隨著我(wo)國的(de)(de)(de)經(jing)濟快速發(fa)展(zhan)與工(gong)業(ye)化(hua)(hua)程(cheng)度(du)(du)增加，對(dui)于(yu)水(shui)(shui)(shui)資源(yuan)的(de)(de)(de)污(wu)染也在(zai)加劇，尤其是城(cheng)市(shi)污(wu)水(shui)(shui)(shui)與工(gong)業(ye)污(wu)水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)排放量增加致使水(shui)(shui)(shui)質污(wu)染日(ri)趨(qu)嚴重。國家對(dui)于(yu)水(shui)(shui)(shui)資源(yuan)的(de)(de)(de)保護日(ri)益(yi)重視，加大(da)了(le)對(dui)城(cheng)市(shi)污(wu)水(shui)(shui)(shui)與工(gong)業(ye)污(wu)水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)治理力度(du)(du)，對(dui)于(yu)達(da)到各種污(wu)水(shui)(shui)(shui)處理工(gong)藝過程(cheng)的(de)(de)(de)最佳效果、處理設備的(de)(de)(de)正常運行、準確監測污(wu)水(shui)(shui)(shui)處理的(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)質、水(shui)(shui)(shui)量等都提出(chu)了(le)更高(gao)的(de)(de)(de)要(yao)求，這(zhe)就對(dui)污(wu)水(shui)(shui)(shui)處理中的(de)(de)(de)自動(dong)化(hua)(hua)儀表(biao)的(de)(de)(de)設計與應用提出(chu)了(le)新(xin)的(de)(de)(de)要(yao)求。

1 自動化儀表在污水處理中的重要性

在(zai)(zai)現代(dai)化污水(shui)處(chu)理(li)(li)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)，無論采用(yong)何種(zhong)(zhong)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)，其工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)過(guo)(guo)程(cheng)都(dou)存在(zai)(zai)大(da)量(liang)(liang)需要檢測的(de)(de)參(can)數(shu)(shu)，因此目前大(da)型生活污水(shui)處(chu)理(li)(li)廠或者工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)污水(shui)處(chu)理(li)(li)廠一(yi)般都(dou)設(she)有液位、液位差、流量(liang)(liang)、壓(ya)力、pH值、溫度、溶解氧、污泥(ni)濃度、氧化還(huan)原電位、污泥(ni)界面、在(zai)(zai)線BOD、在(zai)(zai)線COD、在(zai)(zai)線氨氮、在(zai)(zai)線總磷等自(zi)(zi)(zi)動(dong)化儀表(biao)。通過(guo)(guo)這些檢測儀表(biao)獲取的(de)(de)各(ge)(ge)(ge)種(zhong)(zhong)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)檢測參(can)數(shu)(shu)從而對(dui)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)(de)各(ge)(ge)(ge)種(zhong)(zhong)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)設(she)備進行(xing)控(kong)(kong)制，協(xie)調供需之(zhi)間、系統(tong)各(ge)(ge)(ge)組(zu)成部分之(zhi)間、各(ge)(ge)(ge)污水(shui)處(chu)理(li)(li)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)之(zhi)間的(de)(de)關系，以便使各(ge)(ge)(ge)種(zhong)(zhong)設(she)備與(yu)設(she)施(shi)得到(dao)更充分、合理(li)(li)的(de)(de)使用(yong)。其中(zhong)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)(de)一(yi)些重要工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)參(can)數(shu)(shu)例(li)如(ru)溶氧值、曝(pu)氣(qi)量(liang)(liang)等都(dou)是保證工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)自(zi)(zi)(zi)動(dong)控(kong)(kong)制的(de)(de)重要保證，通過(guo)(guo)這些儀表(biao)檢測值來自(zi)(zi)(zi)動(dong)調節和控(kong)(kong)制工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)設(she)備的(de)(de)合理(li)(li)運行(xing)。這些自(zi)(zi)(zi)動(dong)化儀表(biao)不(bu)僅對(dui)于污水(shui)處(chu)理(li)(li)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)過(guo)(guo)程(cheng)起著(zhu)不(bu)可替代(dai)的(de)(de)指導作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，同時也可以多工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)(yi)處(chu)理(li)(li)過(guo)(guo)程(cheng)進行(xing)監控(kong)(kong)報警(jing)，保障(zhang)生產和設(she)備安(an)全，而且還(huan)起著(zhu)向相(xiang)關管(guan)理(li)(li)部門提(ti)過(guo)(guo)檢測指標(biao)的(de)(de)重要作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)。綜上所述，可以看(kan)到(dao)自(zi)(zi)(zi)動(dong)化儀表(biao)對(dui)于污水(shui)處(chu)理(li)(li)過(guo)(guo)程(cheng)起著(zhu)重要的(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，是計算機控(kong)(kong)制的(de)(de)前提(ti)條(tiao)件和自(zi)(zi)(zi)動(dong)化控(kong)(kong)制的(de)(de)基礎。

2 主要儀表設計與應用

2.1 污水處理常用儀表分類

在污(wu)水(shui)(shui)處理中的(de)自動化儀表(biao)(biao)主(zhu)(zhu)要(yao)分(fen)為熱工(gong)儀表(biao)(biao)和成(cheng)(cheng)分(fen)分(fen)析儀表(biao)(biao)。熱工(gong)儀表(biao)(biao)主(zhu)(zhu)要(yao)包(bao)括(kuo)溫度(du)、壓力(li)、液位、流量這些物理量檢測儀表(biao)(biao)，熱工(gong)儀表(biao)(biao)大致都(dou)由(you)測量元件(傳感器)部(bu)分(fen)、中問傳送部(bu)分(fen)和顯示部(bu)分(fen)(包(bao)括(kuo)變(bian)換成(cheng)(cheng)其他信號)構成(cheng)(cheng)。成(cheng)(cheng)分(fen)分(fen)析儀表(biao)(biao)在污(wu)水(shui)(shui)處理過(guo)程中常(chang)常(chang)稱之為水(shui)(shui)質分(fen)析儀表(biao)(biao)，例如(ru)溶解氧儀、在線(xian)(xian)BOD儀、在線(xian)(xian)COD儀等。這部(bu)分(fen)儀表(biao)(biao)的(de)主(zhu)(zhu)要(yao)特點是專用(yong)性強，形式多(duo)樣(yang)化，但每種成(cheng)(cheng)分(fen)分(fen)析儀的(de)適用(yong)范圍(wei)往往都(dou)限于某種介質成(cheng)(cheng)分(fen)分(fen)析。

2.2 溫度與壓力儀表

在(zai)厭氧消(xiao)化過程中為(wei)保(bao)證其(qi)正常良好反應，介質溫(wen)(wen)度(du)需(xu)(xu)要(yao)(yao)保(bao)持在(zai)一定的(de)溫(wen)(wen)度(du)范圍內(nei)，因(yin)此(ci)需(xu)(xu)要(yao)(yao)設(she)置溫(wen)(wen)度(du)檢(jian)測點，通常設(she)計的(de)典型熱(re)(re)敏元件是鉑熱(re)(re)電阻(zu)。由(you)于(yu)熱(re)(re)電阻(zu)信號需(xu)(xu)要(yao)(yao)自動(dong)控(kong)制系統配套專用(yong)熱(re)(re)電阻(zu)模塊，而水處理過程中的(de)溫(wen)(wen)度(du)監測點并不多，因(yin)此(ci)可以考慮在(zai)儀(yi)表設(she)計時采用(yong)溫(wen)(wen)度(du)變送器將熱(re)(re)電阻(zu)信號轉換為(wei)4～20mA信號從(cong)而接入標準的(de)模擬量模塊。

污(wu)水處(chu)(chu)理(li)中壓力檢測多(duo)為泵出口(kou)處(chu)(chu)設置(zhi)就地壓力表或則壓力變(bian)送器(qi)(qi)，如(ru)果需要(yao)設置(zhi)壓力變(bian)送器(qi)(qi)則多(duo)選用目前(qian)應用非常廣泛技術也(ye)很成熟的智能型壓力變(bian)送器(qi)(qi)，以便于通過配合手(shou)操器(qi)(qi)對壓力變(bian)送器(qi)(qi)進行量程設置(zhi)、調(diao)零(ling)等操作(zuo)。

2.3 流量儀表

相對而言，在污水(shui)處理中流(liu)量(liang)計是非常(chang)重要(yao)(yao)的(de)一類儀表。污水(shui)處理廠(chang)的(de)進(jin)出水(shui)水(shui)量(liang)、回流(liu)污泥量(liang)、曝氣量(liang)以及消化(hua)池產氣量(liang)等(deng)都是工藝生產所必(bi)(bi)須測量(liang)的(de)流(liu)量(liang)參(can)數。另(ling)外，為了對污水(shui)處理廠(chang)的(de)運行(xing)經濟效果(guo)進(jin)行(xing)考(kao)核、分析，也要(yao)(yao)依(yi)靠流(liu)量(liang)測量(liang)儀表來(lai)提供必(bi)(bi)要(yao)(yao)的(de)數據。

在(zai)污水處理廠(chang)流(liu)(liu)量(liang)(liang)測量(liang)(liang)儀(yi)表中，目前應用較為(wei)廣泛的(de)是電磁流(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)(ji)、超(chao)聲波流(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)(ji)、差壓式流(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)(ji)以及明渠流(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)(ji)，相關性能等(deng)參數見圖1。

2.3.1 電磁流量計

電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)(ci)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)(ji)(ji)是(shi)測速式(shi)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)(ji)(ji)，適用(yong)于(yu)具有(you)導電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)性(xing)液體(ti)(ti)體(ti)(ti)積流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)測量(liang)。它的(de)(de)(de)(de)(de)工作原理(li)(li)是(shi)基(ji)于(yu)法拉第電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)(ci)感(gan)應(ying)定(ding)律，定(ding)律要(yao)點(dian)是(shi)導體(ti)(ti)在磁(ci)(ci)(ci)(ci)場中切割磁(ci)(ci)(ci)(ci)力線方(fang)向運動時，導體(ti)(ti)受磁(ci)(ci)(ci)(ci)場感(gan)應(ying)產生感(gan)應(ying)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)勢E。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)(ci)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)(ji)(ji)主要(yao)由變(bian)送器(qi)和轉(zhuan)(zhuan)換器(qi)組(zu)成(cheng)。被測介質的(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)經變(bian)送器(qi)變(bian)換成(cheng)感(gan)應(ying)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)勢后，再經轉(zhuan)(zhuan)換器(qi)把感(gan)應(ying)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)勢信號(hao)轉(zhuan)(zhuan)換成(cheng)為(wei)(wei)(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)信號(hao)作為(wei)(wei)(wei)輸出，以(yi)便(bian)進(jin)行遠方(fang)指(zhi)示記錄或作為(wei)(wei)(wei)控制(zhi)信號(hao)。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)(ci)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)(ji)(ji)在測量(liang)通道(dao)內(nei)(nei)無(wu)任何固定(ding)或可動的(de)(de)(de)(de)(de)節流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)部件，對(dui)(dui)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)體(ti)(ti)無(wu)壓(ya)力損失，其輸出特(te)性(xing)與被測液體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)密(mi)度、黏度、流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)動狀況(kuang)無(wu)關，適用(yong)于(yu)測量(liang)污水(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)中帶有(you)固體(ti)(ti)微顆粒的(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)體(ti)(ti)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)。同時電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)(ci)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)(ji)(ji)安裝(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)直(zhi)管(guan)段要(yao)求(qiu)(qiu)通常為(wei)(wei)(wei)前5D、后2D(D為(wei)(wei)(wei)所選儀表的(de)(de)(de)(de)(de)內(nei)(nei)直(zhi)徑(jing)，見圖(tu)2)，相(xiang)對(dui)(dui)于(yu)差(cha)壓(ya)式(shi)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)(ji)(ji)對(dui)(dui)于(yu)直(zhi)管(guan)段的(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)(qiu)要(yao)短(duan)得多。正(zheng)是(shi)因為(wei)(wei)(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)(ci)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)這些特(te)點(dian)，因此它在污水(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)中得到(dao)廣泛(fan)應(ying)用(yong)。在污水(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)廠的(de)(de)(de)(de)(de)進(jin)出水(shui)管(guan)線、污泥管(guan)線上(shang)都可以(yi)考慮設(she)計(ji)(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)(ci)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)(ji)(ji)進(jin)行測量(liang)。需要(yao)注意的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)(ci)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)計(ji)(ji)(ji)對(dui)(dui)于(yu)測量(liang)液體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)導率(lv)和流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)速都有(you)要(yao)求(qiu)(qiu)，需要(yao)在設(she)計(ji)(ji)(ji)時特(te)別注意加以(yi)考慮。

圖1 污水處(chu)理主要流量儀(yi)表對照表

圖(tu)2 電磁流量計安裝示意圖(tu)

2.3.2 超聲波流量計

超(chao)聲波流(liu)量計按其(qi)安裝形式(shi)一(yi)般(ban)分(fen)為外夾式(shi)和(he)管(guan)段式(shi)、插入式(shi)，根據(ju)其(qi)檢測的方式(shi)，又可分(fen)為傳播(bo)速度(du)差法、多普勒法、波束偏移(yi)法、噪聲法及相(xiang)關法等不同類(lei)型的超(chao)聲波流(liu)量計。

其中管道(dao)外夾式超聲流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)計可以(yi)(yi)(yi)不(bu)用斷(duan)開管路安(an)裝(不(bu)像電(dian)磁流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)計那樣(yang)需要(yao)斷(duan)開管路安(an)裝)，也(ye)(ye)不(bu)需要(yao)安(an)裝旁通(tong)管路和(he)閥門，測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)管路口徑可以(yi)(yi)(yi)達到幾米，維護方便，可以(yi)(yi)(yi)對流(liu)(liu)體無任何影響下來進行流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)，因(yin)此在污水處理(li)中的大口徑的進出水管道(dao)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)中也(ye)(ye)得(de)到較多的應用。

在(zai)設計應(ying)用超聲波流(liu)量計中尤其(qi)需要注意選(xuan)擇合適的(de)安(an)裝位(wei)置(zhi)，所選(xuan)安(an)裝管道圓(yuan)度(du)(du)好，內表面光滑且壁厚均(jun)勻，安(an)裝管段應(ying)避開(kai)干擾(rao)和渦(wo)流(liu)這兩種(zhong)對測量精度(du)(du)影響較(jiao)大的(de)情況，避免安(an)裝在(zai)水泵、變頻器附近，即有(you)強磁場和震動干擾(rao)處(chu)安(an)裝儀表。同時也(ye)應(ying)該滿足相(xiang)應(ying)的(de)直管段要求(qiu)(上游10倍管徑，下游5倍管徑)。

2.3.3 差壓式流量計

污水處理中的曝氣量(liang)的測量(liang)一(yi)般選用(yong)(yong)差壓式流量(liang)計，如威(wei)力(li)巴(ba)(VERABAR)流量(liang)計，德爾塔巴(ba)(Deltaflow)流量(liang)計。這(zhe)兩種儀(yi)表都是插入式安裝，可在(zai)(zai)帶壓情況(kuang)下(xia)拆(chai)卸(xie)維護檢查，不影響(xiang)風(feng)機和壓縮機運行。在(zai)(zai)設計時(shi)需要(yao)注意，由于威(wei)力(li)巴(ba)和德爾塔巴(ba)流量(liang)計的差壓信(xin)(xin)號都比(bi)較小(約在(zai)(zai)幾個mmH2O到幾十個mmH2O之間)，必要(yao)時(shi)，在(zai)(zai)保(bao)證(zheng)滿足前后直(zhi)管(guan)段(duan)要(yao)求的情況(kuang)下(xia)，可采取漸縮管(guan)道(dao)的方法，提高流速，增(zeng)大差壓信(xin)(xin)號。另外，選擇適當的微(wei)差壓變送器對準確(que)的測量(liang)也是十分(fen)必要(yao)的，建議選用(yong)(yong)高精度(du)的(0.5%)微(wei)差壓變送器。在(zai)(zai)進行氣體流量(liang)測量(liang)時(shi)，需要(yao)進行溫(wen)度(du)和壓力(li)補(bu)償(chang)。當工藝管(guan)道(dao)內(nei)溫(wen)度(du)和壓力(li)變化不大時(shi)，在(zai)(zai)滿足測量(liang)準確(que)度(du)的情況(kuang)下(xia)，也可以采用(yong)(yong)固定的溫(wen)度(du)、壓力(li)值(zhi)進行補(bu)償(chang)。一(yi)個精度(du)高，穩(wen)定性(xing)好(hao)的氣體流量(liang)測量(liang)系(xi)統(tong)，對鼓(gu)風(feng)曝氣系(xi)統(tong)節約電能，降低運行成本(ben)，起(qi)作積(ji)極的作用(yong)(yong)。

2.3.4 明渠式超聲波流量計

明(ming)(ming)渠(qu)式超(chao)聲波流量計(ji)是一種在污(wu)水(shui)(shui)處理廠應用很廣的(de)(de)流量計(ji)，適用于工藝流程中進出水(shui)(shui)是明(ming)(ming)渠(qu)形(xing)式而非管(guan)道(dao)的(de)(de)場合。在污(wu)水(shui)(shui)廠中常用的(de)(de)明(ming)(ming)渠(qu)巴(ba)歇(xie)兒(er)水(shui)(shui)槽、三(san)角堰、梯形(xing)槽、矩形(xing)槽等(deng)。

選(xuan)用明渠(qu)流量計，不僅(jin)對儀(yi)表的(de)(de)精(jing)度(du)、性(xing)能(neng)、穩定性(xing)高要求(qiu)，同時(shi)對不同明渠(qu)具(ju)體堰槽(cao)的(de)(de)制(zhi)作精(jing)度(du)要求(qiu)也(ye)非常高。因為無論采用哪(na)一種(zhong)堰槽(cao)，最終流量Q的(de)(de)大小由(you)水位的(de)(de)高度(du)h來確定的(de)(de)。其函(han)數關系是Q=F(h)。

原標題:污(wu)水(shui)處(chu)理中自動化儀(yi)表設計(ji)與(yu)應用(yong)