隨著(zhu)我國的(de)(de)(de)經濟快速發展與工(gong)業化程(cheng)度增(zeng)加(jia)(jia)，對于(yu)(yu)水(shui)(shui)資源(yuan)的(de)(de)(de)污(wu)(wu)染也在加(jia)(jia)劇，尤(you)其是城(cheng)市污(wu)(wu)水(shui)(shui)與工(gong)業污(wu)(wu)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)排(pai)放量增(zeng)加(jia)(jia)致使(shi)水(shui)(shui)質污(wu)(wu)染日(ri)趨(qu)嚴重(zhong)。國家對于(yu)(yu)水(shui)(shui)資源(yuan)的(de)(de)(de)保護日(ri)益重(zhong)視(shi)，加(jia)(jia)大了(le)(le)對城(cheng)市污(wu)(wu)水(shui)(shui)與工(gong)業污(wu)(wu)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)治理(li)(li)力(li)度，對于(yu)(yu)達到(dao)各種污(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)工(gong)藝過程(cheng)的(de)(de)(de)最(zui)佳效(xiao)果、處(chu)(chu)理(li)(li)設備的(de)(de)(de)正常(chang)運行(xing)、準確監測污(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)水(shui)(shui)質、水(shui)(shui)量等都提出了(le)(le)更(geng)高的(de)(de)(de)要求，這就對污(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)中的(de)(de)(de)自動化儀(yi)表的(de)(de)(de)設計與應(ying)用提出了(le)(le)新的(de)(de)(de)要求。

1 自動化儀表在污水處理中的重要性

在(zai)現代化(hua)(hua)污水處(chu)(chu)理(li)過程(cheng)中，無論采(cai)用(yong)何種工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)，其工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)過程(cheng)都存在(zai)大量(liang)需要(yao)檢測的(de)(de)(de)參(can)數，因此目前(qian)大型生活(huo)污水處(chu)(chu)理(li)廠或者工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)污水處(chu)(chu)理(li)廠一(yi)般都設(she)有液(ye)(ye)位(wei)(wei)、液(ye)(ye)位(wei)(wei)差、流量(liang)、壓力(li)、pH值(zhi)、溫度、溶解(jie)氧、污泥濃度、氧化(hua)(hua)還原電位(wei)(wei)、污泥界面、在(zai)線(xian)BOD、在(zai)線(xian)COD、在(zai)線(xian)氨氮、在(zai)線(xian)總磷等自動(dong)(dong)(dong)化(hua)(hua)儀(yi)表。通過這(zhe)些檢測儀(yi)表獲取的(de)(de)(de)各(ge)種工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)檢測參(can)數從(cong)而對(dui)(dui)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)過程(cheng)中的(de)(de)(de)各(ge)種工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)設(she)備進行控制(zhi)(zhi)，協調供需之間、系(xi)統各(ge)組(zu)成部分(fen)之間、各(ge)污水處(chu)(chu)理(li)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)之間的(de)(de)(de)關系(xi)，以(yi)便(bian)使(shi)各(ge)種設(she)備與設(she)施得到更充分(fen)、合理(li)的(de)(de)(de)使(shi)用(yong)。其中工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)過程(cheng)中的(de)(de)(de)一(yi)些重(zhong)要(yao)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)參(can)數例如溶氧值(zhi)、曝氣量(liang)等都是保(bao)證(zheng)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)自動(dong)(dong)(dong)控制(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)保(bao)證(zheng)，通過這(zhe)些儀(yi)表檢測值(zhi)來自動(dong)(dong)(dong)調節和控制(zhi)(zhi)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)設(she)備的(de)(de)(de)合理(li)運行。這(zhe)些自動(dong)(dong)(dong)化(hua)(hua)儀(yi)表不僅(jin)對(dui)(dui)于污水處(chu)(chu)理(li)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)過程(cheng)起(qi)著(zhu)不可替(ti)代的(de)(de)(de)指導作(zuo)用(yong)，同時也可以(yi)多工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)處(chu)(chu)理(li)過程(cheng)進行監控報警，保(bao)障生產和設(she)備安全，而且還起(qi)著(zhu)向相關管(guan)理(li)部門提過檢測指標(biao)的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)作(zuo)用(yong)。綜上所述，可以(yi)看(kan)到自動(dong)(dong)(dong)化(hua)(hua)儀(yi)表對(dui)(dui)于污水處(chu)(chu)理(li)過程(cheng)起(qi)著(zhu)重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)，是計算(suan)機控制(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)前(qian)提條件和自動(dong)(dong)(dong)化(hua)(hua)控制(zhi)(zhi)的(de)(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(zai)(zai)污(wu)水(shui)處理中的(de)自動(dong)化(hua)儀(yi)(yi)表(biao)(biao)主(zhu)要分(fen)(fen)(fen)為(wei)熱工儀(yi)(yi)表(biao)(biao)和(he)成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)(fen)分(fen)(fen)(fen)析儀(yi)(yi)表(biao)(biao)。熱工儀(yi)(yi)表(biao)(biao)主(zhu)要包(bao)括溫度(du)、壓(ya)力、液位、流量這(zhe)些物理量檢測儀(yi)(yi)表(biao)(biao)，熱工儀(yi)(yi)表(biao)(biao)大致都由測量元件(傳(chuan)感器)部(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)、中問(wen)傳(chuan)送(song)部(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)和(he)顯示部(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)(包(bao)括變換(huan)成(cheng)(cheng)其他(ta)信號)構(gou)成(cheng)(cheng)。成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)(fen)分(fen)(fen)(fen)析儀(yi)(yi)表(biao)(biao)在(zai)(zai)污(wu)水(shui)處理過(guo)程中常常稱之為(wei)水(shui)質分(fen)(fen)(fen)析儀(yi)(yi)表(biao)(biao)，例如溶解(jie)氧儀(yi)(yi)、在(zai)(zai)線BOD儀(yi)(yi)、在(zai)(zai)線COD儀(yi)(yi)等。這(zhe)部(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)儀(yi)(yi)表(biao)(biao)的(de)主(zhu)要特(te)點是專用性強，形式(shi)多樣化(hua)，但每種成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)(fen)分(fen)(fen)(fen)析儀(yi)(yi)的(de)適用范圍往往都限(xian)于某種介質成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)(fen)分(fen)(fen)(fen)析。

2.2 溫度與壓力儀表

在(zai)厭氧消化(hua)過(guo)程中為(wei)保證其正常良好反應，介(jie)質溫度(du)(du)(du)需要(yao)保持在(zai)一定的溫度(du)(du)(du)范圍內，因此需要(yao)設(she)置溫度(du)(du)(du)檢測點，通常設(she)計(ji)的典型熱(re)(re)敏元(yuan)件是鉑(bo)熱(re)(re)電阻。由于熱(re)(re)電阻信號(hao)(hao)需要(yao)自動控制系(xi)統配套(tao)專用(yong)熱(re)(re)電阻模塊(kuai)(kuai)，而水處理過(guo)程中的溫度(du)(du)(du)監測點并(bing)不多，因此可以考慮(lv)在(zai)儀表設(she)計(ji)時采用(yong)溫度(du)(du)(du)變送器將熱(re)(re)電阻信號(hao)(hao)轉換為(wei)4～20mA信號(hao)(hao)從(cong)而接入標準的模擬量模塊(kuai)(kuai)。

污水(shui)處理(li)中壓(ya)力(li)(li)檢(jian)測多為泵(beng)出口處設置就地壓(ya)力(li)(li)表或(huo)則壓(ya)力(li)(li)變(bian)送器(qi)(qi)，如果需要設置壓(ya)力(li)(li)變(bian)送器(qi)(qi)則多選(xuan)用(yong)目前(qian)應用(yong)非(fei)常廣(guang)泛技(ji)術也很(hen)成熟(shu)的智能型壓(ya)力(li)(li)變(bian)送器(qi)(qi)，以便于(yu)通過配合手(shou)操器(qi)(qi)對壓(ya)力(li)(li)變(bian)送器(qi)(qi)進行(xing)量程設置、調零等(deng)操作。

2.3 流量儀表

相對(dui)而言，在(zai)污水處(chu)理中流(liu)量(liang)(liang)計是非常重要的(de)一類儀(yi)(yi)表(biao)。污水處(chu)理廠(chang)的(de)進(jin)出水水量(liang)(liang)、回流(liu)污泥量(liang)(liang)、曝(pu)氣(qi)量(liang)(liang)以及(ji)消化(hua)池產氣(qi)量(liang)(liang)等都是工(gong)藝(yi)生產所(suo)必須測量(liang)(liang)的(de)流(liu)量(liang)(liang)參數(shu)。另(ling)外，為了對(dui)污水處(chu)理廠(chang)的(de)運行經濟(ji)效果進(jin)行考核(he)、分析，也要依(yi)靠(kao)流(liu)量(liang)(liang)測量(liang)(liang)儀(yi)(yi)表(biao)來提(ti)供必要的(de)數(shu)據(ju)。

在(zai)污(wu)水處理(li)廠流量測(ce)量儀表中，目前應(ying)用較為廣泛的是電(dian)磁流量計、超聲波(bo)流量計、差(cha)壓式流量計以及明渠流量計，相關(guan)性(xing)能(neng)等參數(shu)見圖1。

2.3.1 電磁流量計

電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)計(ji)(ji)是(shi)(shi)測(ce)速式(shi)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)計(ji)(ji)，適(shi)用于(yu)具有(you)導(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)性液體(ti)(ti)體(ti)(ti)積流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)。它的(de)(de)(de)工作原(yuan)理(li)(li)是(shi)(shi)基于(yu)法(fa)拉第電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)感(gan)應定律，定律要(yao)(yao)(yao)(yao)(yao)點是(shi)(shi)導(dao)體(ti)(ti)在(zai)磁(ci)(ci)場中(zhong)切割磁(ci)(ci)力線(xian)方(fang)向運動(dong)時(shi)，導(dao)體(ti)(ti)受磁(ci)(ci)場感(gan)應產生感(gan)應電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)勢(shi)(shi)E。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)計(ji)(ji)主要(yao)(yao)(yao)(yao)(yao)由變送器(qi)和轉換(huan)(huan)器(qi)組成。被測(ce)介質的(de)(de)(de)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)經變送器(qi)變換(huan)(huan)成感(gan)應電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)勢(shi)(shi)后，再(zai)經轉換(huan)(huan)器(qi)把感(gan)應電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)勢(shi)(shi)信號轉換(huan)(huan)成為(wei)(wei)(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)信號作為(wei)(wei)(wei)輸出(chu)(chu)，以(yi)(yi)便進(jin)行遠(yuan)方(fang)指示記錄或(huo)作為(wei)(wei)(wei)控制信號。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)計(ji)(ji)在(zai)測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)通道(dao)內無任(ren)何固(gu)定或(huo)可(ke)動(dong)的(de)(de)(de)節流(liu)(liu)(liu)部件(jian)，對(dui)(dui)流(liu)(liu)(liu)體(ti)(ti)無壓力損失，其輸出(chu)(chu)特(te)(te)性與被測(ce)液體(ti)(ti)的(de)(de)(de)密度(du)(du)、黏度(du)(du)、流(liu)(liu)(liu)動(dong)狀況無關，適(shi)用于(yu)測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)污水(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)中(zhong)帶有(you)固(gu)體(ti)(ti)微顆粒(li)的(de)(de)(de)流(liu)(liu)(liu)體(ti)(ti)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)。同時(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)計(ji)(ji)安裝的(de)(de)(de)直管段要(yao)(yao)(yao)(yao)(yao)求通常為(wei)(wei)(wei)前(qian)5D、后2D(D為(wei)(wei)(wei)所選(xuan)儀表的(de)(de)(de)內直徑，見圖2)，相對(dui)(dui)于(yu)差壓式(shi)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)計(ji)(ji)對(dui)(dui)于(yu)直管段的(de)(de)(de)要(yao)(yao)(yao)(yao)(yao)求要(yao)(yao)(yao)(yao)(yao)短得多。正(zheng)是(shi)(shi)因(yin)為(wei)(wei)(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)計(ji)(ji)的(de)(de)(de)這些(xie)特(te)(te)點，因(yin)此(ci)它在(zai)污水(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)中(zhong)得到廣泛(fan)應用。在(zai)污水(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)廠的(de)(de)(de)進(jin)出(chu)(chu)水(shui)(shui)管線(xian)、污泥管線(xian)上都可(ke)以(yi)(yi)考慮設(she)計(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)計(ji)(ji)進(jin)行測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)。需(xu)(xu)要(yao)(yao)(yao)(yao)(yao)注意(yi)的(de)(de)(de)是(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)(ci)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)計(ji)(ji)對(dui)(dui)于(yu)測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)液體(ti)(ti)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)導(dao)率和流(liu)(liu)(liu)速都有(you)要(yao)(yao)(yao)(yao)(yao)求，需(xu)(xu)要(yao)(yao)(yao)(yao)(yao)在(zai)設(she)計(ji)(ji)時(shi)特(te)(te)別注意(yi)加以(yi)(yi)考慮。

圖1 污水(shui)處理主要流量儀表(biao)對照表(biao)

圖2 電磁流量計安裝示意(yi)圖

2.3.2 超聲波流量計

超聲波流量計按其安裝形式一般分為外(wai)夾(jia)式和(he)管段(duan)式、插入式，根據其檢測的方(fang)式，又可分為傳(chuan)播速度差法(fa)(fa)(fa)、多普(pu)勒法(fa)(fa)(fa)、波束(shu)偏移法(fa)(fa)(fa)、噪聲法(fa)(fa)(fa)及相(xiang)關法(fa)(fa)(fa)等不同類型的超聲波流量計。

其中(zhong)管(guan)道外夾式超聲流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)計(ji)可以不用斷開管(guan)路安裝(不像電磁流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)計(ji)那樣需要(yao)斷開管(guan)路安裝)，也不需要(yao)安裝旁通管(guan)路和閥(fa)門，測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)管(guan)路口(kou)徑(jing)可以達(da)到幾米，維護(hu)方便(bian)，可以對(dui)流(liu)(liu)體(ti)無任何影(ying)響(xiang)下來進(jin)行流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)，因(yin)此在污(wu)水(shui)處理(li)中(zhong)的大口(kou)徑(jing)的進(jin)出水(shui)管(guan)道流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)中(zhong)也得到較多的應(ying)用。

在設計(ji)(ji)應(ying)用超聲波流(liu)(liu)量(liang)計(ji)(ji)中尤其需要(yao)注(zhu)意選擇合適的(de)安(an)裝(zhuang)(zhuang)位置，所選安(an)裝(zhuang)(zhuang)管道(dao)圓度(du)好，內(nei)表面光(guang)滑且壁厚均勻，安(an)裝(zhuang)(zhuang)管段應(ying)避開干擾(rao)和渦(wo)流(liu)(liu)這兩種對測量(liang)精度(du)影響較大的(de)情況，避免安(an)裝(zhuang)(zhuang)在水泵、變頻器附(fu)近，即有強(qiang)磁場和震動干擾(rao)處(chu)安(an)裝(zhuang)(zhuang)儀表。同(tong)時也(ye)應(ying)該滿足相應(ying)的(de)直管段要(yao)求(上游(you)10倍管徑(jing)，下(xia)游(you)5倍管徑(jing))。

2.3.3 差壓式流量計

污水處(chu)理中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)曝(pu)(pu)氣(qi)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)一般選(xuan)用(yong)差壓式(shi)流(liu)(liu)(liu)量(liang)計，如威力(li)(li)巴(ba)(VERABAR)流(liu)(liu)(liu)量(liang)計，德爾塔巴(ba)(Deltaflow)流(liu)(liu)(liu)量(liang)計。這(zhe)兩(liang)種儀(yi)表都是(shi)插入(ru)式(shi)安裝，可(ke)在帶壓情(qing)況下(xia)拆卸維護(hu)檢查，不影響(xiang)風(feng)(feng)機和(he)(he)(he)壓縮(suo)機運行(xing)。在設計時需要注意(yi)，由于威力(li)(li)巴(ba)和(he)(he)(he)德爾塔巴(ba)流(liu)(liu)(liu)量(liang)計的(de)(de)(de)(de)(de)(de)差壓信號都比較小(約在幾(ji)個mmH2O到幾(ji)十個mmH2O之間)，必要時，在保(bao)證滿足前后直管段要求的(de)(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)況下(xia)，可(ke)采取(qu)漸縮(suo)管道的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)，提高流(liu)(liu)(liu)速，增大差壓信號。另外(wai)，選(xuan)擇適當的(de)(de)(de)(de)(de)(de)微差壓變送(song)器對準(zhun)(zhun)確的(de)(de)(de)(de)(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)也(ye)是(shi)十分必要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，建(jian)議選(xuan)用(yong)高精(jing)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(0.5%)微差壓變送(song)器。在進(jin)行(xing)氣(qi)體流(liu)(liu)(liu)量(liang)測(ce)(ce)量(liang)時，需要進(jin)行(xing)溫度(du)和(he)(he)(he)壓力(li)(li)補償。當工(gong)藝管道內溫度(du)和(he)(he)(he)壓力(li)(li)變化不大時，在滿足測(ce)(ce)量(liang)準(zhun)(zhun)確度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)況下(xia)，也(ye)可(ke)以采用(yong)固(gu)定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫度(du)、壓力(li)(li)值(zhi)進(jin)行(xing)補償。一個精(jing)度(du)高，穩定(ding)性好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)體流(liu)(liu)(liu)量(liang)測(ce)(ce)量(liang)系統，對鼓風(feng)(feng)曝(pu)(pu)氣(qi)系統節約電(dian)能，降(jiang)低運行(xing)成本(ben)，起作積(ji)極的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)。

2.3.4 明渠式超聲波流量計

明(ming)(ming)渠(qu)(qu)式超(chao)聲波流量計是(shi)一種(zhong)在污水處理廠(chang)應用很廣的流量計，適(shi)用于(yu)工藝流程中(zhong)進(jin)出水是(shi)明(ming)(ming)渠(qu)(qu)形式而非管道(dao)的場合。在污水廠(chang)中(zhong)常(chang)用的明(ming)(ming)渠(qu)(qu)巴歇兒(er)水槽(cao)(cao)、三角堰、梯(ti)形槽(cao)(cao)、矩(ju)形槽(cao)(cao)等(deng)。

選用明渠流量計，不僅對儀表的(de)(de)(de)精度、性能、穩定性高要求，同時對不同明渠具體堰槽(cao)的(de)(de)(de)制作精度要求也(ye)非常高。因為(wei)無論采用哪一種(zhong)堰槽(cao)，最終流量Q的(de)(de)(de)大小由水位(wei)的(de)(de)(de)高度h來確(que)定的(de)(de)(de)。其(qi)函數(shu)關系是Q=F(h)。

原標題:污水(shui)處理中自動化儀表設計與應(ying)用