СПОСОБ И СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССОВ В ПЕРВИЧНЫХ ОТСТОЙНИКАХ, ВТОРИЧНЫХ ОТСТОЙНИКАХ И/ИЛИ ОТСТОЙНИКАХ-ИЛОУПЛОТНИТЕЛЯX ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ ВОДООТВЕДЕНИЯ ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА
AUTOMATED PROCESS CONTROL METHOD AND SYSTEM IN PRIMARY SETTLING TANKS, SECONDARY SETTLING TANKS AND/OR SLUDGE CONSOLIDATION TANKS AT WASTE WATER TREATMENT PLANTS OF HOUSING AND UTILITIES INFRASTRUCTURE

Предлагаемое изобретение относится к отрасли жилищно-коммунального хозяйства и направлено на дальнейшее совершенствование технологии очистки канализационных стоков с целью гарантированного обеспечения необходимого качества сбрасываемой воды и повышения эффективности технологического процесса очистки.
Широко известны технологии измерения качественных и количественных характеристик различных сред, основанные на измерении электрофизических параметров: диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности. В частности, в патенте US 7624001, компании Canon КК, опубликованном 24.11.2009, описана технология контроля сточных вод, основанная на измерении диэлектрической проницаемости стока с дальнейшим анализом протекающих процессов в соответствии с математической моделью. Также, из патентной заявки JP 2002035791, компании Mitsui Eng., опубликованной 05.02.2002, известна технология контроля сточных вод, предусматривающая одновременный контроль нескольких параметров стока, включая диэлектрическую проницаемость и удельную электропроводность с дальнейшим использованием результатов измерений для контроля технологического процесса в отстойниках. В свою очередь, предлагаемое изобретение представляет собой дальнейшее совершенствование технологий контроля сточных вод, основанных на измерении электрофизических параметров - удельной электропроводности и диэлектрической проницаемости, и позволит предложить способ и систему для контроля отстойников сточных вод, которая даст возможность однозначного контроля процессов в отстойниках с прогнозированием их дальнейшего протекания.
Указанный технический результат достигается при использовании предложенных способа и системы автоматизированного контроля процессов в первичных отстойниках, вторичных отстойниках и/или отстойниках-илоуплотнителях очистных сооружений объектов водоотведения жилищно-коммунального хозяйства.
Способ автоматизированного контроля процессов в первичных отстойниках, вторичных отстойниках и/или отстойниках-илоуплотнителях очистных сооружений объектов водоотведения жилищно-коммунального хозяйства предусматривает непрерывное измерение диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности, а также температуры в точках контроля, распределенных по высоте отстойника и размещаемых на подвижном оборудовании, расположенном внутри отстойника, при перемещении подвижного оборудования. Измеренные значения диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности приводятся к температуре учета. Выполняют контроль динамики изменения измеренных значений диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности во времени и/или относительно базовой координаты конструкции отстойника. Далее, исходя из измеренных значений диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности, приведенных к температуре учета, выполняют итоговое прогнозирование общего уровня и/или свойств для осадка или ила в отстойнике с возможным выделением слоев и прогнозированием их уровня, а также итоговый расчет прогнозного значения влажности осадка или ила. В большинстве случаев измерения выполняют при движении эстакады илоскреба по всей окружности отстойника.
Прогнозирование свойств или уровня для осадка или же ила отстойников может быть выполнено исходя из следующих условий:
- по резкому увеличению значения диэлектрической проницаемости, а также скачкообразному росту значения удельной электропроводности определяют вхождение датчика в среду осадка первичного отстойника;
- по резкому уменьшению значения диэлектрической проницаемости, а также скачкообразному уменьшению значения удельной электропроводности определяют выход датчика из среды осадка первичного отстойника в водную среду;
- по длительному постепенному увеличению значений удельной электропроводности на всех уровнях отстойника определяют увеличение общей минерализации стоков, поступающих в первичный отстойник;
- по динамике изменений удельной электропроводности и диэлектрической проницаемости при перемещении подвижного оборудования выделяют зоны первичного отстойника с различными условиями осаждения осадка, преимущественно секторные зоны;
- по резкому уменьшению значения диэлектрической проницаемости, а также скачкообразному росту значения удельной электропроводности определяют вхождение датчика в среду вторичного отстойника и/или илоуплотнителя;
- по медленному увеличению диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности определяют уплотнение ила и увеличение его концентрации;
- по длительному постепенному увеличению удельной электропроводности определяют общую минерализацию стоков, поступающих во вторичный отстойник и/или илоуплотнитель;
- по повышенной дисперсности измерений по удельной электропроводности и диэлектрической проницаемости определяют перемещение датчика в более плотных и неравномерных иловых средах;
- по динамике изменений удельной электропроводности и диэлектрической проницаемости при перемещении подвижного оборудования выделяют зоны с различными уровнями осаждения ила, преимущественно секторные зоны.
Система автоматизированного контроля процессов в первичных отстойниках, вторичных отстойниках и/или отстойниках-илоуплотнителях очистных сооружений объектов водоотведения жилищно-коммунального хозяйства включает совокупность первичных преобразователей емкостного типа для измерения электрической емкости (диэлектрической проницаемости) и электрического сопротивления (удельной электропроводности), а также температуры, размещаемых на подвижном оборудовании, расположенном внутри отстойника. В большинстве случаев первичные преобразователи будут размещены на штанге, устанавливаемой на эстакаде илоскреба. С первичными преобразователями соединена совокупность вторичных преобразователей, подающих на первичные преобразователи сигналы воздействия заданных частоты и амплитуды и получающих ответные мгновенные значение напряжения и тока первичных преобразователей для последующей обработки. Также, предложенная система автоматизированного контроля включает программируемое устройство и/или автоматизированное рабочее место контроля, подключенное к вторичным преобразователям по проводному и/или беспроводному каналу связи. Программируемое устройство и/или автоматизированное рабочее место обеспечивает функции сбора, обработки и хранения информации, включая контроль динамики изменения измеренных значений диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности во времени и/или относительно конструкции отстойника, и формирование итогового прогноза уровня и/или свойств для осадка и/или ила. Программируемое устройство и/или автоматизированное рабочее место контроля может быть подключено к системе оперативного диспетчерского управления очистными сооружениями. В большинстве случаев программируемое устройство контроля размещено на штанге, устанавливаемой на эстакаде илоскреба в корпусе блока вторичных преобразователей.
Первичные преобразователи 1 емкостного типа обеспечивают измерение электрической емкости (диэлектрической проницаемости), электрического сопротивления (удельной электропроводности), а также температуры. Первичные преобразователи 1 размещаются в первичном отстойнике, вторичном отстойнике и илоуплотнителе очистного сооружения объекта водоотведения жилищно-коммунального хозяйства. Первичные преобразователи 1 располагаются на каком-либо подвижном оборудовании, расположенном внутри отстойника, в настоящее время таким подвижным оборудованием будет штанга 2, устанавливаемая на эстакаде вращающегося илоскреба 3. К первичным преобразователям 1 подключена совокупность (блок) вторичных преобразователей 4, которые обеспечивают подачу на первичные преобразователи 1 сигналов воздействия заданных частоты и амплитуды.
В ответ вторичные преобразователи 4 получают мгновенные значения напряжения и тока первичных преобразователей 1 для последующей регистрации и обработки. Блок вторичных преобразователей и регистрации 4 подключен к программируемому устройству и/или автоматизированному рабочему месту контроля 5. Для связи между блоком вторичных преобразователей 4 и программируемым устройством и/или автоматизированным рабочим местом контроля 5 может быть использован проводной или же беспроводной канал связи. В настоящее время программируемое устройство контроля 5 будет размещено на штанге, устанавливаемой на эстакаде илоскреба в корпусе блока вторичных преобразователей 4. В свою очередь, программируемое устройство и/или автоматизированное рабочее место контроля 5 может быть подключено к системе оперативного диспетчерского управления очистными сооружениями 6.
Программируемое устройство и/или автоматизированное рабочее место 5 обеспечивает функции сбора, обработки и хранения информации, включая контроль динамики изменения измеренных значений диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности во времени и/или относительно базовой координаты конструкции отстойника, и формирование итогового прогноза уровня и/или свойств для осадка и/или ила. Программируемое устройство и/или автоматизированное рабочее место контроля 5 представляют собой аппаратно-программный комплекс, конкретная архитектура которого выбирается исходя из характеристик очистного сооружения. При работе системы программируемое устройство и/или автоматизированное рабочее место контроля 5 для каждого из уровней контроля электрофизических параметров по массивам полученных данных рассчитывает значения электрического сопротивления и электрической емкости, которые далее пересчитываются в удельные показатели: удельную электропроводность и диэлектрическую проницаемость соответственно.
Далее рассчитанные значения удельной электропроводности и диэлектрической проницаемости приводятся к единым условиям по температуре. Программируемое устройство и/или автоматизированное рабочее место контроля 5 выполняет выделение событий резкого изменения во времени диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности среды на уровне каждого датчика, выделение участков динамического роста и снижения диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности, последующей автоматической интерпретации выявленных событий. Выполняется сводный анализ событий и определение прогнозного значения уровня осадка и/или ила по известным уровням расположения датчиков, выполняется выделение слоев в осадке и определение их уровней по известным уровням расположения датчиков.
В итоге, программируемое устройство и/или автоматизированное рабочее место контроля 5 выполняет расчет прогнозного значения влажности осадка по измеренным значениям диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности и установленным эмпирическим формулам, а также выполняет функции накопления и архивирования результатов контроля и при необходимости их визуализации.
Предложенный способ автоматизированного контроля процессов в отстойниках очистных сооружений осуществляется следующим образом.
На первичном отстойнике осуществляется осаждение взвешенных веществ и отделение всплывающих жировых загрязнений из поступающих стоков. Загрязнения, имеющие более высокую плотность, осаждаются на дно первичного отстойника и периодически откачиваются с целью дальнейшей утилизации. Очищенные от взвешенных веществ и жировых загрязнений стоки поступают в аэротенки на следующий технологический этап очистки. По измеряемому уровню и влажности осадка корректируется график откачки отстойников. Осадок может расслаиваться, образуя на различных уровнях плотные образования, которые при традиционных способах измерения могут существенно искажать результат. Количество и качественные характеристики поступающих стоков влияют на влажность осадка и степень очистки среды, поступающей на дальнейший этап очистки.
Во вторичном отстойнике осуществляется разделение иловой смеси, поступающей из аэротенков после биологической очистки, на активный ил и очищенную воду. Количество поступающей иловой смеси определяется количеством поступающих на очистные сооружения стоков. Концентрация ила определяется пропорцией количества стоков, поступающих в первичные отстойники, и количества активного ила, подаваемого в аэротенки. Поскольку количество активного ила является величиной условно постоянной, концентрация ила с ростом входного потока падает. При этом уменьшается также время пребывания иловой смеси в отстойнике и, как следствие, снижаются возможности его осаждения, снижается плотность ила в нижних слоях отстойника. Осаждаемый активный ил непрерывно отводится в приемный резервуар активного ила и далее насосами - на вход аэротенков, а частично как избыточный ил в илоуплотнители. Влажность ила в нижних уровнях отстойника, как правило, не ниже 99,5%. В настоящее время эксплуатационные режимы очистных сооружений зачастую вызывают рост илового индекса, характеризующего неспособность к оседанию. В свою очередь, это приводит к отсутствию резких границ между средами, большим динамическим колебаниям по уровню и концентрации ила и, как следствие, снижению эффективности и качества очистки.
Соответственно, требуется регулирование работы отстойников исходя из описанной выше модели работы очистных сооружений, при котором выполняют непрерывное измерение диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности, а также температуры в точках контроля, распределенных по высоте отстойника и размещаемых на подвижном оборудовании, расположенном внутри отстойника при перемещении подвижного оборудования. В настоящее время измерения будут проводится при движении эстакады илоскреба по всей окружности отстойника. Измеренные значения диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности приводятся к температуре учета. Выполняют контроль динамики изменения измеренных значений диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности во времени и/или относительно конструкции отстойника. Далее, исходя из измеренных значений диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности, приведенных к температуре учета, выполняют итоговое прогнозирование уровня и/или свойств для осадка и/или ила в отстойнике с возможным выделением слоев и прогнозированием их уровня, а также итоговый расчет прогнозного значения влажности.
Прогнозирование свойств или уровня для осадка или же ила отстойников может быть выполнено исходя из следующих условий:
- по резкому увеличению значения диэлектрической проницаемости, а также скачкообразному росту значения удельной электропроводности определяют вхождение датчика в среду осадка первичного отстойника;
- по резкому уменьшению значения диэлектрической проницаемости, а также скачкообразному уменьшению значения удельной электропроводности определяют выход датчика из среды осадка первичного отстойника в водную среду;
- по длительному постепенному увеличению значений удельной электропроводности на всех уровнях отстойника определяют увеличение общей минерализации стоков, поступающих в первичный отстойник;
- по динамике изменений удельной электропроводности и диэлектрической проницаемости при перемещении подвижного оборудования (обороту илоскреба) выделяют зоны первичного отстойника с различными условиями осаждения осадка, преимущественно секторные зоны;
- по резкому уменьшению значения диэлектрической проницаемости, а также скачкообразному росту значения удельной электропроводности определяют вхождение датчика в среду вторичного отстойника и/или илоуплотнителя;
- по медленному увеличению диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности определяют уплотнение ила и увеличение его концентрации;
- по длительному постепенному увеличению удельной электропроводности определяют общую минерализацию стоков, поступающих во вторичный отстойник и/или илоуплотнитель;
- по повышенной дисперсности измерений по удельной электропроводности и диэлектрической проницаемости определяют перемещение датчика в более плотных и неравномерных иловых средах;
- по динамике изменений удельной электропроводности и диэлектрической проницаемости при перемещении подвижного оборудования (обороту илоскреба) выделяют зоны с различными уровнями осаждения ила, преимущественно секторные зоны.
Таким образом, предложены способ и система автоматизированного контроля процессов в первичных отстойниках, вторичных отстойниках и/или отстойниках-илоуплотнителях очистных сооружений объектов водоотведения жилищно-коммунального хозяйства, которые обеспечат достоверный и бесперебойный контроль технологического процесса в отстойниках.