточным более короткий период. В случае имеющихся в продаже систем прямого контроля, очевидно, что использование алгоритма поставщика по умолчанию (с последующей оптимизацией на месте, по мере необходимости) может существенно сократить период сбора необходимых данных.

Системы контроля дозирования коагулянта с регулировкой обратной связи

Алгоритм прямого контроля дозы не обязательно позволяет рассчитать правильную дозу коагулянта для всех ситуаций с сырой водой: для полной оптимизации может потребоваться средство коррекции дозы. Предыдущий опыт автоматической “настройки” не был положительным, и на практике обычно используется ручная “настройка”. Это может быть связано с длительной задержкой между изменением дозы и моментом, когда система видит результат изменения дозы, что может привести к “поиску” (т.е. к автоматической корректировке дозы в сторону увеличения или уменьшения в поисках подходящей дозы).

Мутность фильтрата можно использовать в качестве контроля с обратной связью, поскольку она менее подвержена влиянию технологических изменений и очень чувствительна к изменениям дозы коагулянта. Для систем, в которых регулировка обратной связи должна основываться на качестве отфильтрованной воды, требования к мониторингу значительно выше, поскольку уровень мутности очень низкий.

Поскольку приборы плохо реагируют на этот уровень, следует тщательно выбирать конкретную модель, в идеале основываясь на проверенном опыте применения в данной области. Такая обрезка также может быть выполнена вручную. Мутность осветленной воды была использована для обеспечения обратной связи при проведении процессов осветления с высокой скоростью.

Общий опыт показывает, что для обычных процессов осветления (например, в хлопьевидных осветлителях) мутность осветленной воды может использоваться в качестве показателя соответствия условий коагуляции, но не подходит для автоматической регулировки с обратной связью. Коммерческие системы, измеряющие поверхностный заряд в дозированной воде (т.е. в период между коагуляцией и осветлением), использовались в качестве потенциально быстрого средства обеспечения обратной связи.

В принципе, такой подход мог бы преодолеть индивидуальные ограничения, присущие каждому типу систем. Таким образом, система прямого регулирования коагулянта может использовать автоматическую регулировку с обратной связью, но на практике из-за трудностей, описанных выше, “регулировкой”, как правило, управляют вручную.

Системы управления дозирования коагулянта с обратной связью

Наиболее широко используемая система контроля дозы коагулянта с обратной связью основана на измерении “текущего тока” (SC), который связан с небольшим электрическим зарядом (дзета-потенциалом), находящимся на поверхности частиц. Основная причина, по которой SC (или другие показатели заряда частиц) могут быть полезны для мониторинга и регулирования коагуляции, заключается в том, что добавление коагулянтов в воду изменяет заряд частиц, хотя результирующий заряд также зависит от рН коагуляции и ионной силы (на что указывают, например, электропроводность или щелочность) воды. вода.

Необходима подходящая проба потока коагулированной воды, взятая либо из смесителя для коагулянта, либо из потока коагулированной воды вскоре после дозирования. Поскольку система SC чувствительна к таким технологическим факторам, как эффективность диспергирования коагулянта и изменения рН при коагуляции, ввод в эксплуатацию может занять много времени в зависимости от степени оптимизации существующего процесса коагуляции и гибкости вариантов отбора проб.

Поставщики будут настраивать и эксплуатировать систему SC таким образом, чтобы контролировать дозировку коагулянта для поддержания заданного значения SC. Несмотря на то, что поставщику не требуются конкретные данные о качестве исходной воды, чем более изменчиво качество воды, тем сложнее поддерживать единое целевое значение расхода.

Управление дозирующим насосом для систем с обратной связью

Крайне важно продумать процесс выбора насоса. В идеале насос должен иметь регулятор скорости, а также электрически управляемый регулятор хода, основанный на подаче сигнала 4-20 мА от контроллера SC. Производительность насоса, как правило, в 4 раза превышает норму. Это обусловлено тем, что заводской расходомер работает в среднем диапазоне, а желаемая рабочая точка хода насоса составляет 50%, т.е. находится в пределах линейной области.