行業(yè)應(yīng)用
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行業(yè)特性
隨著我國的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展與工業(yè)化程度增加，對于水資源的污染也在加劇，尤其是城市污水與工業(yè)污水的排放量增加致使水質(zhì)污染日趨嚴(yán)重。國家對于水資源的保護(hù)日益重視，加大了對城市污水與工業(yè)污水的治理力度，對于達(dá)到各種污水處理工藝過程的最佳效果、處理設(shè)備的正常運(yùn)行、準(zhǔn)確監(jiān)測污水處理的水質(zhì)、水量等都提出了更高的要求，這就對污水處理中的自動化儀表的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提出了新的要求。
在現(xiàn)代化污水處理過程中，無論采用何種工藝，其工藝過程都存在大量需要檢測的參數(shù)，因此目前大型生活污水處理廠或者工藝污水處理廠一般都設(shè)有液位、液位差、流量、壓力、pH值、溫度、溶解氧、污泥濃度、氧化還原電位、污泥界面、在線BOD、在線COD、在線氨氮、在線總磷等自動化儀表。
自控儀表應(yīng)用方案
污水處理常用儀表分類
在污水處理中的自動化儀表主要分為熱工儀表和成分分析儀表。熱工儀表主要包括溫度、壓力、液位、流量這些物理量檢測儀表，熱工儀表大致都由測量元件(傳感器)部分、中間傳送部分和顯示部分(包括變換成其他信號)構(gòu)成。成分分析儀表在污水處理過程中常常稱之為水質(zhì)分析儀表，例如溶解氧儀、在線BOD儀、在線COD儀等。這部分儀表的主要特點(diǎn)是專用性強(qiáng)，形式多樣化，但每種成分分析儀的適用范圍往往都限于某種介質(zhì)成分分析。
溫度儀表
在厭氧消化過程中為保證其正常良好反應(yīng)，介質(zhì)溫度需要保持在一定的溫度范圍內(nèi)，因此需要設(shè)置溫度檢測點(diǎn)，通常設(shè)計(jì)的典型熱敏元件是鉑熱電阻（PT100,PT1000）。由于熱電阻信號需要自動控制系統(tǒng)配套專用熱電阻模塊，而水處理過程中的溫度監(jiān)測點(diǎn)并不多，因此可以考慮在儀表設(shè)計(jì)時(shí)采用溫度變送器將熱電阻信號轉(zhuǎn)換為4～20mA信號從而接入標(biāo)準(zhǔn)的模擬量模塊。
圖例：CN611-P（PT100）型鉑熱電阻
壓力變送器
污水處理中壓力檢測多為泵出口處設(shè)置就地壓力表或則壓力變送器，如果需要設(shè)置壓力變送器則多選用目前應(yīng)用非常廣泛技術(shù)也很成熟的智能型壓力變送器，以便于通過配合手操器對壓力變送器進(jìn)行量程設(shè)置、調(diào)零等操作。在污水處理后期的污泥處理環(huán)節(jié)，有些板框式壓濾機(jī)也會使用到壓力變送器。
圖例：CN421-A型壓力變送器
流量計(jì)
相對而言，在污水處理中流量計(jì)是非常重要的一類儀表。污水處理廠的進(jìn)出水水量、回流污泥量、曝氣量以及消化池產(chǎn)氣量等都是工藝生產(chǎn)所必須測量的流量參數(shù)。另外，為了對污水處理廠的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)行考核、分析，也要依靠流量測量儀表來提供必要的數(shù)據(jù)。在污水處理廠流量測量儀表中，目前應(yīng)用較為廣泛的是電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)以及明渠流量計(jì)。
電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)是測速式流量計(jì)，適用于具有導(dǎo)電性液體體積流量的測量。CN311型電磁流量計(jì)主要由變送器和轉(zhuǎn)換器組成。被測介質(zhì)的流量經(jīng)變送器變換成感應(yīng)電勢后，再經(jīng)轉(zhuǎn)換器把感應(yīng)電勢信號轉(zhuǎn)換成為電流信號作為輸出，以便進(jìn)行遠(yuǎn)方指示記錄或作為控制信號。電磁流量計(jì)在測量通道內(nèi)無任何固定或可動的節(jié)流部件，對流體無壓力損失，其輸出特性與被測液體的密度、黏度、流動狀況無關(guān)，適用于測量污水處理中帶有固體微顆粒的流體流量。同時(shí)電磁流量計(jì)安裝對于直管段的要求不太高，直管段要求通常為前5D、后3D(D為所選儀表的內(nèi)直徑)。正是因?yàn)殡姶帕髁坑?jì)的這些特點(diǎn)，因此它在污水處理中得到廣泛應(yīng)用。在污水處理廠的進(jìn)出水管線、污泥管線上都可以考慮設(shè)計(jì)電磁流量計(jì)進(jìn)行測量。需要注意的是電磁流量計(jì)對于測量液體的電導(dǎo)率和流速都有要求，需要在設(shè)計(jì)時(shí)特別注意加以考慮。
圖例：CN311-A型一體式,分體式電磁流量計(jì)；CN311-C型插入式電磁流量計(jì)；
超聲波流量計(jì)
CN341型超聲波流量計(jì)按其安裝形式一般分為外夾式和管段式、插入式，根據(jù)其檢測的方式，又可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關(guān)法等不同類型的超聲波流量計(jì)。管道外夾式超聲流量計(jì)可以不用斷開管路安裝(不像電磁流量計(jì)那樣需要斷開管路安裝)，也不需要安裝旁通管路和閥門，測量管路口徑可以達(dá)到幾米，維護(hù)方便，可以對流體無任何影響下來進(jìn)行流量測量，因此在污水處理中的大口徑的進(jìn)出水管道流量測量中也得到較多的應(yīng)用。在設(shè)計(jì)應(yīng)用超聲波流量計(jì)中尤其需要注意選擇合適的安裝位置，所選安裝管道圓度好，內(nèi)表面光滑且壁厚均勻，安裝管段應(yīng)避開干擾和渦流這兩種對測量精度影響較大的情況，避免安裝在水泵、變頻器附近，即有強(qiáng)磁場和震動干擾處安裝儀表。同時(shí)也應(yīng)該滿足相應(yīng)的直管段要求(上游10倍管徑，下游5倍管徑)。
圖例：CN341-A型管道外夾式超聲波流量計(jì)
熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)
一個(gè)精度高，穩(wěn)定性好的氣體流量測量系統(tǒng)，對鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)節(jié)約電能，降低運(yùn)行成本，起作積極的作用。污水處理中的曝氣量的測量多選用熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)，小管道選用管段式熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)，大品徑的選用插入式的熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)。插入式的熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)配上球閥支座可在帶壓情況下拆卸維護(hù)檢查，不影響風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)運(yùn)行。污水池曝氣量的測量還可以選擇差壓式流量計(jì)，但由于差壓流量計(jì)的差壓信號都比較小(約在幾個(gè)mmH2O到幾十個(gè)mmH2O之間)，在保證滿足前后直管段要求的情況下，需要采取一些措施，比如漸縮管道，提高流速，增大差壓信號。另外，選擇適當(dāng)?shù)奈⒉顗鹤兯推鲗?zhǔn)確的測量也是十分必要的，建議選用高精度的(0.5%)微差壓變送器。在進(jìn)行氣體流量測量時(shí)，需要進(jìn)行溫度和壓力補(bǔ)償。當(dāng)工藝管道內(nèi)溫度和壓力變化不大時(shí)，在滿足測量準(zhǔn)確度的情況下，也可以采用固定的溫度、壓力值進(jìn)行補(bǔ)償。相對熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)，差壓式流量計(jì)成本較高維護(hù)量大，性價(jià)比不高。
圖例：CN361-B型插入式熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)
明渠式超聲波流量計(jì)
CN331明渠式超聲波流量計(jì)是一種在污水處理廠應(yīng)用很廣的流量計(jì)，適用于工藝流程中進(jìn)出水是明渠形式而非管道的場合。在污水廠中常用的明渠巴歇兒水槽、三角堰、梯形槽、矩形槽等。選用明渠流量計(jì)，不僅對儀表的精度、性能、穩(wěn)定性高要求，同時(shí)對不同明渠具體堰槽的制作精度要求也非常高。因?yàn)闊o論采用哪一種堰槽，最終流量Q的大小由水位的高度h來確定的。其函數(shù)關(guān)系是Q=F(h)。
圖例：CN331-F分體式
物（液）位計(jì)
物位檢測儀表按照被測介質(zhì)分為液位檢測儀表和料位檢測儀表，污水處理中使用較多的是液位檢測儀表，工藝過程中會使用到超聲波液位計(jì)﹑投入式液位計(jì)﹑磁翻板液位計(jì)﹑浮球式液位開關(guān)等。
超聲波液位計(jì)/液位差計(jì)
超聲波液位計(jì)無機(jī)械可動部分，可靠性高，安裝簡單、方便，屬于非接觸測量，且不受液體的粘度、密度等影響，因此多用于藥池、排泥水池等的液位測量。CN211系列超聲波液位計(jì)的傳感器由一對發(fā)射、接收換能器組成。發(fā)射換能器面對液面發(fā)射超聲波脈沖，超聲波脈沖從液面上反射回來，被接收換能器接收。根據(jù)發(fā)射至接收的時(shí)間可確定傳感器與液面之間的距離，即可換算成液位。根據(jù)超聲波液位計(jì)的非接觸式測量原理，因此從理論上來講，它適用于污水處理工藝過程中的液位測量。但在實(shí)際應(yīng)用中它會受到各種因素如安裝位置、溫度、壓力、濕度以及被測介質(zhì)表面的泡沫、浪涌等的影響。根據(jù)超聲波特性，頻率越低，傳輸距離越遠(yuǎn)，但聲波的指向性就越差;頻率越高，指向性越好，但傳輸距離越小。目前超聲波液位計(jì)的測量范圍從0.5米到幾十米。CN211-C超聲波液位差計(jì)，是用來測量兩個(gè)不同容器的液位或者料位的高低差別。最常見的是在污水處理廠的進(jìn)水口，測量粗格柵、細(xì)格柵前后的水位高低，計(jì)算出水位相差的高度，用來啟動反撈式除污機(jī)撈出垃圾。
圖例：CN211型一體式超聲波液位計(jì)
投入式液位計(jì)
投入式（靜壓）液位計(jì)是利用液體靜壓力與液體高度成正比的這一原理來測量液位的。 CN213 系列傳感器采用美國進(jìn)口、具有國際先進(jìn)水平的干式陶瓷電容傳器或帶溫度補(bǔ)償和隔離膜片式擴(kuò)散硅壓力傳感器，專用微處理電路。采用歐洲先進(jìn)的設(shè)計(jì)思路，多種結(jié)構(gòu)形式、多種材料、多種變送器類型、具有廣泛適應(yīng)性。
圖例：CN213型纜式投入式液位計(jì)
磁翻板液位計(jì)
CN215 系列磁翻板( 柱 )液位計(jì)是以磁性浮子驅(qū)動雙色磁板( 柱 )指示液位，可用于各種酸堿儲罐的介質(zhì)液位檢測。它彌補(bǔ)了玻璃板( 管 )液位計(jì)指示不清晰、易破碎的不足，不受高、低溫度劇變的影響，不需多組液位計(jì)的組合，具有可靠的安全性。全過程測量無盲區(qū)，顯示醒目，讀數(shù)直觀，且測量范圍大。特別是現(xiàn)場指示部分，由于不與液體介質(zhì)直接接觸，所以對高溫、高壓、高粘度、有毒有害、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)更顯其優(yōu)越性。比傳統(tǒng)的玻璃板 ( 管 ) 液位計(jì)具有更高的可靠性、安全性、先進(jìn)性、適用性。
圖例：CN215型磁翻板液位計(jì)
泥水界面儀（界位計(jì)）
CN211-J超聲波泥水界面儀是利用可靠的超聲波回波檢測原理，計(jì)算超聲波返回探頭的時(shí)間，可以計(jì)算出污泥層的高度和厚度。有效的掌握污泥沉淀特性，對污泥的回流量進(jìn)行精確的控制。讓操作人員對優(yōu)化污泥循環(huán)量、補(bǔ)償廢水的日常波動、修正非正常狀態(tài)值、監(jiān)測預(yù)濃縮池內(nèi)的分離層做出實(shí)時(shí)的評價(jià)。
圖例：CN211-J型泥水界面儀
此外對于工藝不要求連續(xù)檢測而僅需報(bào)警或聯(lián)鎖設(shè)備動作的池內(nèi)、活液罐等設(shè)備液 位可采用液位開關(guān)進(jìn)行檢測，從而控制儀表設(shè)備的投資。
分析儀表
在污水處理過程中，有許多反映水質(zhì)的重要參數(shù)如：溶解氧(DO)、pH、污泥濃度、濁度、SS懸浮物等。在線檢測這些參數(shù)可以實(shí)時(shí)地了解和掌握污水處理的情況，并根據(jù)這些參數(shù)對工藝及設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行自動控制和調(diào)整，以確保污水處理的正常運(yùn)行并達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。在以往的水處理廠中大多是采用化驗(yàn)分析的方法來得到的，隨著自動化儀表測量技術(shù)等領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，越來越多的水質(zhì)分析儀表逐漸應(yīng)用于污水處理。
溶解氧儀
水中的微生物等得以生存的一個(gè)重要條件是水中溶解有一定量的氧氣，稱之為溶解氧(DO)。當(dāng)水體中含有還原性污染物時(shí)，DO量就會降低，當(dāng)DO低于4mg/l以下時(shí)，水中的生物就難以生存了。因此，溶解氧是水質(zhì)監(jiān)測的重要指標(biāo)之一。水中的含氧量可以充分顯示水自凈的程度和可流入水的污水量。而對于生物處理來說，更需了解曝氣池中的含氧量，根據(jù)該氧量信號，來控制鼓風(fēng)機(jī)對曝氣池的供氧量。溶氧儀主要由傳感器和變送器兩部分組成。污水行業(yè)溶解氧傳感器多采用熒光法測量溶解氧，原理是藍(lán)光照射在熒光層上，熒光物質(zhì)受到激發(fā)發(fā)出紅光，而氧濃度與熒光物質(zhì)回到基態(tài)的時(shí)間成反比。采用了該方法測量溶解氧，測量時(shí)不會產(chǎn)生氧消耗，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，性能可靠，不存在干擾，安裝和校正簡單。
圖例：CN132-B型溶解氧分析儀
pH計(jì)
在污水進(jìn)、出口均設(shè)有pH分析儀，進(jìn)水處配置pH計(jì)的目的是方便工藝人員針對進(jìn)水水質(zhì)采取相應(yīng)的控制調(diào)節(jié)手段，以滿足后續(xù)處理的要求。在出水處設(shè)置pH計(jì)的目的是反映處理的效果，方便廠部和政府部門對污水廠運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)管。pH計(jì)的基本工作原理是用電位法測量溶液的酸堿度，插人待測溶液的測量電極與具有恒定電位的參比電極之間的電勢差與溶液pH值之間有固定的函數(shù)關(guān)系，由此通過測量電勢得出pH值。
圖例：CN111-A型在線PH計(jì)
污泥（懸浮物）濃度計(jì)
污泥的濃度也是污水處理工藝中需要檢測的重要參數(shù)之一。污泥濃度計(jì)一般多用于污泥處理工段，多為池體內(nèi)沉入式安計(jì)，也可用于管道安裝。根據(jù)污泥濃度來控制絮凝劑的投加量，目的是促進(jìn)污泥的濃縮，一方面可以提高污泥脫水設(shè)備(采用板框壓濾機(jī))的效率，節(jié)約能耗，另外使脫水后的污泥品比較干而便于運(yùn)輸；另一方面可以監(jiān)測控制污泥的回流或排放。目前，常用的是光學(xué)法的污泥濃度計(jì)。
圖例：CN172-B型污泥濃度計(jì)
余氯儀
CN152型余氯儀采用先進(jìn)的恒電壓原理，用于測量水體中余氯。該方法利用在極化電極和參比電極之間施加一個(gè)穩(wěn)定的電位勢，不同的被測成份在該電位勢下產(chǎn)生不同的電流強(qiáng)度。儀表通過對電流信號的采集和分析計(jì)算出被測成份的濃度。余氯電極結(jié)構(gòu)簡單，易于清潔和更換，同時(shí)電極使用過程無須更換膜片與試劑，維護(hù)簡單，確保儀器長期工作的穩(wěn)定可靠性和準(zhǔn)確性。
圖例：CN152-B型余氯儀
應(yīng)用案例
