Очистка сточных вод

Источником сточных вод являются промышленные, бытовые и атмосферные сбросы. Таким образом, сточные воды это сложные гетерогенные соединения, содержащие органические и минеральные соединения в нерастворенном, коллоидном и растворенном состояниях.

Очистка сточных вод может быть разделена на два больших этапа:

• сбор и перекачка по нужным направлениям канализационных вод;
• очистка и обеззараживание воды различными методами и утилизация осадка.

Объектами автоматизации на очистных сооружениях являются устройства и агрегаты, осуществляющие:

• изменения технологического режима при нормальной эксплуатации и в аварийных режимах;
• вспомогательные процессы в сооружениях распределения и обеззараживания воды;
• регулирование уровней осадков и ила;
• дозировку реагентов и контроль качества очистки сточных вод.

Техническая сущность задач автоматизации состоит в основном в следующем:

• для насосов и групп насосов: включение и отключение в зависимости от уровня жидкости в резервуарах; переход на резервный агрегат; предотвращение и сигнализация аварийных режимов и «сухого хода»;
• сигнализация аварийных уровней воды в резервуарах;
• включение и отключение задвижек и приборов отопления;
• для решеток механической очистки – включение и отключение очистки в зависимости от перепада уровней воды до и после решетки или по заданной программе;
• включение гидроэлеваторов удаления осадка (песка) в зависимости от уровня его в резервуаре;
• для отстойников – выпуск ила (осадка) в зависимости от его уровня в отстойнике;
• для станций нейтрализации сточных вод – дозирование реагентов в зависимости от расхода стоков воды.

Для решения задач автоматизации, для контроля процесса очистки воды, следует разместить в системе необходимое количество датчиков нужного типа.

Сбор и канализация сточных вод

Сточные воды собираются в крупных подземных резервуарах, именуемых сборными колодцами. В резервуаре устанавливается несколько насосных агрегатов, откачивающих воду из приемного резервуара и направляющих её на станции очистки. Весь этот узел очистной установки принято называть канализационной насосной станцией. Конструктивные особенности КНС обусловлены составом перекачиваемой жидкости, содержащей большое количество мелких и крупных включений. Для задержания крупных включений в приемном резервуаре устанавливаются решетки. Насосы погружного типа. Количество и производительность работающих насосов регулируется в зависимости от уровня и скорости прибывания воды в резервуаре, определяемой по показаниям датчиков уровня.

В качестве датчиков наилучшим общепризнанным применением являются бесконтактные ультразвуковые датчики производителей Nivelco, INNOLevel, FineTek, Baumer, SOLID Applied Technologies и др. Также для глубоких колодцев популярны погружные гидростатические уровнемеры с промываемой мембраной или оснащенные адаптером для сточных вод, производителей Dwyer, Nivelco, BD SENSORS RUS. Защита насосов от режима сухого хода при опорожнении резервуара осуществляется по сигналу поплавковых сигнализаторов уровня компаний FineTek, Nivelco, Atmi. Сводные таблицы для выбора датчиков КНС показаны в конце статьи.

Очистка сточных вод. Механическая очистка

Перекачиваемая из сточных колодцев вода поступает на станцию очистки. Первый этап – механическая очистка от крупных твердых включений. Удаление крупных включений осуществляется различными решетками и фильтрами. Оставшиеся на них отходы удаляются в шламосборник, а сточная вода перекачивается в резервуар отстаивания, где происходит осаждение мелких примесей типа песка. Механическая очистка решеток и фильтров осуществляется по временным интервалам или по разнице показаний датчиков уровня жидкости до и после прохождения очищающих решеток. Включение гидроэлеваторов для удаления осадка на дне резервуара также осуществляется по показаниям датчика уровня или программно через определенные промежутки времени. На этом этапе удаляется до 60% взвешенных частиц сточных вод.

Очистка сточных вод. Очистка физико-химическими методами

Этот этап очистки имеет огромное значение при обработке сточных вод промышленных предприятий. При этом удается обеспечить не только приемлемый состав сбрасываемой воды, но и предупредить химический износ и коррозию материалов водоотводящей сети. Очищение жидкости осуществляется посредством подачи реагентов, нормализующих уровень кислотности, осветление и обеззараживание воды. После такой обработки образуется довольно много осадка, подвергающегося удалению и последующей переработке. Дозирование и подготовка реагентов осуществляется с учетом расхода стоков воды и показаний аналитических датчиков: контроля проводимости воды AnaCONT LCK, контроля pH и ORP (окислительно-восстановительного потенциала) AnaCONT LE.

Очистка сточных вод. Биологическая очистка

В системах биологической очистки используется способность микроорганизмов минерализовать органические субстанции. Преобразование органических примесей происходит с образованием углекислого газа, воды (или метана при анаэробном процессе) и прироста биомассы бактерий. Для повышения производительности этого процесса он искусственно интенсифицируется путем создания определенных условий: поддержания температуры, насыщения жидкости кислородом, поддержания уровня осадка – так называемого «активного ила». Насыщение кислородом происходит в емкостях аэрации. Роль последующих ёмкостей-отстойников заключается в разделении осадка (ила) и воды. Недостаточное количество осадка снижает интенсивность процесса очистки, переизбыток его ведет к выносу частиц осадка из отстойника с последующей невозможностью обеспечить нужную степень очистки воды. Контроль уровня осадка может осуществляться непрерывно ультразвуковыми датчиками уровня с чувствительными элементами, имеющими соответствующую степень защиты IP68. Иловая смесь подвергается частично утилизации, частично возвращается в процесс биоочистки. Возврат должен осуществляться в соответствии с изменением потока сточных вод.

Расход сточных вод, чаще всего, измеряется ультразвуковыми датчиками уровня в лотке Parshall. Наилучшее решение для измерения расхода иловой смеси – магнитно-индукционные расходомеры, например типа ЭМИС-МАГ 270. Совокупность этих решений позволяет регулировать процесс биоочистки в реальном времени и поддерживать процесс качественной очистки воды с одновременной экономией электроэнергии на илоперекачивающих насосах и в процессе обезвоживания ила при его утилизации.

Удаление осадка

Осадок из ёмкостей-отстойников передается в автоклавы для термического обеззараживания и обезвоживания. Уровень загрузки автоклава контролируется датчиком уровня ультразвукового типа, аналогичным рассмотренным выше, или микроволновым рефлексным уровнемером, например, типа MicroTrek (Nivelco) или GWLF (производства компании DDTOP GROUP). Обезвоженный осадок вывозится для утилизации, а выделяющийся при обработке биогаз может использоваться для производства электроэнергии в генераторах.

Контроль давления процесса осуществляется врезными гидростатическими датчиками давления NIVOPRESS (Nivelco) или LMP331, LMP331i, LMK331, LMK351 (компания BD SENSORS RUS). Производство биогаза классифицируется как опасное, поэтому все указанные применяемые преобразователи сертифицированы по ATEX.

Контроль температуры биогаза осуществляется термодатчиками. К числу наиболее популярных можно отнести преобразователи THERMOCONT TTJ (Nivelco), датчики серии TW и TH (компании Autonics), или TS (производитель FOTEK CONTROLS).

Сводные таблицы применяемых преобразователей для разных этапов очистки сточных вод

Ультразвуковые преобразователи уровня используются на каждом этапе обработки сточных вод, начиная с канализационных насосных станций и вплоть до обработки осадка в автоклавах. Основные параметры, позволяющие предварительно выбрать датчики для этих этапов, с учетом их последующего интегрирования в единую информационную систему, представлены в таблице.

Тип датчика	Диапазон измерения	Температура среды	Давление среды	Степень защиты чувствит. элемента	Сертификация	Тип интерфейса
EasyTREK	0,2…4м; 0,25…6м; 0,35…10м; 0,45…15м	-30…+90°С	0,5…3бар	IP68	ATEX	4…20 мА; HART; 2 релейных выхода
EchoTREK	0,25…6м; 0,35…10м; 0,45…15м; 0,6…25м	-30…+90°С	0,5…3бар	IP68	ATEX	4…20 мА; HART; 2 релейных выхода
INNOLevel ECHO	0,2…15 м	-20…+80°С	1 бар	IP65	без сертификации	4…20 мА; Modbus; 2 релейных выхода
Gauger GSM	0,15…9,5 м	-30…+70°С	0,5...5бар	IP68	ATEX	MiniUSB; RS485; GSM; GPRS
Gauger 420	0,15…9,5 м	-30…+70°С	0,5...5бар	IP68	ATEX	4…20 мА; miniUSB; HART; Modbus
ZMICROFLEX-C	0,45…11 м	-40…+70°С	0,25..3бар	IP67	ATEX	4…20 мА; HART
SmartScan-25/50	0,6…10м; 0,4…12м; 0,6…25м; 0,6…40м	-40…+80°С	1 бар	IP67	ATEX	4…20 мА; RS232; RS485; 5 релейных выходов.
SmartLite	0,6…10м; 0,4…12м; 0,6…25м; 0,6…40м	-40…+80°С	1 бар	IP67	ATEX	4…20 мА; RS232; RS485; 5 релейных выходов.

На первом этапе – при перекачке сточных вод канализационными насосными станциями, для глубоких колодцев также применяются погружные гидростатические датчики уровня. Эти устройства разработаны для длительной работы в крайне тяжелых условиях при практически полном отсутствии обслуживания. В таблице представлены типы гидростатических погружных датчиков уровня для работы в сточных колодцах.

Тип датчика	Диапазон измерения	Степень защиты чувствит. элемента	Сертификация	Тип интерфейса
NivoPress NC	До 20 м вод.ст.	IP68	ATEX	4…20 мА; HART
NivoPress NC+NAW104	До 200 м вод.ст.	IP68	ATEX	4…20 мА; HART
LMP308, LMP308i	До 250 м вод.ст.	IP68	ATEX	0…20 мА; 0…10 В
LMK 358	До 100 м вод.ст.	IP68	ATEX	4…20 мА
LMK 358H	До 100 м вод.ст.	IP68	ATEX	4…20 мА; HART
MPM489W	До 200 м вод.ст.	IP68	без сертификации	4…20 мА
MPM4710	До 110 м вод.ст.	IP68	без сертификации	RS485
MPM416	До 200 м вод.ст.	IP68	ATEX	4…20 мА; 0…10 В
MPM5589	До 5 м вод.ст.	IP68	ATEX	4…20 мА; 0…5 В; Modbus

Сводная таблица для выбора поплавковых сигнализаторов уровня для защиты канализационных насосов сточных колодцев от «сухого хода». Все указанные датчики используются для систем канализации сточных вод. Большинство сигнализаторов позволяет напрямую осуществлять включение/отключение насосов, минуя дополнительные коммутирующие устройства. Длина кабеля может быть выполнена по индивидуальному заказу.

Тип сигнализатора	Стандартная длина кабеля	Угол переключения	Степень защиты чувствит. элемента	Параметры коммутир. электроцепи
Nivofloat NW 100	5м; 10м; 20м	Гистерезис перек- лючения 400 мм	IP68	10А/250В перем. тока
AQUA XL	6м; 10м; 15м; 20м; 30м	± 10°	IP68	250В 10А резистивная нагр. 4А индуктивная нагр. Реверсивные контакты
AQUA MEDIUM	6м; 10м; 15м; 20м; 30м	± 10°	IP68	250В 16А резистивная нагр. 6А индуктивная нагр. Реверсивные контакты
SOBA, SOBA SMALL	5м; 6м; 10м; 13м; 15м; 20м; 25м	± 25°	IP68	250В 16А резистивная нагр. 6А индуктивная нагр. Реверсивные контакты
AT 120	1м; 3м; 5м;10м; 20м	± 120°	IP68	250В 10А резистивная нагр. 4А индуктивная нагр. Реверсивные контакты
ATS 165	5м; 10м; 15м; 20м; 25м	± 165°	IP68	250В 10А резистивная нагр. 4А индуктивная нагр. Реверсивные контакты
FA/FB	0,6м; 3м; 5м; 10м; 20м	± 80°; +18°-3°; ± 10°	IP68	Микропереключатель: 10А/250В; 15А/250В; 3А/125В/250В. Ртутное реле: 1А/230В. Герконовое реле: 70 ВА AC; 50 Вт DC Контакты: NO/NC/SPDT