行業(yè)應(yīng)用
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行業(yè)特性
隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展與工業(yè)化程度增加，對(duì)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(guó)家對(duì)于水資源的保護(hù)日益重視，加大了對(duì)城市污水與工業(yè)污水的治理力度，對(duì)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(cè)污水處理的水質(zhì)、水量等都提出了更高的要求，這就對(duì)污水處理中的自動(dòng)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(cè)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(dòng)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(dòng)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(cè)儀表，熱工儀表大致都由測(cè)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(hào))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(cè)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(hào)需要自動(dòng)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(cè)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(hào)轉(zhuǎn)換為4～20mA信號(hào)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(cè)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(duì)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(huì)使用到壓力變送器。
圖例：CN421-A型壓力變送器
流量計(jì)
相對(duì)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(cè)量的流量參數(shù)。另外，為了對(duì)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(cè)量?jī)x表來提供必要的數(shù)據(jù)。在污水處理廠流量測(cè)量?jī)x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(cè)速式流量計(jì)，適用于具有導(dǎo)電性液體體積流量的測(cè)量。CN311型電磁流量計(jì)主要由變送器和轉(zhuǎn)換器組成。被測(cè)介質(zhì)的流量經(jīng)變送器變換成感應(yīng)電勢(shì)后，再經(jīng)轉(zhuǎn)換器把感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電流信號(hào)作為輸出，以便進(jìn)行遠(yuǎn)方指示記錄或作為控制信號(hào)。電磁流量計(jì)在測(cè)量通道內(nèi)無任何固定或可動(dòng)的節(jié)流部件，對(duì)流體無壓力損失，其輸出特性與被測(cè)液體的密度、黏度、流動(dòng)狀況無關(guān)，適用于測(cè)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(duì)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(cè)量。需要注意的是電磁流量計(jì)對(duì)于測(cè)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(cè)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(cè)量管路口徑可以達(dá)到幾米，維護(hù)方便，可以對(duì)流體無任何影響下來進(jìn)行流量測(cè)量，因此在污水處理中的大口徑的進(jìn)出水管道流量測(cè)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(duì)測(cè)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(chǎng)和震動(dòng)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(cè)量系統(tǒng)，對(duì)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(cè)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(cè)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(hào)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(hào)。另外，選擇適當(dāng)?shù)奈⒉顗鹤兯推鲗?duì)準(zhǔn)確的測(cè)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(cè)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(cè)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(duì)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(chǎng)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(duì)儀表的精度、性能、穩(wěn)定性高要求，同時(shí)對(duì)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(cè)儀表按照被測(cè)介質(zhì)分為液位檢測(cè)儀表和料位檢測(cè)儀表，污水處理中使用較多的是液位檢測(cè)儀表，工藝過程中會(huì)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(dòng)部分，可靠性高，安裝簡(jiǎn)單、方便，屬于非接觸測(cè)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(cè)量。CN211系列超聲波液位計(jì)的傳感器由一對(duì)發(fā)射、接收換能器組成。發(fā)射換能器面對(duì)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(cè)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(cè)量。但在實(shí)際應(yīng)用中它會(huì)受到各種因素如安裝位置、溫度、壓力、濕度以及被測(cè)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(cè)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(cè)量?jī)蓚€(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(cè)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(dòng)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(cè)量液位的。 CN213 系列傳感器采用美國(guó)進(jìn)口、具有國(guó)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(dòng)雙色磁板( 柱 )指示液位，可用于各種酸堿儲(chǔ)罐的介質(zhì)液位檢測(cè)。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(cè)量無盲區(qū)，顯示醒目，讀數(shù)直觀，且測(cè)量范圍大。特別是現(xiàn)場(chǎng)指示部分，由于不與液體介質(zhì)直接接觸，所以對(duì)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(cè)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(duì)污泥的回流量進(jìn)行精確的控制。讓操作人員對(duì)優(yōu)化污泥循環(huán)量、補(bǔ)償廢水的日常波動(dòng)、修正非正常狀態(tài)值、監(jiān)測(cè)預(yù)濃縮池內(nèi)的分離層做出實(shí)時(shí)的評(píng)價(jià)。
圖例：CN211-J型泥水界面儀
此外對(duì)于工藝不要求連續(xù)檢測(cè)而僅需報(bào)警或聯(lián)鎖設(shè)備動(dòng)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(cè)，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(cè)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(duì)工藝及設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行自動(dòng)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(dòng)化儀表測(cè)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(huì)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(cè)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(duì)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(hào)，來控制鼓風(fēng)機(jī)對(duì)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(cè)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(cè)量溶解氧，測(cè)量時(shí)不會(huì)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(jiǎn)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(duì)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(duì)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(cè)量溶液的酸堿度，插人待測(cè)溶液的測(cè)量電極與具有恒定電位的參比電極之間的電勢(shì)差與溶液pH值之間有固定的函數(shù)關(guān)系，由此通過測(cè)量電勢(shì)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(cè)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(cè)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(cè)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(shì)，不同的被測(cè)成份在該電位勢(shì)下產(chǎn)生不同的電流強(qiáng)度。儀表通過對(duì)電流信號(hào)的采集和分析計(jì)算出被測(cè)成份的濃度。余氯電極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)單，確保儀器長(zhǎng)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
