Строительство и архитектура/ 7. Водоснабжение и канализация

К.т.н. Чудновский С.М., Кузнецова Н.А.

Вологодский государственный технический университет, Россия

Разработка системы гибкого управления процессами очистки воды на контактных осветлителях

Для подготовки питьевой воды, добываемой из поверхностных источников, применяют процессы коагуляции. Эффективность этих процессов зависит от надежности контроля и технологии управления этими процессами. Большинство применяемых технологических схем водоподготовки являются громоздкими, сложными и практически неуправляемыми, отсутствует возможность следить за ходом процесса коагуляции и осаждения коагулированной взвеси в режиме реального времени, а, следовательно, невозможно обеспечить оперативное управление процессами коагуляции. В результате, себестоимость очищенной воды высокая, а качество воды низкое, в очищенной воде содержатся повышенные концентрации остаточных реагентов, что, естественно, неблагоприятно сказывается на здоровье населения.

Таким образом, чтобы избежать негативных последствий, требуется создание новых недорогих технологических схем водоподготовки, основанных на использовании эффективных систем контроля и управления процессами очистки природных вод.

Ранее, для повышения надежности и эффективности очистки маломутных цветных вод воды на одной из традиционных технологических схем, содержащих контактные осветлители, при финансовой поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе «У.М.Н.И.К.» (Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса), мы разработали принципиально новую систему гибкого автоматического управления процессами контактной коагуляции воды [1].

Данная работа посвящена вопросам усовершенствования и упрощения технологической схемы подготовки питьевой воды в контактных осветлителях на основе принципиально новой системы гибкого управления, позволяющей автоматически управлять процессами коагуляции воды в контактных осветлителях в режиме реального времени. Реализация предлагаемой системы позволит обеспечить гарантированное качество воды на выходе из водоочистных сооружений, минимизировать влияние остаточных реагентов на здоровье потребителей, значительно сократить эксплуатационные затраты и, как следствие, уменьшить себестоимость очищенной воды.

Окончательный вариант предлагаемой системы мы представляем следующим образом:

Контроль и управление первой стадией процесса коагуляции, в результате которого после введения в исходную воду расчетной дозы коагулянта происходит снижение агрегативной устойчивости взвеси, будет осуществляться по способу [2]. Этот способ основан на экспресс - контроле электрофоретических скоростей движения частиц взвеси в исходной воде перед смесителем и после него. На основании этих измерений обеспечивается гибкое непрерывное регулирование доз коагулянтов и флокулянтов.

Для контроля и управления второй стадией процесса коагуляции (процесс образования хлопьев в стесненных условиях фильтрующей загрузки) наиболее целесообразным является второй вариант, при котором устанавливается зависимость между разностью величин оптимальной дозы коагулянта и остаточного алюминия в очищенной воде с одной стороны и цветностью воды после очистки с другой. Таким образом, после определения оптимальной дозы коагулянта, планируется контролировать ход процесса коагуляции в стесненных условиях фильтрующей загрузки по изменению величины остаточного алюминия в воде, двигающейся (фильтрующейся) через эту загрузку. На основании, такого контроля в режиме реального времени имеется возможность управлять скоростью процесса фильтрования, обеспечивая, оптимальный режим на второй стадии процесса коагуляции воды.

Мы разработали устройство для осуществления данной технологии гибкого управления процессами контактной коагуляции. Схема предлагаемого устройства представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема устройства

Устройство содержит трубопровод подачи исходной воды 1 с расположенными на ней электрифицированной задвижкой 2, датчиками мутности 3, цветности 4, щелочности 5 и электрофоретической скорости 6, смеситель 7, трубу подачи очищаемой воды 8 с расположенными на ней датчиками коагулянта 9, электрофоретической скорости 10 и электрифицированной задвижкой 11, трубопровод подачи промывной воды 12 с электрифицированной задвижкой 13. Устройство также содержит контактный осветлитель 14, который состоит из нижнего кармана 15, поддерживающего слоя 16, внутри которого расположена распределительная система из перфорированных труб 17, фильтрующего слоя 18, к которому подсоединены датчики остаточного коагулянта 19 и 20, расположенные в двух уровнях, переливной желоб 21, к которому подсоединен седиментометр 22 и верхний карман 23 , соединенный с трубопроводом отвода очищенной воды 24, на котором расположены электрифицированная задвижка 25, датчик мутности 26 и датчик цветности 27. Кроме того, верхний карман 23 соединен с трубопроводом отвода промывной воды 28, на котором расположена электрифицированная задвижка 29. В состав устройства входят также дозатор коагулянта 30 и блок автоматического управления 31, соединенный проводниками со всеми датчиками, электрифицированными задвижками и дозатором коагулянта.

В настоящее время мы занимаемся разработкой аналогичной системы гибкого управления процессами очистки воды для технологических схем с предварительной напорной флотацией и контактными осветлителями [3] (рисунок 2).

Рисунок 2 - Технологическая схема сооружений осветления и обесцвечивания воды с использованием предварительной напорной флотации

Как показал опыт эксплуатации этой технологической схемы в реальных условиях, она является наиболее эффективной для очистки маломутных цветных вод. Основным ее недостатком, характерным также в отношении других технологических схем, является отсутствие возможности осуществлять оперативное управление технологическим процессом в режиме реального времени. Для этого варианта разработаны схемы и алгоритмы гибкого управления процессами коагуляции воды во флотационной системе и контактных осветлителях, составлена техническая документация, необходимая для внедрения. Завершается подготовка второй заявки на изобретение.

Литература:

1. Заявка на изобретение RU 2011116742 Способ регулирования процессов очистки воды в контактных осветлителях и устройство для его осуществления/ С.М.Чудновский, Н.А.Кузнецова. Решение Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам от 23.07.2012 о выдаче патента на изобретение.

2. Патент RU 2415814 Способ регулирования процесса коагуляции воды/ Чудновский С.М., Жирихина Е.Ф., Жаравина Н.Г. Заявка № 2009134999/05. – Заявл.18.09.2009. Опубл. 10.04.2011. Бюл. №10).

3. Патент RU 2142419 Российская федерация, Способ очистки маломутных цветных вод./ Чудновский С.М., Миронова Н.Л.; заявитель и патентообладатель Вологодский гос. тех. ун-т.; опубл. 10.12.1999. – М., ФИПС,-6 с.