超聲波物位儀在污水處理廠中的應(yīng)用

超聲波物位儀在污水處理廠中的應(yīng)用

1.分析儀表的建設(shè)自動(dòng)儀表在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。根據(jù)污水處理廠的設(shè)計(jì)要求，廢水行業(yè)的應(yīng)用儀表基本上可以分為三個(gè)系列：（1）液體位、液體位差、污泥位（超聲波、雷達(dá)、靜壓）；（2）儀器儀表的分析包括ph、do、濁度（ss）、cod、殘余氯和電導(dǎo)率。（3）包括電壓計(jì)、軸流計(jì)入、超聲波計(jì)入和其他排水指標(biāo)。唐山市北郊污水處理廠是利用亞行貸款建設(shè)的河北省重點(diǎn)環(huán)保工程,設(shè)計(jì)規(guī)模日處理污水15萬噸,該廠工藝先進(jìn),自動(dòng)化水平高,施工質(zhì)量優(yōu)良,榮獲2003年中國建筑工程最高獎(jiǎng)“魯班獎(jiǎng)”。其中,中控系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝儀表28套,現(xiàn)投入使用21套,物位儀表:液位計(jì)、液位差計(jì)、泥位計(jì)(超聲波);分析儀表:PH、DO、COD、余氯;流量計(jì):電磁流量計(jì),用于進(jìn)廠污水及污泥體積流量測量。2.廢水處理廠的應(yīng)用儀表類型2.1位置測量2.1.1超聲波穿透能力超聲波物位探測儀用于對液體及粗大顆粒或球狀固體(顆粒尺寸大于4mm/0.16in)進(jìn)行非接觸性連接物位測量,污水廠內(nèi)主要應(yīng)用于液位、液位差及泥位的檢測,安裝地點(diǎn)如進(jìn)水泵房、格柵間、儲泥池等,由被測介質(zhì)決定。微波發(fā)射器(傳感器)電激勵(lì)以8度廣角發(fā)射超聲波脈沖直到被測物體,物體表面反射回波為此時(shí)的接收器(同一傳感器)接收,轉(zhuǎn)換成電氣信號輸出(平滑的表面回波角達(dá)到90時(shí)測量效果最好)。脈沖在發(fā)射和接收中所消耗的時(shí)間—飛躍的時(shí)間—與傳感器到物體表面的距離成正比。內(nèi)有溫度傳感器同時(shí)對超聲波脈沖的傳感時(shí)間進(jìn)行溫度補(bǔ)償。超聲波回波質(zhì)量優(yōu)劣決定測量信號的精確性,因此,不能在同一料罐內(nèi)安裝多臺超聲波物位儀,且當(dāng)料罐內(nèi)部附近產(chǎn)生強(qiáng)烈的回波干擾(包括多次回波)或回波質(zhì)量太差,如液面有大量泡沫、粉塵,以至于超聲波無法到達(dá)真實(shí)物位時(shí),需采取固定目標(biāo)抑制功能在物位盡可能低的情況下進(jìn)行回波抑制。超聲波穿透能力較差,需要堅(jiān)實(shí)清晰的界面及較寬闊的測量平臺,精度要求較高或液面狹窄時(shí),宜采用靜壓或雷達(dá)式物位儀進(jìn)行檢測。目前超聲波物位儀在污水廠中大量應(yīng)用,回波因子的調(diào)整、接地線屏蔽等均對數(shù)值穩(wěn)定性造成影響?？傮w來說,運(yùn)行穩(wěn)定,維護(hù)方便。2.1.2超聲波物位檢測靜壓式物位儀一般安裝于料罐底部承壓點(diǎn),標(biāo)定較困難,但具有受低密度物質(zhì)的影響較小的優(yōu)點(diǎn)。如,當(dāng)污水廠進(jìn)水液面堆積泡沫過厚時(shí),超聲波物位儀發(fā)射的超聲波由泡沫表層反射,不能穿透泡沫直達(dá)真實(shí)液面,而此時(shí)泡沫壓力相對于水壓可忽略不計(jì),宜采用靜壓式物位檢測,保證由壓力變送的液位輸出值與實(shí)際情況基本相符?，F(xiàn)唐山市東郊污水處理廠格柵間采用羅斯蒙特生產(chǎn)的該系列靜壓產(chǎn)品。2.1.3超聲波、蒸液雷達(dá)式物位儀具有精度高、穿透力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。其電磁波可穿透霧氣、蒸汽、薄而大的泡沫,遠(yuǎn)優(yōu)于超聲波,精確性取決于介質(zhì)的導(dǎo)電能力,但成本過高,惡劣工況中或被測液面狹窄時(shí)適用。2.2新型ph計(jì)材料分析儀表測量值對污水廠生產(chǎn)運(yùn)營有重要的參考作用,其線性輸出可作為邏輯條件進(jìn)行工藝自動(dòng)控制。一般由電極、電纜、安裝支架、變送器四部分構(gòu)成。PH計(jì)在污水廠中大量用于進(jìn)水酸堿度指示,如印染廠廢水的排放對PH值有較大影響。PH計(jì)屬接觸直接測量式儀表,采用浸入式安裝,TOP68防水連接方式,根據(jù)氫離子在玻璃電極表面聚集的活躍程度產(chǎn)生電勢,同時(shí)測量電極與參比電極之間填充電解液并以鎢絲傳導(dǎo)平衡電勢,計(jì)算PH值,禁止在硫化氫或堿性過高的環(huán)境中使用(2%NaOH80℃approx.10-15hlifetime),且線性輸出值與被測材質(zhì)無關(guān)。U——傳感器電壓U0——當(dāng)PH值為7時(shí)的電壓RT/nF——輸出曲線斜率(slope=59,16mVat25℃)污水廠中化學(xué)成分濃度隨機(jī)變動(dòng)范圍大,但持續(xù)時(shí)間短。污物可能滲透進(jìn)入電導(dǎo)溶液,新型PH計(jì)采用異型填充物隔離測量與參比電極,以達(dá)到較好的測量穩(wěn)定性,儀表壽命延長。PH計(jì)制造技術(shù)現(xiàn)已比較成熟,維護(hù)方便,屬生產(chǎn)易耗品。玻璃電極表面損傷、老化;離子交換膜損傷,氫離子運(yùn)動(dòng)應(yīng)由內(nèi)向外交換,若反向則傷害參比電極,產(chǎn)生零漂,嚴(yán)重時(shí)無法?；?。以上兩點(diǎn)應(yīng)引起特別注意。此外,(1)電極探頭鍍有一層微米級厚度的金屬膜,在非測量環(huán)境中必須保持探頭濕潤(可浸泡在清水或KCL溶液中)。(2)用4%鹽酸或蒸餾水清潔電極,禁用堿溶液,油或脂肪可用酒精沖洗。(3)清洗探頭時(shí)不可用力擦拭,以防損壞電極膜。(4)一般工況下三個(gè)月標(biāo)定一次,污水廠環(huán)境中若維護(hù)得當(dāng),使用一至兩年應(yīng)更換探頭。2.2.2氧的基本特性溶解氧數(shù)值——污水處理工藝重要指示參數(shù)。水中溶解氧含量多少?zèng)Q定污水生物處理過程中指示生物的生存生活條件,從而影響出水質(zhì)量。溶解氧儀傳感器由覆膜帽、電解液、金陰極、銀陽極、參比電極(部分型號配備)、連接電纜組成。介質(zhì)中的氧以溶解氣體的形式產(chǎn)生,通過流體傳送至覆膜,基于所用材質(zhì)和生產(chǎn)過程,只有溶解氣體能滲透覆膜,同樣地,溶解鹽和離子被保留下來,即當(dāng)傳感器覆膜被覆蓋時(shí),介質(zhì)的電導(dǎo)率不影響測量信號。氧分子在金陰極上還原成氫氧根離子(OH-),在陽極上,銀被氧化成銀離子(Ag+)形成一層溴化銀,金陰極釋放離子,陽極接收離子形成電流,以相應(yīng)PLC模擬量采集標(biāo)準(zhǔn)輸出。正常條件下,電流與介質(zhì)中氧濃度成正比。電流在測量裝置中被轉(zhuǎn)換,在LCD上顯示溶解氧濃度(mg/l),氧的飽和指數(shù)以%SAT表示,或以hPa表示氧壓力。2.2.3低濁狀態(tài)下的消泡器測量可采用90°角散射光法或透射光法在線檢測,污水廠主要安裝于初沉污泥、活性污泥、出水口等。常規(guī)的濁度測量在無壓的采樣液中進(jìn)行,當(dāng)采樣液壓力釋放時(shí),產(chǎn)生非常細(xì)小的氣泡干擾正常的濁度測量值,因此低濁狀態(tài)下需加裝消泡器。傳感器頭部轉(zhuǎn)刷定時(shí)對電極做自動(dòng)清洗。2.2.4cod的測定化學(xué)需氧量是在一定條件下水體被強(qiáng)氧化劑重鉻酸鉀氧化的還原性物質(zhì)所消耗重鉻酸鉀相對應(yīng)的氧的質(zhì)量濃度。COD反應(yīng)水中受還原性物質(zhì)污染的程度,COD的測定可采用光學(xué)法或溶液滴定法。以國標(biāo)二級排放標(biāo)準(zhǔn)COD100mg/L為例,消解液配制重鉻酸鉀、硫酸亞鐵銨摩爾濃度分別為0.05、0.02,需人工定時(shí)補(bǔ)充滴定。2.2.5h補(bǔ)償電路雙電極結(jié)構(gòu)(PH、余氯兩個(gè)電極),內(nèi)部設(shè)計(jì)有PH補(bǔ)償電路。其PH電極原理構(gòu)成同獨(dú)立PH計(jì),但無溫度電極;余氯電極硝化銀膜體變白即報(bào)廢,屬易耗品?？筛鶕?jù)氯的消耗量估算其使用壽命,常溫保存無特殊要求。2.3流量損失2.3.1傳感器及其工作原理電磁流量計(jì)用于測量導(dǎo)電流體體積流量。北郊污水處理廠采用光華愛而美特分體式電磁流量計(jì)兩臺,在線檢測污水及未濃縮處理的污泥體積流量,調(diào)試完成后基本處于FITANDFORGET免維護(hù)狀態(tài),電極結(jié)構(gòu)如圖1。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律(圖2),導(dǎo)電流體流經(jīng)管道做切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)在垂直于磁場及流速的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電勢,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為常數(shù)時(shí),感應(yīng)電勢由兩個(gè)與介質(zhì)接觸的電極檢出并正比于平均流速。同時(shí)為消除管道不滿給流量帶來的影響,加裝空管檢測電極。傳感器腔體填充氮?dú)饷芊?。?yōu)點(diǎn):電磁流量計(jì)無壓力損耗;內(nèi)無可移動(dòng)部件;輸出線性顯示;襯里采用聚胺苯橡膠,具有超強(qiáng)耐磨性。缺點(diǎn):超純水電導(dǎo)率過低無法檢測流量。電磁流量計(jì)電極可采用電清洗或機(jī)械清洗,由軟件自動(dòng)控制。北郊污水處理廠現(xiàn)采用電極刮刀定時(shí)進(jìn)行機(jī)械自清洗。2.3.2起流體擾動(dòng)的計(jì)算為保證流體剖面不受擾動(dòng),渦街流量計(jì)必須安裝在任何引起流體擾動(dòng)例如縮徑、擴(kuò)徑或閥的上游。當(dāng)流體經(jīng)過流量計(jì)擋體時(shí),科氏力導(dǎo)致流體變向產(chǎn)生漩渦,根據(jù)漩渦個(gè)數(shù)推算流速并以介質(zhì)不同得出體積流量。三向抗震,性能良好。2.3.3超聲波通信適用于明渠體積流量測量,對溫度敏感,室外安裝注意遮陽。超聲波流量計(jì)在污水廠進(jìn)出水處應(yīng)用廣泛。3.維護(hù)分體式儀表由傳感器、變送器兩部分構(gòu)成。變送器放大板、電源板、LCD等一經(jīng)損壞必須送交廠家維修;傳感器依賴于日常維護(hù)。3.1超聲波位置污水廠工況中非浸入式超聲波傳感器可進(jìn)行電振動(dòng)自清洗,定期擦拭傳感器表面,數(shù)值波動(dòng)時(shí)進(jìn)行標(biāo)定即可。3.2采購計(jì)劃更換行業(yè)注意事項(xiàng)PH、余氯等一體式電極屬易耗品,浸入式安裝,視工況清理傳感器。年度制定采購計(jì)劃更換。DO儀在一般工況中的維護(hù)應(yīng)遵循“三個(gè)一”原則,“一周清洗,一月標(biāo)定,一年換液”。污水廠視使用情況而定,電解液、覆膜帽易損易耗,需定購。3.3磁體測量管道安裝,運(yùn)行免維護(hù)。若條件允許,應(yīng)在使用兩年后重新進(jìn)行空管及滿管標(biāo)定。4.運(yùn)行問題和解決方案4.1接地與電源接地連接不當(dāng)接地在工程安裝中應(yīng)引起特別注意。北京某污水廠超聲波液位計(jì)調(diào)試期間數(shù)值不穩(wěn)定,無線性輸出,經(jīng)查,傳感器、電纜正常,該故障由工作接地與電源接地端子連接反向引起。因此:(1)正確連接變送器端子排工作接地及電源接地。(2)安裝點(diǎn)附近必須消除強(qiáng)電干擾。如,不能在配電箱附近安裝變送器或傳感器。(3)電磁流量計(jì)埋地管通常不設(shè)專用接地線,空管檢測電極、參比電極必須接地。一旦出現(xiàn)接地問題,則應(yīng)將所有管道跨接后安全接地。4.2hart協(xié)議的適用條件HART手操器是便攜式儀表標(biāo)定工具,操作界面直觀友好,使用方便,特別適用于有防爆要求的工況。(1)HART協(xié)議適用于大部分儀表標(biāo)定。但廠家協(xié)議規(guī)約不相互開放,即手操器不能通用,且不同類型儀表之間不能通用。(2)HART手操器直接接入測量回路使用,所括輸出電氣信號至PLC部分。此時(shí)手操器后端應(yīng)大于250Ω,但整個(gè)回路電阻不得大于500Ω。若回路電阻大于500Ω,則摘除手操器后端電阻。4.3氧化溝滲透劑預(yù)處理問題現(xiàn)北郊污水處理廠以溶解氧作為工藝指示參數(shù),東郊污水處理廠以溶氧值設(shè)計(jì)氧化溝自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)控制。(1)膜式溶解氧儀初期成本高維護(hù)成本低,北郊污水處理廠現(xiàn)有六臺投入使用;固體式溶解氧儀維護(hù)費(fèi)用高昂,如北京高碑店污水廠、順義污水廠,電石損壞后儀表報(bào)廢。(2)工藝選擇安裝點(diǎn)不同影響數(shù)值可參考性。以北郊污水處理廠氧化溝工藝為例,邊槽安裝選擇兩轉(zhuǎn)刷中間點(diǎn)距轉(zhuǎn)刷約10m,轉(zhuǎn)刷浸水300mm,溶解氧支架浸水1.5m。轉(zhuǎn)刷啟動(dòng)后快速作用于溶氧輸出,數(shù)值曲線以60°角攀升;轉(zhuǎn)刷關(guān)閉后數(shù)值陡降,硝化反硝化交替作用,氧化溝溶氧狀態(tài)反應(yīng)瞬時(shí)值而非一般狀態(tài),且由于安裝深度導(dǎo)致采樣值偏低。(3)預(yù)處理運(yùn)行問題導(dǎo)致日常維護(hù)困難。北郊污水處理廠粗格柵距40mm,細(xì)格柵距10mm,柵距相對較寬,濾除效果差;且原設(shè)計(jì)以時(shí)間控制格柵啟停,由于設(shè)備機(jī)械故障非正常運(yùn)轉(zhuǎn),后續(xù)設(shè)備如溶氧探頭、連接桿常被污物纏繞,造成維護(hù)困難。(4)安裝選點(diǎn)應(yīng)考慮便于日常維護(hù)操作。4.4流量計(jì)數(shù)脈輸流類似加料蠕動(dòng)泵產(chǎn)生的脈動(dòng)流,潛水泵脈動(dòng)流使流量計(jì)累積出現(xiàn)偏移,此時(shí)需要平衡凈流量,開啟EPD重新標(biāo)定。4.5超聲波散射發(fā)送(1)安裝點(diǎn)附近不能出