Автоматизированный контроль и поддержание качества воды

В условиях современного внедрения в водное хозяйство предприятий прогрессивных технических решений обоснованный автоматизированный контроль качества воды является одним из факторов успешного развития хозяйствующего субъекта. Под этим понятием мы имеем в виду не только анализ ингредиентов воды, но и весь комплекс автоматизированных технических решений по целенаправленному управлению составом воды. В частности, инструментальный контроль качества воды, автоматизация отбора проб, оценка надежности и ресурса технических устройств водного хозяйства, методики анализа содержания макро- и микроэлементов и т.д.

Автоматизированный лабораторно-производственный контроль качества воды в системах хозяйственно-питьевого и производственного водоснабжения

Настройка параметров системы управления установкой гипохлорирования воды
на сенсорной панели оператора шкафа автоматики, г. Махачкала, Дагестан, 2017 год

Полный санитарно-химический анализ воды включает несколько десятков определений:

  • температуры;
  • запаха;
  • цветности;
  • мутности;
  • взвешенных веществ и их зольности (для исходной воды);
  • жесткости общей, карбонатной и некарбонатной;
  • щелочности;
  • содержания сульфатов, хлоридов, нитритов, нитратов, фосфатов, силикатов, аммиака солевого и альбуминоидного;
  • ионов Ca2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Al3+ (остаточный), Cu2+, Zn2+, F;
  • плотного осадка;
  • углекислоты свободной и связанной;
  • растворенного кислорода;
  • окисляемости;
  • БПК5 (для исходной воды);
  • pH;
  • общего числа бактерий;
  • числа бактерий группы кишечной палочки;
  • содержание радиоактивных веществ, соединений селена, стронция, ионов Mo2+, Be2+, Pb2+, As3+, As5+

Основные показатели, быстро изменяющиеся в процессе очистки, например, мутность и цветность, по которым нормируется качество воды, определяются часто. Для их определения применяются автоматические регистрирующие приборы. Если предусмотрено кондиционирование ионного состава воды, то контролируется показатель, по которому осуществляется это кондиционирование. Часть показателей определяют с целью контроля за условиями протекания процесса очистки воды.

Активная реакция среды является технологическим параметром при процессах коагуляции, умягчения, обезжелезивания. Значением pH определяется состояние химических равновесий в воде, растворимость гидроксидов алюминия и железа. Величина pH – важнейший показатель при оценке коррозионных свойств воды и ее стабильности.

Определение остаточных концентраций хлора и озона проводится непрерывно автоматическими регистрирующими приборами. Это необходимо для поддержания определенной остаточной концентрации окислителя для достижения требуемого бактерицидного эффекта.

В практике водоподготовки широко применяются технологический автоматизированный анализ воды для выбора оптимальных доз реагентов. Например, пробное коагулирование, углевание, хлорирование, обезжелезивание, стабилизация воды и т.д. Для каждого очистного сооружения должно быть предусмотрено оборудование для автоматизированного отбора проб.

Контроль водоподготовки и водного режима в промышленности состоит:

  • из текущего, осуществляемого автоматически и круглосуточно по приборам;
  • углубленного периодического, с помощью автоматизированного отбора проб и регистрации показаний лабораторного анализа;
  • специального, предусматривающего внутренний контроль баков, фильтров, осветлителей, деаэраторов с помощью специальных индикаторов.

Производственный контроль за очисткой и водоподготовкой может быть местным и централизованным. Он должен обеспечивать нормальный ход технологического процесса и своевременно оповещать об изменениях качества исходной о обрабатываемой воды. Для этих целей предусматривается установка приборов автоматического контроля параметров воды:

  • датчики расхода поступающей воды, поступающей на каждое водоочистное сооружение, используемой для промывки фильтров, подаваемой потребителю;
  • датчики уровня воды в отстойниках, фильтрах, резервуарах, промывных и реагентных баках;
  • датчики давлений на подающих и напорных линиях;
  • приборы автоматического дозирования реагентов;
  • индикаторы качества воды, подаваемые потребителю.

Для получения представительного анализа необходимо, чтобы пробы воды не изменялись от момента взятия пробы до момента ее анализа. Должен соблюдаться четкий хронометраж пробоотбора, который обеспечивается системой автоматической регистрации показаний.

Автоматизированный  контроль предварительной обработки воды, процессов коагулирования, отстаивания, фильтрования

Настройка параметров системы управления установкой гипохлорирования воды
на сенсорной панели оператора шкафа автоматики, г. Махачкала, Дагестан, 2017 год

Установки предварительной обработки воды – предочистки – служат для удаления или снижения содержания в воде взвешенных и органических веществ, полного удаления свободной углекислоты, частичного удаления кальция, магния, бикарбонатного иона и кремниевой кислоты путем фильтрования, осаждения, обработки в поле центробежных сил, окисления, углевания, подщелачивания.

В качестве окислителей используют хлор, озон, перманганат калия. Часто применяется предварительное хлорирование воды, обеспечивающее окисление части органических веществ, обусловливающих цветность воды, и разрушение защитных коллоидов, препятствующих коагуляции. Одновременно со снижением цветности происходит обеззараживание воды, что значительно улучшает условия эксплуатации очистных сооружений.

Технологический контроль комбинированных методов обработки сводится к автоматическому поддержанию оптимальных доз и соблюдению порядка ввода реагентов, обеспечению необходимого времени контакта их с водой, периодическому контролю качества воды по такому показателю, как остаточный хлор.

При концентрации планктона в воде более 1000 клеток в 1 мл целесообразно в качестве предварительной ступени очистки применять микрофильтры с обратной промывкой. Гидробиологический анализ воды до и после микрофильтров позволяет оценить эффективность их работы.

При применении метода коагуляции дозы реагентов определяют расчетом и уточняют экспериментально. Несмотря на то, что коагуляция уже давно и широко применяется для обработки воды с различными целями, еще не найден параметр, который мог бы в полной мере характеризовать процесс коагуляции. Настройке объемов дозирования могут существенно помочь системы автоматизированного дозирования. При введении в воду коагулянтов изменению подвергается целый ряд качественных показателей: солевой состав, электропроводность, мутность и др. Одновременная оценка и учет многочисленных факторов, влияющих на процесс коагулирования, приводит к необходимости экспериментального определения дозы коагулянта.

Автоматизированный процесс пробного коагулирования проводят с 6 – 10 различными дозами, охватывающими диапазон оптимальной дозы, затем вычисляется оптимальная дозировка.  При автоматическом дозировании коагулянта ведется непрерывная регистрация дозы промышленными контроллерами. Расчет истинной дозы коагулянта производят на основании данных анализа исходной и обработанной воды.

Для быстрого распределения коагулянта в объеме воды применяют смесители. В автоматизированных системах коагуляции особенно эффективны трубчатые смесители, обеспечивающие высокую производительность смешения. Важным условием нормальной работы камер хлопьеобразования является правильная настройка скоростей движения воды. Технологический контроль за работой этих сооружений включает определение количества и качества задержанного осадка.

Важнейшим параметром контроля рабочего цикла является скорость фильтрования воды. Для автоматизированного контроля за скоростью фильтрования, потерей давления, продолжительностью фильтроцикла, длительностью и интенсивностью промывки фильтры снабжаются уровнемерами, расходомерами и датчиками давления.

Для автоматического определения момента переключения фильтра на промывочный режим используют максимальный прирост потери давления на фильтрующем элементе, вычисляемый промышленным контроллером по показаниям датчиков давления. Для определения длительности промывки фильтра по прозрачности используют фотоэлектрические приборы-сигнализаторы и мутномеры. Автоматическая аппаратура определения мутности работает по двум принципам: абсорбционному и тиндалеметрическому. При сравнительно небольших концентрациях взвешенных частиц загрязнение воды и оптическая плотность связаны линейно.

Автоматизированный контроль процессов обеззараживания воды

Для обеззараживания воды используют в основном два метода – обработку воды сильными окислителями (хлор, озон, перманганат калия, перекись водорода и т.д.) и воздействием на воду ультрафиолетовыми лучами. Чаще всего в качестве обеззараживающих агентов используют хлор либо его соединения: диоксид хлора, гипохлориты натрия и кальция, хлорную известь, хлорамины.

Настройка параметров системы управления установкой гипохлорирования воды
на сенсорной панели оператора шкафа автоматики, г. Махачкала, Дагестан, 2017 год

Необходимую дозу хлора принимают на основании пробного хлорирования, по результатам которого строят график хлоропоглощаемости воды. Задаваясь требуемой концентрацией остаточного свободного хлора определяют бактерицидную дозу хлора. На эффективность бактерицидного действия хлора большое влияние оказывает скорость его смешивания с водой.

Контроль дозы реагентов производят по расходу хлора и аммиака. Процедура контроля расхода хлора и аммиака автоматизируется. Наиболее эффективный режим хлорирования воды можно обеспечить, если дозу хлора корректировать по свободному хлору в обрабатываемой воде.

Для правильного ведения процесса озонирования автоматически контролируют расход поступающей на озонирование воды, концентрацию озона в озоно-воздушной смеси после озонаторов и при выбросе в атмосферу, а также содержание остаточного озона в воде после смесителей. Станции водоподготовки снабжаются анализаторами контроля содержания озона, работающих на методах вольтамперметрии, спектрофотометрии и хемилюминисценции.

Ультрафиолетовые лучи с длиной волн 220 – 280 нм действуют на бактерии губительно. Качество облучения контролируют стандартными бактериологическими анализами.      

Автоматизированный контроль процессов фторирования, обесфторивания, обезжелезивания воды, удаления марганца

Фторирование воды следует осуществлять при содержании фтора в ней менее 0,7 мг/л. Фтор вводят после очистных сооружений, так как процессы очистки снижают его концентрацию в воде. При дозировании фтора отдается предпочтение пропорциональным дозаторам, дозирующим насосам с автоматическим дозированием.

Одним из важнейших направлений в технологическом контроле за процессом фторирования является обеспечение точности дозировки реагента с целью предотвращения поступления в питьевую воду избытка фтора. Контроль осуществляют по концентрации и расходу фторсодержащих реагентов и по концентрации фтора в обработанной воде.

Для оперативного контроля содержания фтора в воде на оптимальном уровне целесообразно применять автоматические анализаторы фтора. В таких приборах содержание фтора в воде определяют по интенсивности окраски смеси контролируемой воды с индикатором. Дозирование воды и индикатора, приготовление смеси и подача ее в кювету фотометрического блока осуществляются автоматически.

В воде, подаваемой централизованными системами хозяйственно-питьевого водоснабжения, содержание железа допускается не более 0,3 мг/л. На многих промышленных предприятиях, где вода употребляется для промывки продукта в процессе его изготовления, в частности в текстильной промышленности, даже невысокое содержание железа в воде приводит к браку продукции.

Обезжелезивание может осуществляться методом упрощенной аэрации с фильтрованием. Вода, обогащенная кислородом, подается в фильтр. При фильтрации воды через зернистый слой загрузки на поверхности зерен образуется каталитическая пленка, состоящая в основном из гидроксида железа. Эта пленка интенсифицирует процесс окисления и выделения железа из воды.

Автоматизированный контроль процессов стабилизационной обработки воды. Удаление газов: кислорода, сероводорода

Под стабилизационной обработкой воды подразумевают направленное изменение различных форм существования соединений неорганического углерода в воде. Установление в воде в результате стабилизационной обработки количественных соотношений, которые соответствуют требованиям расчета по индексам стабильности, позволяют контролировать кинетику двух важных процессов водоиспользования: электрохимическую коррозию и выпадение карбонатных отложений на границе контакта двух сред – воды и оборудования.

Для контроля агрессивности воды применяют стабилизацию ее реагентами, фильтрацию и декарбонизацию. В качестве реагентов используют известь, соду и соединения органического и неорганического фосфора. Стабилизационные фильтры загружают дроблеными природными карбонатами – мрамором, известняком, мелом, доломитом, кораллами, силикатами и искусственными – магномассой, нютралайтом и анионообменной смолой в бикарбонатной форме. При декарбонизации удаление CO2 достигается либо продуванием через воду воздуха, либо подогревом ее до температуры 40 – 500С.

Для предотвращения отложений карбоната кальция применяют умягчение, подкисление, карбонизацию, фосфатирование воды и воздействие на нее электрохимическими, магнитными и ультразвуковыми полями.

Наличие нескольких расчетных индексов стабильности и соответствующих им моделей состава некоррозионной или не выделяющей карбонатные отложения воды свидетельствует, с одной стороны, о том, что каждый из индексов не является универсальным. В связи с этим контроль доз реагентов и параметров сооружений и установок стабилизации воды должен производиться с помощью нескольких индексов стабильности и вычисляться в ходе технологических исследований с помощью управляющего промышленного контроллера.

Обескислороживание воды выполняется в основном с помощью термической деаэрации, проводимой при различных температурах. Десорбционное, сталестружечное, электрохимическое, сульфитное и гидразиновое обескислороживание применяют реже. Автоматизированные системы деаэрации имеют следующее оборудование:

  • уровнемеры деаэраторных баков;
  • датчики температуры деаэраторных баков;
  • датчики давления парового объема;
  • уровнемеры количества конденсата выпара;
  • расходомеры добавочной воды и дренажного конденсата;
  • расходомеры и датчики давления линии барботажного пара;
  • датчики давления паровых магистралей.

Деаэраторы повышенного давления должны быть оборудованы предохранительными и переливными клапанами.

К физическим методам удаления сероводорода относят метод аэрации, реализуемый на пленочном дегазаторе с принудительной подачей воздуха. Полного удаления свободного сероводорода в этом методе можно достичь путем предварительного подкисления обрабатываемой воды. При биологической очистке воды окисление сероводорода происходит в результате жизнедеятельности серобактерий с образованием сульфатов.

Доочистка воды от коллоидной и мелкодисперсной серы производят коагуляцией с последующим отстаиванием или фильтрованием обрабатываемой воды.

Автоматизированный контроль процессов умягчения, опреснения и обессоливания воды

Умягчить воду – значит удалить из нее кальций и магний. В зависимости от качества исходной воды и требуемого эффекта снижения жесткости применяют реагентный, термохимический, ионитовый методы умягчения и их различные комбинации. Декарбонизация воды только известкованием применяется только в тех случаях, когда требуется одновременное снижение жесткости и щелочности воды.

Следует отметить, что вода, умягченная известкованием или известково-содовым методом, как правило, пересыщена карбонатом кальция и характеризуется очень высоким pH. Поэтому для увеличения точности автоматической дозировки реагентов необходимо в дополнение к автоматическому регулированию пропорционально расходу обрабатываемой воды корректировать дозу дополнительно по pH.

Возможна также корректировка дозы в зависимости от электропроводности обработанной воды. При введении в воду извести и переходов бикарбонатов в карбонаты, выпадающие в осадок, электропроводность обрабатываемой воды изменяется. В соответствии с кривой кондуктометрического титрования в момент полной нейтрализации солей карбонатной жесткости электропроводность достигает минимального значения. При дальнейшем добавлении реагента электропроводность повышается. Таким образом, оптимальная доза известкового молока, вводимого в умягчаемую воду, характеризуется минимальным значением электропроводности воды, которая измеряется с помощью промышленного контроллера и датчиков.

Под обессоливанием воды понимают процесс снижения в ней солей до требуемой величины. Различают частичное и полное обессоливание. К наиболее распространенным методам обессоливания воды относится ионный обмен, электродиализ, обратный осмос и дистилляция. Обессоливание позволяет почти полностью удалить из воды вещества, способные целиком или частично диссоциировать, неэлектролиты при этом могут остаться в воде. За основной критерий, оценивающий качество обработки воды, часто принимают электропроводность воды, пороговая величина которой устанавливается по опытно-исследовательским данным.

Автоматизированный контроль гидрохимического режима работы оборотных систем охлаждающего водоснабжения

Интерфейс системы диспетчеризации технического учета ресурсов для систем оборотного водоснабжения,
систем сжатого воздуха и пароснабжения, АО “ОД-Климов”, Санкт-Петербург, 2017 год

Контроль качества циркуляционной воды сводится к следующим четырем требованиям: вода не должны вызвать солевых отложений, интенсивных коррозионных отложений конструкционных материалов, биологических обрастаний и отложений механических примесей.

Из четырех возможных в системах оборотного водоснабжения солевых отложений: карбонатных, сульфатных, фосфатных и силикатных – имеется надежная технология предотвращения первых трех отложений, которая называется умягчением воды. Внедряется несколько способов умягчения воды:

  • физическое, с помощью нагрева, ультразвуковой, электрической и магнитной обработки;
  • химическое, известковое и известково-содовое;
  • катионитовое, при регенерации катионитов кислотами, поваренной солью и аммиаком.

Наиболее часто встречаются последние два способа из-за их надежности. При доминировании в отложениях карбонатов кальция эффективна кислотная обработка воды.

Антикоррозионная защита предусматривает изготовление ответственного оборудования систем оборотного водоснабжения и теплообменных аппаратов из коррозионностойких металлов и обработку воды ингибиторами коррозии – фосфатами, силикатами, хроматами.

Борьбы с обрастаниями сводится в основном к биоцидной обработке их хлором. Также есть положительный опыт по механическим воздействиям, например, абразивное воздействие зернистой присадкой. Очистка оборотной воды от механических примесей осуществляется на байпасе к основному контуру оборотного водоснабжения.

Автоматизированный контроль процесса охлаждения воды

Технологический контроль за работой градирен включает в себя сбор и анализ следующих видов информации, измерение и регистрация в журнале событий системы диспетчеризации:

  • температур нагретой и охлажденной воды;
  • параметров атмосферного воздуха;
  • расхода воды на градирню;
  • данные о загрязнениях оборотной воды и их концентрации;
  • сведения об эффективности работы элементов: оросителя, водоразбрызгивающих устройств, водоуловителя, противообледенительной системы, вентиляторной установки и др.

Температура наружного воздуха измеряется на расстоянии более 50 метров от градирни. Температуру воды измеряют датчиками при прямом контакте с водой. Данные собираются промышленным контроллером. Оценку охлаждающей способности градирен производят путем сопоставления расчетных температур охлажденной воды с температурами, полученными при испытаниях, а также по коэффициентам массоотдачи.

Автоматизированный технологический контроль процессов очистки сточных вод

Контроль за работой очистных сооружений и сбросом сточных вод проводится для предупреждения и прекращения загрязнения водных объектов неочищенными и недостаточно очищенными сточными водами, а также повторного их использования в промышленности и в сельском хозяйстве. Контроль включает в себя автоматизированный учет и регистрацию работы очистных сооружений, проверку эффективности очистки сточных вод, определение влияния сбрасываемых сточных вод на водные объекты и технологические процессы, выдачу предписаний по совершенствованию работы очистных сооружений.

  • Во время обследования проверяют соблюдение регламентов на эксплуатацию каждого очистного сооружения и организацию учета количества очищаемой воды, обращают внимание на:
  • степень автоматизации технологических процессов очистки;
  • автоматизацию подачу и дозирование реагентов;
  • автоматизацию работы насосных станций;
  • автоматизацию работы скребковых механизмов в отстойниках;
  • регулирование работы аэрационных сооружений, метантенков;
  • автоматизацию механического обезвоживания осадков;
  • автоматизацию процессов обеззараживания хлором.

В последние годы одновременно с физико-химическими анализами обрабатываемой воды проводят биологические ее исследования с помощью живых организмов. Эти тесты бывают статическими и динамическими. В статике изучаются поведение и физиологические рефлексы живых организмов в лабораторном аквариуме, заполняемом исследуемой водой. В динамических условиях биологические тесты применяют для определения случайного загрязнения воды.

Сооружения физико-химической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод применяются, когда возможны длительные перерывы в поступлении сточных вод (санатории, базы отдыха) или при низкой их температуре (районы Крайнего Севера). Однако, наличие реагентных установок делает систему очистки сложной в эксплуатации при недостаточной степени автоматизации. Большое распространение имеют системы полной биологической очистки, которые при относительно невысоких капитальных и эксплуатационных затратах обеспечивают высокую степень задержания органических и взвешенных веществ.

В зависимости от происхождения, вида и качественной характеристики примесей сточные воды подразделяются на бытовые, производственные и дождевые. При исследовании состава сточных вод сначала определяют общие показатели загрязненности, органолептические и физико-химические – I этап, затем содержание органических и неорганических примесей, а также растворенных газов – II этап. При наличии в сточной воде коллоидных крупно- и мелкодисперсных примесей определяют их количества и свойства – III этап.

Программа полного анализа сточных вод предусматривает также определение специфических ингредиентов, характеризующих присутствие промышленных сточных вод:

  • железа;
  • меди;
  • хрома;
  • цинка;
  • свинца;
  • синтетических поверхностно-активных веществ;
  • микробного числа;
  • содержания бактерий кишечной палочки.

Производят радиологический, гельминтологический и гидробиологический анализы, по эпидемиологическим показаниям выясняют наличие патогенных микроорганизмов. Не допускается объединение промышленных сточных вод с бытовыми, если в результате этого образуются эмульсии, ядовитые и взрывоопасные вещества, например, сточных вод, содержащих соли кальция или магния и щелочные растворы, соду и кислые воды, хлор и фенолы и т.п.

Поскольку различные компоненты промышленных сточных вод биологически окисляются с разной скоростью и часто требуют строго определенных условия проведения процесса очистки, то лучшим способом оценки их влияния на ход биохимической очистки бытовых сточных вод является экспериментальная проверка на лабораторных либо опытно-промышленных установках.

Автоматизированный контроль процессов механической очистки сточных вод

Механическая очистка сточных вод обычно предшествует биологической и физико-химической очистке. В сооружениях для механической очистки сначала отделяются наиболее крупные загрязнения, затем тяжелые взвеси и на заключительном этапе – основная масса тонкодисперсных нерастворенных загрязнений в отстойниках и гидроциклонах.

Эффективность работы механических фильтров может быть оценена по числу отказов оборудования. Незначительное увеличение прозрачности, рост количества взвесей и оседающих веществ в воде, снижение количества взвешенных веществ менее чем на 5% — все это указывает на малоэффективную работу фильтрационного оборудования.

Нормальная эксплуатация оборудования механической очистки характеризуется проектными скоростями движения воды, что достигается путем включения или отключения отдельных секций модульных фильтров в соответствии с количеством поступающих сточных вод. Нарушение нормальной работы может быть связано с повышенным выносом механических включений или с задержанием органических соединений.

Контроль за работой гидроциклонов производится по датчикам давления, установленным на напорном водоводе. По их показаниям оценивают объемную производительность гидроциклонов. При постоянном режиме питания регулирование работы гидроциклона после наладочных работ не требуется, но, если в этом возникает необходимость, регулирование производится при помощи изменения диаметра нижнего отверстия.

При работе со сменными насадками получается ступенчатое регулирование. Если датчик показывает постоянное давление, а выход осадка через нижнее отверстие прекращается, значит, оно забито. Для предотвращения попадания крупноразмерных частиц в гидроциклон, которые могут забивать нижнее входное отверстие на всасывающем трубопроводе насоса необходимо устанавливать сетчатый фильтр.

Автоматизированный контроль работы сооружений аэробной биологической очистки сточных вод

Биологическая очистка сточных вод может осуществляться как в естественных условиях, на полях орошения, фильтрации и в биологических прудах, так и в специальных сооружениях – аэротенки, окситенки, биофильтры и пр. Различают аэротенки-смесители, аэротенки-вытеснители и аэротенки промежуточного типа. Аэротенки обычно рассчитывают на полную биологическую очистку со снижением БПК сточной воды до 15 мг/л.

К числу основных технологических параметров, характеризующих процесс биохимической очистки сточных вод и определяющих эффективность работы аэротенов, относятся:

  • нагрузка;
  • скорость окисления;
  • окислительная мощность аэротенка и ила;
  • возраст ила;
  • удельный прирост ила;
  • иловый индекс;
  • необходимое время аэрации;
  • расход воздуха на 1 куб. метр очищенной воды и на 1 кг снятой БПК;
  • затраты электроэнергии;
  • вместимость аэрационной секции.

Оперативный контроль за работой аэротенков ведут путем систематически выполняемых определений концентрации растворенного кислорода, минимальное количество которого в любом месте аэрационной системы не должно быть ниже 2 мг/л, дозы ила и его гидробиологического состава. Количество бактерий в иле колеблется от 108 до 1013 на 1 мг беззольного вещества.

По технической сути процессы биологической очистки в окситенках идентичны очистным процессам в аэротенках. Основное отличие заключается в применении в окситенках для обеспечения аэробных условий технического кислорода или воздуха, обогащенного кислородом, вместо атмосферного воздуха. Окситенк оборудуется системой автоматизации, обеспечивающей подачу кислорода в зону аэрации в строгом соответствии со скоростью его потребления.

Контроль работы биофильтров имеет много общего с контролем аэротенков, поскольку в обоих типах сооружений проходят принципиально сходные процессы. Существенным отличием является отсутствие необходимости в частом анализе качества биопленки. Она прочно прикреплена к материалу загрузки биофильтра, а очищаемой водой смывается лишь отмершая, отработанная ее часть. Общая масса прироста биопленки за год эксплуатации биофильтра примерно равна массе взвешенных веществ, поступивших за этот же период на биофильтр.

Контроль биохимического процесса очистки сточных вод производят методом измерения редокс-потенциала eH. Установлено, что eH полнее характеризует процесс биохимической очистки сточных вод, чем, например, растворенный кислород. Показатель дает объективную оценку этого процесса в тех случаях, когда загрязнения содержат токсичные вещества по отношению к микроорганизмам и тормозят очистку, несмотря на достаточное количество кислорода.

Автоматизированный контроль процессов доочистки и обеззараживания сточных вод

Наиболее распространенными сооружениями в блоках доочистки сточных вод как в нашей стране, так и за рубежом являются фильтры с зернистой загрузкой. Технологический контроль работы фильтров доочистки основан на тех же принципах, что и контроль работы водопроводных фильтров.

Учитываются скорость фильтрации и продолжительность фильтроцикла, определяемая по достижении заданной величины потери напора, расход воды на промывку фильтра и ее интенсивность. Промывку фильтра производят фильтрованной сточной водой. Качество сточной воды оценивается до и после ее обработки по обычным санитарно-химическим показателям, принятым для характеристики сточных вод.

В процессе адсорбционной доочистки активный уголь удаляет из воды биохимически неокисленные органические вещества, микроколичества ионов тяжелых металлов, бактериальные и другие загрязнения. При количестве отработанного угля более 0,5 тонн/сутки восстановление его адсорбционной емкости производят обычно термическим способом.

При обессоливании минерализованных сточных вод гиперфильтрацией через полупроницаемые мембраны основные параметры – концентрацию растворенных веществ в концентрате и фильтрате необходимо определять на единицу ширины мембраны при заданной ее длине, разделяющей способности коэффициенте проницаемости мембран, давлении, расходах исходной воды, фильтрата и концентрата.

При использовании реагентного метода удаления фосфатов необходимо тщательное дозирование сульфата алюминия, для чего требуется знать концентрацию фосфатов в воде. Поэтому определение этого показателя должно выполняться не только по общему графику контроля за качеством сточной воды, но и несколько раз в промежутках между этими анализами.

Барботажная флотация ведется с флокуляцией при 30 – 40%-ной рециркуляции пены; напорная флотация – с флокуляцией при 50%-ной рециркуляции сточных вод. Флотатор рассчитывается на пребывание в нем сточных вод в течение 15 – 20 минут при восходящей скорости воды во флотационной камере 2 – 3 мм/сек и 10 – 15 минут в отстойной зоне при нисходящей скорости 1 – 3 мм/сек.

Схемы компоновки основных сооружений доочистки можно разделить на три основные группы. К первой относятся схемы безреагентной механической доочистки (включающие микрофильтры и фильтры), которые можно эксплуатировать  в комплексе одну с другой или раздельно. Вторую схему используют при необходимости реагентного осветления и умягчения воды. Для выбора оптимального варианта необходимо определять эффект снижения мешающих загрязнений после каждого этапа доочистки. Третью группу схем доочистки применяют при необходимости помимо реагентной обработки стоков, использования ионных методов, умягчения и опреснения (обессоливания) воды.

Способы обеззараживания сточных вод можно разделить на четыре основные группы:

  • термические;
  • химические с помощью сильных окислителей;
  • олигодинамические (воздействие ионов благородных металлов);
  • физические (с помощью ультразвука, радиоактивного излучения, ультрафиолетовых лучей).

Наиболее широко применяются способы второй группы. В качестве окислителей используют хлор, диоксид хлора, озон, марганцевокислый калий, пероксид водорода, гипохлорит кальция и натрия. Хлор, озон и гипохлорит натрия вызывают инактивацию кишечных вирусов в результате денатурирования их белковой оболочки.

Автоматизированный контроль процессов обработки осадков. Процессы метанового брожения и контроль работы метантенков

Водоотдача осадков во многом зависит от размеров их твердой фазы. Чем мельче частицы, тем хуже водоотдача осадков. Органическая часть осадков быстро загнивает, при этом увеличивается число коллоидных и мелкодисперсных частиц, вследствие чего снижается водоотдача.

ФОТО. Типовые процессы, применяемые для обработки осадков сточных вод

В настоящее время применяют четыре метода уплотнения и сгущения осадков: гравитационное, флотационное, сгущение в центробежном поле и фильтрование.

Гравитационное уплотнение является наиболее распространенным методом сгущения осадков. Оно просто в эксплуатации и относительно недорого. Время уплотнения устанавливается экспериментально и может быть самым различным – от 2 до 24 часов и более.

С целью снижения продолжительности уплотнения, получения осадка с меньшей влажностью и уменьшения выноса взвешенных веществ из уплотнителя применяют различные приемы: перемешивание в процессе уплотнения, цикличное сгущение, коагуляцию, совместное уплотнение различных видов осадков и термогравитационный метод.

При перемешивании осадка во время уплотнения происходит частичное разрушение сплошной пространственной структуры осадка. Лопасти мешалки, раздвигая оторванные друг от друга части структурированного осадка, создают условия для безпрепятственного выхода свободной влаги, ранее захваченной и удерживаемой пространственной структурой осадка.

Цикличное сгущение осуществляется путем последовательного накапливания сгущенного осадка от нескольких циклов сгущения при медленном перемешивании стержневой мешалкой.

В качестве коагулянтов применяют различные минеральные и органические соединения. В системе реагентного хозяйства контролируют качество растворов реагентов, хлорного железа и извести по концентрации в них активного агента. Тщательный контроль растворов реагентов необходим, так как их избыток не улучшает фильтруемости осадков, в то же время перерасход дефицитных веществ влечет за собой необоснованное удорожание стоимости эксплуатации.

Достоинство метода флотации состоит в том, что его можно регулировать путем оперативного изменения параметров. К недостаткам метода относятся более высокие эксплуатационные затраты и невозможность накопления большого количества осадков в уплотнителе.

Автоматизированный контроль работы сооружений обезвоживания и сушки осадка

Для обезвоживания промышленных осадков используют вакуумные фильтры с наружной фильтрующей поверхностью дискового и ленточного типов, а также пресс-фильтры. Работу вакуум-фильтра оценивают величиной производительности аппарата – количеством осадка по сухому веществу, снятым с одного квадратного метра поверхности фильтра за один час, для чего периодически определяют влажность кека. Качество и количество фильтрата учитывают с целью более полного анализа работы отстойника-уплотнителя, куда его передают для интенсификации процессов уплотнения сброженного осадка.

Центрифугирование позволяет разделить суспензии в компактных и высокопроизводительных аппаратах – гидроциклонах, центрифугах и сепараторах. Следует отметить, что скорость разделения суспензий в гидроциклонах в 10 – 20 раз, а в центрифугах и сепараторах более чем в 1000 раз больше, чем при гравитационном уплотнении.

Фильтрующие центрифуги с проницаемой фильтровальной перегородкой применяют для разделения суспензий, имеющих среднюю и крупнозернистую твердые фазы. Они выпускаются периодического и непрерывного действия. Центрифуги периодического действия, применяющиеся при разделении быстро расслаивающихся суспензий сточных вод с несжимаемыми осадками, работают обычно в режиме постоянной производительности.

Осадок от центрифуги подается поршневыми насосами. Фугат обычно подают в голову очистных сооружений. Фугат от гидроциклонов должен уплотняться в гравитационных сгустителях с применением коагуляции и обезвоживаться на барабанных вакуум-фильтрах.

Виброфильтры классифицируют на напорные и безнапорные. Эти аппараты просты по конструкции и требуют малых энергетических затрат. Они могут применяться для обезвоживания труднофильтруемых осадков без предварительного кондиционирования. Однако после обработки на виброфильтрах осадок имеет относительно высокую влажность, а фильтрат содержит загрязнения высокой концентрации.

Утилизация осадков сточных вод промышленных предприятий предназначена для извлечения и использования ценных веществ. Ряд осадков сточных вод обладают высокими удобрительными свойствами. Активный ил может быть использован как кормовой продукт. Осадки сточных вод минерального происхождения могут найти применение в промышленности строительных материалов и дорожном строительстве.

Осадки сточных вод органического происхождения при сбраживании их в метантенках разлагаются с выделением метана, который может быть использован как источник тепловой, механической и электрической энергии.

Автоматизированный контроль процессов обработки промышленных стоков и методов извлечения из них вредных веществ

Станции нейтрализации могут быть непрерывного либо циклического действия. Последние сооружаются на предприятиях с небольшим количеством загрязненных сточных вод. Станции непрерывного действия имеют в своем составе усреднительные емкости, оборудованные устройствами для выравнивания концентраций загрязнений, смесители, камеры реакции, отстойники или осветлители, фильтры, устройства для обезвоживания осадка или шламовые площадки, а также узел для приготовления реагентов и насосные установки.

Одними из самых эффективных способов извлечения из сточных вод отдельных компонентов (тяжелые металлы, нефтепродукты, хлорорганика, СПАВ, фенолы) являются сорбция, флотация и ультрафильтрация.

Сорбция многих примесей производственных стоков эффективно проходит на активированном угле. Кроме активированного угля, в качестве сорбентов находят применение глины, торф, опилки, зола, ионообменные смолы, оксигидраты железа и алюминия и др.

Наиболее сложной частью сорбционного процесса является регенерация сорбента. Для извлечения сорбированных веществ применяются экстрагирование органическим растворителем, изменение степени диссоциации слабого электролита в равновесном растворе, отгонка адсорбированного вещества с водяным паром, испарение адсорбированного вещества током инертного газообразного теплоносителя. В отдельных случаях осуществляют химические превращения сорбированных веществ с последующей десорбцией.

Автоматизированный контроль деструктивных методов очистки промышленных сточных вод

Из деструктивных методов очистки первое место принадлежит биологическому методу очистки. С помощью микроорганизмов удается минерализовать огромное большинство органических и разрушить ряд неорганических веществ. Интенсификация работы аэротенков возможна за счет различных мероприятий: повышения концентрации ила в сооружениях, выравнивания нагрузки на ил и исключения шоковых перегрузок, создания идеальных условий по pH и температуре, а также внедрения способов окисления с помощью чистого кислорода или воздуха, обогащенного кислородом. Работу биоокислителей, установленных на промышленных предприятиях, контролируют также, как и работу аэротенков городских станций.

При наличии в стоках примесей, биохимически неокисляемых или токсичных для микроорганизмов, используются методы химического окисления, из которых наибольшее признание получил процесс озонирования. При использовании методов химического окисления серьезное внимание при контроле за процессами уделяется составу конечных продуктов реакции. Не исключаются случаи, когда в процессе озонирования конечные продукты реакции оказываются более токсичными для водоемов, чем исходные продукты. В таком случае способ озонирования неприменим.

Озонированием удается разрушить такие трудноокисляемые вещества, как нефтепродукты, фенолы, красители, некоторые СПАВ, хиноны и пр. Контроль за процессом аналогичен контролю за реагентными методами очистки стоков. Особое внимание уделяется определению необходимого количества озона, которое обеспечивает заданную степень очистки, а также определяет стоимость процесса. Химическое восстановление водородом применяется для обесцвечивания окрашенных сточных вод предприятий текстильной промышленности.

Электрохимическая деструкция основана на окислении и восстановлении как органических, так и неорганических соединений. Причем эти реакции включают в себя широкий круг процессов: от простейшей ионной перезарядки до сложных превращений, лежащих в основе органического синтеза.