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  • 污水处理系统液位测量的特点及测量仪表的选型

    随着环保意识的增强以及政府和社会对于环保的关注度和要求的提高,在工业生产中污水处理系统已成为必不可少的生产工艺之一,在污水处理的工艺中,如何提高运行的效率及增强系统运行的稳定和精准,是企业必须重视的问题。本文就是以液位计的原理且结合污水处理厂的工艺的实际情况,对于在污水处理上液位计的选型作一个简要的说明。  本文所举的案例是以一个造纸污水处理厂作为说明模板,用户可以以此案例举一反三,根据本企业的自身的实际情况加以灵活运用。该案例中的污水处理厂基本情况如下:主要处理造纸脱墨污水(高浓度DIP废水)造纸废水及其他生产废水。其中高浓度DIP废水先经过厌氧处理后,与造纸废水及其他生产废水一起进入SBR好氧生物处理系统,再经过三级化学处理后排放。处理过程中产生的剩余污泥经过浓缩池浓缩后,送至污泥脱水单元进行脱水外运。  液位计在污水处理应用中占的很大的比例,在整个污水处理的各个环节中几乎都有应用。污水处理中,需要测量液位有废水,污泥,化学品溶液等。在利用自动控制的污水处理系统中,液位计除了用来测量液位计,很多还涉及到自动控制中连锁泵的启停及控制阀门的打开和闭合。因此说液位计的恰当选型对于合理地达到生产工艺的要求具有非常重要的作用。 污水处理液位计要做到合理的选型,就需要我们对于生产的工艺的每一个环节都了然于胸,工艺与设备的选择是一下相互的关系,以下我们按照结合工艺分析一下正确选型的方法。  一、磁翻板液位计  原理:液位计根据浮力原理和磁性耦合作用原理工作的。当被测容器中的液位升降时,液位计主导管中的浮子也随之升降,浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到现场指示器,驱动红、白翻柱翻转180°,当液位上升时,翻柱由白色转为红色,当液位下降时,翻柱由红色转为白色,指示器的红、白界位处为容器内介质液位的实际高度,从而实现液位的指示。  特点:(1)结构简单,显示清晰,读数直观,特别适用现场显示。  (2)设备开孔少,一般选用带远程输出的磁翻板液位计,使现场和远程都能监控。  (3)根据介质的情况,如易污易堵的介质,则需要定期的清洗主导管,清除管道内的沉积物,以保证测量的准确性。  在污水处理工艺上,磁翻板液位计常用于化学溶药槽罐,酸罐,碱罐等液位的测量。  二、超声波液位计  超声波式液位计是利用超声波在液面处反射原理进行液位离度检测时,即应用回声测量距离原理工作的。当超声波探头向液面发射短促的超声波脉冲时,经过时间t后,探头接收到从液面反射回来的回声脉冲,因此探头到液面的距离可按下式求出:设超声波探头到容器底部的距离为h,则实际液位。式中,v为超声波在被测介质的传播的速度(也就是声速m/s),由此看出,只要知道声速v,就可以通过精确测量时间t,求出液位的高度H。[1]  2.1超声波液位计的特点  (1)超声波液位计可以做到非接触式测量,运行稳定可靠:超声波物位计安装于料仓、液罐上方,不直接接触物料,克服了其它型号液(物)位计直接接触物料和由此而带来的弊端。  (2)可以测量的范围大,液体,块状,粉末物位都可以测量。  (3)可以定点连续的测量,且能方便提供遥测和遥控的测量信号。  (4)安装简单方便,且不需要安全防护。  2.2超声波液位计的缺点  (1)超声波液位计测量会有盲区,安装的时候需要避开盲区,当液位进入盲区后,超声波变送器就无法测量液位了,所以在确定超声波液位计的量程时,必须留出盲区的余量,安装时,变送器探头必须高出最高液位盲区左右。这样才能保证对液位的准确监测及保证超声波液位计的安全。  (2)超声波液位计在有泡沫的情况下,因为声波不能穿透泡沫,声波就会在泡沫上反射回来,这样测量就与实际的液位有较大的偏差。可在有泡沫的槽罐容器加入消泡剂,减少泡沫的产生,保证测量准确。  (3)超声波液位计在有搅拌器的容器中会受到搅拌器的影响,造成反射假反射回波,造成测量的不准确。通过降低搅拌器的转速,安装液位计的时候离开搅拌器的中心,可以减少搅拌器对超声波液位计测量的影响。  (4)测量介质的温度对超声波液位计也有影响,尤其是在密闭的容器里,介质的温度与周围的温度有温差时,会探头的周围凝结水珠,这样会影响测量的准确。可以通过在安装超声波液位计的时候,接压缩空气管对着探头吹,减少因为介质与容器及探头的温度差凝结的水珠对测量的影响。三、静压式液位计  静压式液位测量方法是根据液柱静压与液柱高度成正比的原理来实现的,通过测得液柱高度产生的静压实现液位测量的,差压式液位计,是利用当容器内的液位改变时,由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作。  静压式液位计是通过测量液体的液位高度而产生的静压力来测定液体液位。根据P=ρgh,而液体的密度ρ,重力加速度g是已知的,只要测出压力P,就可以求出液体的液位h。[2]  —种用于液位测量的压力仪表是投入式液位计,即把液位测量仪表投入到待测液位的介质屮,随着液位的变化,压力变送器中的扩散硅等压力检测元件将静压力转换为电阻信号进行液位检测,投人式液位计可以直接投人被测介质中。  投入式压力液位计的特点。  (1)结构简单,采用固态结构,无可动部件。  (2)安装使用相当方便,使用寿命长。  (3)测量范围比较广,可以测里从水、油到黏度较大的相状物等。  (4)它不受被测介质起泡、沉积、电气持性的影响,无材料疲劳磨损,对振动、冲击不敏感。  (5)价格便宜,可靠性比较高。  (6)安装时,注意要选择流体相对平稳,波动小的地方安装,如果避免不了水流冲击,摩擦振动时,需要加装隔离管,减少水流冲击,保证测量的准确性和稳定性。  (7)安装投入式液位计时,最好离池底或者罐底100mm到200mm,以减少因为池底或者罐底有淤泥及介质的沉淀物,影响测量的准确度。  (8)在水质过差的环境下,尤其是介质有很多悬浮物,杂质时,容易堵塞取压孔,影响测量准确度。需要定期对液位计进行清洗、疏通取压孔,以保证测量准确和稳定。  压力式液位计适合用于水质较好的工艺流程中,比如上清集水池,滤池,清水池,外排水池以及SBR池。通过加装隔离管避开池底污泥杂质也可以用于带搅拌的浓缩池调节池。 四、雷达液位计  雷达传感器的天线以波束的形式发射电磁波信号,发射波在被测物料表面产生反射,反射回来的回波信号仍由天线接收。发射及反射波束中的每一点都采用超声采样的方法进行采集。信号经智能处理器处理后得出介质与探头之间的距离,送终端显示器进行显示、报警、操作等。[3]距离物料表面的距离D与脉冲的时间行程T成正比:  D=C×T/2  其中C为光速 因空罐的距离E已知,则物位L为:L=E-D  雷达液位计的特点:  (1)雷达液位计采用一体化设计,无可动部件,不存在机械磨损,使用寿命长。  (2)由于电磁波的特点,不受环境的影响。故其测量的应用场合比较广。雷达液位计的探头与介质表面无接触,属非接触测量,能够准确、快速地测量不同的介质。探头几乎不受温度、压力、气体等的影响。可以在工况恶劣,变化大,有水气、蒸汽、泡沫等超声波液位计不能胜任的场合下使用。  (3)雷达液位计也适合用于在有搅拌器,液面变化无常,多变的场合下。  (4)雷达液位计价格相对昂贵,但是几乎可以适用污水处理的各个工艺液位控制流程。  综上所述,由于污水处理的工艺流程中涉及很多需要测量液位的场合,也由于污水处理本身工艺的特点,在选型过程中,需要针对各个工艺流程及介质的特点,选择合适的液位计,对工艺测量的精度和可靠性稳定性以及经济性使用寿命都会有很大的影响。建议在经费允许的情况,尽量选择精度高,维护少,寿命长的液位计。使整个污水处理的液位测量和控制在可靠,稳定,安全下运行。

    时间:2018-09-27 关键词: 测量仪表 液位测量 污水处理系统

  • SPR污水处理系统的智能控制

    摘要:针对SPR污水处理系统工作中所存在的问题,控制出水化学需氧量COD保持恒定,以保证在各种条件下出水的水质,介绍了一种采用混合型模糊控制器控制的SPR污水处理系统的控制原理,并设计了模糊控制器、PI调节器和控制软件。仿真表明控制速度快,超调量小,调节时间短。系统动态性能和静态性能良好,具有较高的鲁棒性和性价比,实用性强。 关键词:混合型模糊控制器;化学需氧量;阀门开度;隶属度;鲁棒性     现代城市污水处理大多采用传统的SBR工艺和CCAS工艺,其相应的处理系统均存在污水输送管道长、处理工艺流程长、占地面积大、系统组成庞大、投入大、散发臭气、处理后的水不能回用、运行费用高等问题;随着我国社会经济的不断发展,新兴工业城市规模的不断扩大,人们对水资源的需求在不断地扩大,城市可持续发展中的水污染和节水、居住环境的好坏已越来越成为人们关注的焦点,特别是那些产生高浊度高浓度污水的高污染企业,给城镇人类生存环境带来巨大的压力,人们迫切需要一种专用于高浊度高浓度污水处理的新技术,SPR污水处理技术正是应这种实际需求,依靠化学反应、物理吸附、悬浮泥层精细过滤与流体力学分离原理的巧妙结合,可直接进行高浊度高浓度污水处理的新技术,由于SPR污水处理系统具有高效、节省、占地少、无臭气散发、污水净化后可再生利用等特点,使其成为解决城市水污染和节水问题的最好途径之一;但由于SPR污水处理系统出水水质和化学药剂用量大小是依靠紊流速度、混合时间和污水净化罐特有的水力学结构设计,通过污水在瓷球污水净化罐内与药剂取得最佳混凝净化效果来保证的,这样,它们极易受到电机转速、紊流速度、电网电压波动、输入污水浊度浓度变化、罐内压力变化的影响,使出水水质变差,或因水中含有化学药剂成分较大而造成二次污染,降低系统效率;为此,提出一种通过对药简阀门开度的模糊控制,控制流入泵前管中的化学药剂量,达到控制出水化学需氧量COD保持恒定的效果,以保证在各种条件下出水的水质,达到合理投药量的目的。 1 药筒阀门开度的控制原理     SPR污水处理工艺流程为:已被送入污水池的高浊度高浓度污水经水泵泵前管道、药筒流入处、水泵叶轮和蛇形管道以一定的流速被送入瓷球污水净化罐内,化学药剂通过泵前吸药管道、高速旋转的水泵叶轮的搅拌、蛇形反应管的紊流切割和瓷球反应罐内球面趋肤效应等途径后得以充分的混合,使污水中处于溶解状态的有机污染物、重金属离子和有害的盐类从水中析出,成为有固相界面的微小颗粒,并依靠污水净化罐内部结构凝聚吸附,在罐体的中上部形成一个几十厘米厚、致密的悬浮泥层,对出水进行过滤,输出达标的处理水;对罐内的污泥处理,当罐内形成的悬浮泥层达到一定量后,依靠涡流形成的向心力、过滤水力学形成的牵引力和自身的重量,被快速引入污泥浓缩室沉降分离,当污泥浓缩室蓄满时被定期排出。     从上面的工艺流程中可以看出,药筒阀门开度的大小在整个污水处理过程中起着很关键的作用,开度过小,随污水流入的药量小,不足以达到化学反应所需的药量,不能保证出水的COD指标;开度过大,随污水流入的药量大,造成投入浪费和二次污染;为了使阀门开度能根据流入污水的实际情况和处理的效果有合理的开度,选择处理后水中的化学需氧量COD大小作为衡量出水水质好坏的标准,通过监测出水COD大小,控制药筒阀门的开度及化学药剂的流入量,使出水COD基本保持不变,从而组成了COD闭环控制系统模式;由于在SPR污水处理工艺流程中存在物理、化学、流体力学等过程,使整个过程非常复杂,此对象为一个非线性、大滞后、时变不确定环节,因而,采用二维模糊控制器和传统的PI调节器相结合,构成混合型模糊控制器的控制形式,组成无差模糊控制系统,系统框图如图1所示。     系统的工作原理为:首先,通过COD在线检测仪测定出水的COD参数与给定的COD参数进行比较,得到偏差信号e,送到积分调节器,同时,将偏差信号和一个采样周期后该偏差的变化量ec作为模糊控制器的输入变量,经各自的量化因子,送到二维模糊控制器进行计算、判断与决策、非模糊化处理,经比例因子Kuf得到控制变量uf,与经过PI运算和强弱因子Kui处理的ui相加,得到药筒阀门开度的控制变量u,实现对污水中COD的无静差控制,提高处理后的水质。 2 模糊控制器和积分调节器的设计 2.1 模糊化处理     为了提高系统的性能,模糊控制器采用二维模糊控制器,其输入信号分别为COD偏差信号e和偏差的变化量ec,阀门开度控制信号uf,其对应的模糊变量分别为E、EC、Uf。     模糊化处理就是将输入变量、输出变量、控制变量由基本论域转换成相应的模糊论域。而基本论域一般由实际要求决定,模糊论域由经验设定,其量化因子、比例因子及实际输入值的计算公式为:         式中,x为输入输出变量的实际值,a、b为其基本论域的上下限,c、d为模糊集论域的上下限,k为量化因子或比例因子。     根据SPR污水处理工艺的实际情况,通常出水COD一般要求为40 mg/L以下,本系统中出水COD要求基本稳定在30 mg/L,设偏差e的基本论域为[-30,30],其模糊量E的模糊论域为[-6,6],则模糊量化因子Ke=0.2;误差变化率ec的基本论域为[-6,6],模糊量EC的模糊论域为[-6,6],则模糊量化因子Kec=1;控制量uf的基本论域为[-78°,78°],其模糊量Uf的模糊论域为[-6°,6°],则比例因子Ku=13。为了提高稳态精度,E的模糊集取8个元素,有NO和PO之分;EC及Uf的模糊集取7个元素,它们是NB(负大)、NM(负中)、NS(负小)、NO(负零)、ZO(零)、PO(正零)、PS(正小)、PM(正中)、PB(正大)。     各变量隶属函数的确定是由实际具体情况和设计者的经验来选择的,不同形状隶属函数所代表的控制含义不同,系统的性能不同,为使系统具有较好的稳定性,隶属度函数均取为三角形函数,表1为COD偏差E的隶属度列表,其他列表在此省略。 2.2 模糊控制规则     模糊控制规则建立的原则是必须保证引入模糊控制器能使系统的动态性能和静态性能达到最佳,根据总结的实际控制经验和实际运行情况,建立的糊控控制规则可用21条模糊条件语句来描述,具体以表2的形式来表示。 2.3 解模糊化     根据模糊控制规则表2,运用模糊推理合成规则,可求出输出模糊量,采用最大隶属度法进行解模糊化计算,即可得到药筒阀门开度控制的模糊控制量表,如表3所示。当系统进行控制时,只要知道E和EC的值,按此表所对应的数值乘上比例因子Kuf,即可得到药简阀门开度的实际控制量,通过对流入药量的控制,实现最终COD的控制。 2.4 PI调节器设计     为了提高系统的静态性能和稳态准确度,系统在采用模糊控制的同时,又引入传统的PI控制,组成了混合型模糊控制器的形式,PI调节器采用位置式数字PI算法,其参数KPI、TI按典I系统的二阶最佳系统进行设计(具体过程省略),ui的变化范围为[-12°,12°],强弱因子Kui=0.133 3,它与uf相加共同完成对药简阀门开度的控制。 3 模糊控制的软件设计     鉴于常规的SPR污水处理系统一般均采用PLC对系统各部分进行开关量控制,为了节省硬件资源,降低成本,根据PLC内部资源的使用状况,在允许的条件下,可在系统硬件方面增加A/D模块、D/A模块、COD在线检测仪及变送电路、药筒电阀门进行硬件改造;也可采用PLC+单片机的模式进行控制。     在软件方面,设计时将增加硬件初始化、软件初始化,参数Ke、Kec、Kuf、T、KPI、TI的预置和各变量的量化,模糊控制表及量化预置、计算、判断等内容,其模糊控制子程序流程图如图2所示。 4 模糊控制仿真与结论     鉴于本设计的控制对象为电磁阀和污水净化罐,根据它们的电磁物理过程和实际运行情况,其传递函数可以用2个惯性环节来等效,为了分析该模糊控制系统对输入信号的响应情况,在MATLAB中,用FUZZY工具箱构造模糊控制器,建立了模糊控制系统仿真模型,仿真参数设置如下:电磁阀的惯性时间常数T1=0.05 s,比例系数K1=4.8;污水净化罐的惯性时间常数T2=0.5 s,比例系数K2=0.44,采样时间T=0.1 s,通过对出水COD的给定设置(30 mg/L)进行仿真,仿真结果如图3所示。从仿真曲线可以看出,控制速度快,超调量小,调节时间短,系统具有良好的动态响应性能、静态性能和较高的鲁棒性。  

    时间:2012-02-20 关键词: 智能控制 污水处理系统 spr

  • 基于WebAccess的油田污水处理系统的设计

    摘要:针对当代油田含油污水处理技术存在的低效率、高能耗及高运行费用的问题,以WebAccess网际组态软件为上位机的人机交互界面,应用PLC完成数据采集和系统的控制,实现了污水处理过程的全自动运行和远程监控。 关键词:污水处理;WebAccess;数据采集;远程监控     目前我国许多油田处于二次采油期,即注水开采期。油田污水处理的目的是将处理后的水回注地层以补充、平衡地层压力,防止注入水和返回水腐蚀注水管和油管。油田污水主要包括油田采出水、钻井污水等其他类型的含油污水,当油田需要注水时,油田采出水经处理后回注地层,此时要对水中的悬浮物、油等多项指标进行严格控制,防止其对地层产生伤害。我国污水处理事业是在80年代初逐步发展起来的,经过几十年的发展已经初具规模,但是,与国外同期的油田污水处理相比较,具有效率低、自动化程度低、能耗高且运行费用高等缺点。     针对此种情况,笔者以研华WebAccess网际组态软件作为上位机的人机交互界面,使用三菱FX2N PLC完成数据采集和系统的控制,实现系统自动运行和远程监控。 1 油田污水处理工艺流程和控制要求     油田污水处理系统的工艺流程如图1所示。     从油田的脱水站过来的水经过一次缓冲罐和收油罐后,与所加药剂在混合罐中进行混合,混合后的水在沉降罐中进行过滤,再经过二次缓冲罐后进入压力滤罐进行过滤,过滤后的水送入注水站或作为冲洗用水。计算机通过M点的水流速值和N点的水pH值来控制所加药剂的量:在工作过程中,对沉降罐要定时进行排污;压力滤罐要定时进行反冲洗。 2 控制系统设计 2.1 可编程控制器PLC     目前,在油田污水处理中采用PLC进行系统控制,PLC具有易操作性,有多种程序设计语言可供使用,其中梯形图与电气原理图较为接近,容易掌握和理解。PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时,通过硬件和软件的自诊断,维修人员可以很快找到故障的部位。综合考虑目前工业过程控制、顺序控制系统的主流趋势和特性,采取了基于PLC为控制单元加工控机集中监控的控制系统的设计方案。 2.2 变频器     变频器是自动加药系统的执行单元和控制单元。作为执行单元时,变频器接收来自调节单元PLC的控制信号,根据控制信号改变电源的频率;作为控制单元时,变频器本身兼有调节单元的功能,单独完成控制调节作用。将变频器串接在电机电源的输入回路,通过改变电机电源的频率来调整电机转速。在本系统中,每个变频器有两条线路,一路是控制投药量的计量泵,另一路是控制用于溶药的搅拌电机。PLC将控制信号转化成4~20 mA的电流信号,通过改变变频器的工作频率控制电机的转速,从而控制投药量和搅拌机的快慢。 2.3 控制软件     PLC的控制软件主要用于实现加药、排污、反冲洗等3个方面的控制。     1)加药控制 有手动加药和自动加药两种控制方式。在加药工艺中,主要有A剂和B剂两种药剂,其中,A剂的加入量由液体的流速和pH值来决定,B剂的加入量仅由液体的流速来决定。自动加药的控制原理如图2所示。     2)排污控制 分手动排污和自动排污两种方式。自动排污的工作过程中,系统对所有工作方式设为自动的沉降罐按顺序进行排污,排污时间由定时器设定,可按照工艺需要更改时间。每个沉降罐有4个排污阀门,在排污开始之后要顺序打开阀门。加入一定延时,按下排污按钮即可实现对所选罐进行排污。排污控制的流程图如图3所示。     3)反冲洗控 制先打开反冲洗的出口阀门,再打开反冲洗的进口阀门,然后关闭正常工作的进出口阀门;当反冲洗结束时,应先关闭反冲洗的进口阀门,然后关闭反冲洗的出口阀门,最后打开正常工作的进出口阀门。在这些阀门打开或关闭过程中,也要加入适当的延时,使得系统能够稳定运行。 2.4 控制算法     加药系统是污水处理控制系统设计的核心,是实现系统算法的关键,是系统稳定和指标达标的关键,在本设计中,采用工业上常用的PID控制算法。     加药控制过程中,变频器接收的控制信号由pH计和流量计给出,系统根据设定值与检测值进行比较,通过PID运算,输出一个适当的电流值给变频器。在选择PID调节参数时通常按照经验值来确定比例系数(K)、积分时间值(Ti)、微分时间(Td),如图4所示。然后根据现场的实际情况来进行调试确定具体的值。 3 组态软件WebAccess     随着网络技术的发展,信息共享和远程监控是控制系统发展的一个方向。WebAccess组态软件是完全基于浏览器开发的人机交互软件,具有很强的网络通信能力,可以工作在多种网络架构下,如单机系统、多机系统、连接到Intemet的网络系统。自带的绘图工具可以画出很友好的人机交互界面,可以导入AutoCAD的DXF文档并进行编辑、填充和动画制作,还能导入GIF和JPEG等图像文件,使画面效果栩栩如生。Web-Access的基本组成如下:     工程节点(Project Node):用于系统设置的中央数据库服务器。客户端可通过工程节点动态浏览监控节点运行状况和工程参数。     监控节点(ScadaNode):可以连接自动化硬件设备,并且可以通过网络向客户端、其他监控节点及工程节点传输数据;当作为系统冗余时,监控节点之间可以互相备份。     客户端(Client):用浏览器直接连接到监控节点,以位图快照格式显示监控画面、并以文本方式改变数据值、确认警报和监控。 3.1 数据记录及查询     WebAccess具有数据记录的功能,可以连接多种数据库,本工程使用系统默认的数据库Microsoft Access。数据库记录的数据有模拟量点值、模拟量改变值、数字量改变值、运行记录、报警记录等。记录的数据存放在工程节点下的Bpdata文件中,可以在工程管理员界面中查询相应的记录,并可以制成报表定时输出。数据及报表还可以在工程管理员界面中导入到Excel中,以便科研调用。     系统是基于B/S架构的,在远程终端,用户能够直接通过浏览器查询并导出数据,使不在现场的研究人员可以实现数据共享,保障了系统的安全性和稳定性。 3.2 人机界面     组态软件的界面应该遵循简洁、形象、易操作的原则,主界面设计如图5所示。 4 应用效果     综合采用工业控制、网络、组态等技术和方法设计了一套油田污水处理控制系统,完全满足污水处理工艺所提出的控制要求,可以实现污水处理过程的完全自动运行,完成污水处理过程中全程监控、故障报警、水质参数检测记录等的目标。实现污水处理自动化后,使得劳动生产率大大提高,大大减轻了工作人员的工作负荷,节约了不少生产运行成本;在实现数学模型自动投药后,在保证沉淀池出水达标的情况下,药剂消耗率得到了较大幅度的降低,药剂的处理成本从0.5元/吨下降至0.2元/吨。按15吨/小时,年工作300天计算,每年可节约300x24x15x0.3=32 400元。随着人水和谐环境建设的不断完善,人们环保意识的不断增强,它必将发挥更大的经济和社会效益。

    时间:2011-08-02 关键词: webaccess 污水处理系统

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