ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ НАСОСНОЙ УСТАНОВКОЙ КАСКАДНЫХ УСРЕДНИТЕЛЕЙ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Введение

 

Одной из частей многоступенчатого процесса очистки сточных вод на спиртовом заводе является усреднение сточных вод в каскадных усреднителях (КУ). Целью данного этапа является уменьшение химического потребления кислорода (ХПК) и кислотности до допустимых, в соответствии с нормативной документацией и федеральными законами [1-5], уровней для последующей биологической очистки.

Эффективное управление процессом усреднением сточных вод является одним из ключевых факторов для обеспечение качественной и экономичной очистки сточных вод на последующих этапах биологической очистки.

В данной статье приведена разработанная ИС управления насосной установкой каскадных усреднителей (УКУ) биологических очистных сооружений.

Основной целью ИС является повышение эффективности и безопасности процесса усреднения сточных вод и включает в себя:

1. Подсистему сбора данных: датчики уровня, датчики давления, расходомеры, датчики pH, система передачи данных.
2. Подсистему расчёта: программное обеспечение (ПО) для расчёта объёма технической воды и растворов нейтрализации.
3. Подсистему управления: программируемы логические контроллеры (ПЛК).
4. Подсистему мониторинга: SCADA-система MasterSCADA 4D, для визуализации технологического процесса.

Подсистема управления представляется отечественной продукцией от компании «Инкомсистем» контроллерами «АБАК». Подсистема сборы данных также представляется отечественными компаниями таких как «Овен», «Сенсор» и др.

Для управления технологическим процессом используются математические модели по расчёту технической воды и растворы нейтрализации в соответствии с технической документацией на управление каскадного усреднителя [6], где нормативным ХПК является показание менее 1199 (мг/дм³) и для pH показание в диапазоне 6,5-8,5.

Расчёт технической воды осуществляется по следующей формуле:

(1)  

Где C_допуст = const, фиксированное значение ХПК перемешанной воды в 1199 (мг/дм³),

C_тех = const, фиксированное значение ХПК технической воды (мг/дм³),

C_сточ. – значение ХПК сточных вод в каскадном усреднителе (мг/дм³),

V_сточ. – объём сточных вод в каскадном усреднителе (м³),

V_тех. – объём технической воды, необходимой для перемешивания сточных вод (м³).

Далее производится проверка превышения допустимого объёма каскадного усреднителя по формуле:

(2) 

Где V_перем = V_тех. + V_сточ., текущий объём перемешанной сточной и технической воды в каскадном усреднителе,

V_КУ = const, фиксированное значение объёма емкости каскадного усреднителя.

После проведения химического анализа в случае, если значение ХПК превышают допустимое значение, производится расчёт дополнительного объёма технической воды для нормализации значения по формуле:

(3) 

Где C_допуст = const, фиксированное значение ХПК перемешанной воды в 1199 (мг/дм³),

C_тех = const, фиксированное значение ХПК технической воды (мг/дм³),

C_сточ. – значение ХПК сточных вод в каскадном усреднителе (мг/дм³),

V_перем = V_тех. + V_сточ, текущий объём перемешанной сточной и технической воды в каскадном усреднителе (м³),

V_тех. – объём технической воды, необходимой для перемешивания сточных вод (м³).

Нейтрализация происходит следующим образом: при pH менее 6,5 автоматически дозируется раствор NaOH, при pH более 8,5 автоматически дозируется раствор H₂SO₄.  

Для начала определяется тип сточных вод (кислые или щелочные):

               (4) 

(5) 

Где pH_нач – начальный pH сточных вод.

Далее производится расчёт количества молей H₊ или OH_- в сточных водах:

(6) 

       (7) 

Далее производится расчёт количество молей реагента для нейтрализации:

(8) 

        (9) 

 

После производится расчёт объёмов NaOH или H₂SO₄ в соответствии с типом сточных вод:

(10) 

 (11) 

Где V(NaOH) – объём раствора щелочи,

С(NaOH) – концентрация NaOH (моль/л),

V(H₂SO₄) – объём раствора кислоты,

С(H₂SO₄)– концентрация H₂SO₄ (моль/л).

В итоге после добавления раствора в сточные воды приходят данные с датчика pH и проверяется текущий уровень pH в сточных водах. В соответствии с этими показаниями регулируется объём растворов нейтрализации. 

База данных для данной ИС предоставлена в программно-техническом комплексе MasterSCADA 4D.

Особое место в работе КУ занимает безопасность. КУ и насосная установка КУ обеспечены следующими датчиками и оборудованием: датчики уровня, датчики давления, центробежные насосы, мембранные насосы, датчики pH, расходомеры, электромагнитные задвижки. Сигнализация работы системы выводится на автоматизированное рабочее место (АРМ).  При уровне стоков на нижем уровне равном 0,5 м. от дна ёмкости происходит отключение центробежных насосов насосной установкой КУ, при повышении уровня стоков в КУ до 1 м. центробежные насосы включаются в автоматическом режиме и обеспечивают циркуляцию воды в резервуаре. На напорных патрубках насосов установлены электроконтактные манометры с сигнализацией падения давления менее 2,0 кгс/см² и повышения давления более 2,7 кгс/см², регулирование работы насосов в диапазоне от 2,0 кгс/см² до   2,7 кгс/см² обеспечивается частотными преобразователями. На вводе технической воды в насосную установку устанавливается манометр с сигнализацией падения давления менее 2,0 кгс/см² и расходомер Ду 80, показатели выводятся на АРМ. При достижении сточных вод уровня в 0,3 м. от верхнего края ёмкости, на АРМ оператора поступает сигнализация, а при 0,2 м от края резервуара срабатывает аварийная сигнализация с подачей сигнала на закрытие электромагнитной задвижки на трубопровод сточных вод, поступающих в резервуары КУ.  На напорном трубопроводе слива промстоков из каскадных емкостей устанавливается: расходомер РСЦ Ду 32 мм с передачей показаний на АРМ и датчик рН с автоматизацией подачи растворов нейтрализации (при рН менее 6,5 – раствор NaOH, при рН более 8,5 – H₂SO⁴). При рН менее 6,5 или более 8,5 дозирование растворов H2SO4 и NaOH соответственно на выходе из смесителя отключается. Сигнализация отклонений рН за пределы 6,5-8,5 выводится на АРМ. Работа системы отопления в насосной установке автоматизируется с учетом поддержания рабочей температуры воздуха в помещении 5 ⁰С. Насосы-дозаторы растворов H2SO4 и NaOH автоматизируются с учетом поддержания рН промстоков на выходе из смесителя в пределах 6,5- 8,5. Сигнализация о работе насосов-дозаторов выводится на АРМ. Работа системы отопления автоматизируется с учетом поддержания рабочей температуры воздуха в помещении 16 ⁰С [7].

На рисунке 1 показан интерфейс АРМ мобильного поста оператора, разработанным по рекомендациям по разработке HMI [8], обеспечивающий операторам доступ к детальной визуализации текущего состояния системы. Пользователи могут в режиме реального времени получать подробную визуальную информацию о производственных процессах. Это позволяет операторам наглядно оценить и мониторить ключевые аспекты работы системы.

 

Рисунок 1. Интерфейс АРМ оператора.

 

Заключение

 

ИС управления насосной установкой каскадных усреднителей биологических очистных сооружений значительно повышает эффективность и безопасность процесса усреднения сточных вод на биологических очистных сооружениях. Использование отечественного программного обеспечения и оборудования способствует импортозамещению.