Компания Partech Instruments из Сент-Остелла в Великобритании разработала систему управления с обратной связью с прямой подачей входных дозирующих систем для удаления фосфата, которая была успешно опробована на различных участках по всей Великобритании (Рисунок 1). Результаты испытаний показывают, что этот подход является надежным и экономически эффективным, и может помочь в достижении оптимальной производительности дозирующего насоса и значительной экономии химикатов.

Там, где это применимо, естественным удалением фосфата (путем естественного биологического или химического осаждения) является метод выбора. Тем не менее, в большинстве случаев это невозможно и становится необходимым для оператора работ прибегать к химическим веществам, причем наиболее часто используются хлорид железа и сульфат железа. Там, где эффективность железа значительно снижается, соль алюминия успешно применяется и работает нормально в сочетании с солями железа. Во всех случаях количество используемого химического вещества имеет решающее значение для выполнения работ, контроля затрат и соблюдения согласия на выбросы как для фосфата, так и для железа / алюминия.

Дозирование солей железа на начальном этапе работ требует определенного уровня управления насосом, чтобы гарантировать, что pH притока не станет слишком кислым, поскольку это оказывает вредное воздействие на процесс нитрификации. Исторически, скорость дозирования железа рассчитывали путем взятия серии проб в течение дня и анализа их для получения суточного профиля. Этот профиль был введен в систему дозирования таким образом, чтобы в использованные промежутки времени дозировался определенный объем железа, а затем он использовался для «контроля» дозы.

Система отбора проб Partech основана на анализе ортофосфата, в отличие от общего фосфора; химия ортофосфатов проста и быстра, а химия общего фосфора более сложна и может быть очень медленной. Железо непосредственно реагирует с растворимым фосфатом, который почти полностью находится в форме ортофосфата. Общий фосфор в значительной степени находится в связанной форме с твердыми веществами и поэтому естественным образом оседает вместе с обработанной растворимой формой фосфата. Чтобы провести анализ на общий фосфор, необходимо также проанализировать нефильтрованный образец, что при применении на входе было бы невозможным.

В измерительной системе используется анализатор MicroMac C, который включает в себя систему анализа контура потока (LFA). Очень гибкая технология LFA позволяет анализатору справляться с высоким уровнем фоновой мутности, связанной с неочищенными сточными водами. Анализатор использует химический метод, который прямо сопоставим с методом «Синей книги», используемым в лабораториях, что позволяет проводить прямое сравнение с любыми пробами, проанализированными в лаборатории. (Синяя книга опубликована Национальной Лабораторной службой Агентства по охране окружающей среды Великобритании. Ее Уставный комитет аналитиков дает авторитетное руководство по методам отбора проб и анализа для определения качества матриц окружающей среды.)

В ходе испытаний Partech уделял большое внимание разработке системы отбора проб, которая не требовала бы технического обслуживания и обеспечивала бы надежный отбор проб неочищенных сточных вод. Система отбора проб является важной частью системы контроля и требует оптически чистого образца для точного определения уровня ортофосфата, что достигается за счет использования технологии фильтрации для удаления твердых частиц из образца. Готовая конструкция справляется с низким расходом и низким уровнем пробы, зернистостью, рваными и турбулентными потоками (рис. 2). Помимо низких эксплуатационных расходов, простая конструкция помогает оператору чувствовать себя уверенно и сводит затраты к минимуму.

Преимущество определения уровня фосфата на входе заключается в том, что можно рассчитать мощность дозы соли железа или алюминия и управлять системой дозирующего насоса с использованием комбинированного потока и концентрации фосфата. Сгенерированный комбинированный выход позволяет оператору регулировать дозирующие насосы для конкретных условий, которые позволяют регулировать отношение P к Fe до тех пор, пока оно не будет оптимизировано. Эта оптимизация требует мониторинга конечного стока, чтобы убедиться, что уровни фосфатов находятся в пределах согласия Агентства по окружающей среде, и после того, как оптимизация была выполнена, нет необходимости дополнительно контролировать конечный поток. Хотя это и необязательно, здесь может использоваться анализатор, измеряющий общий фосфор для контроля согласия на выброс, так как ортофосфат измеряется на входе.

Используя управление прямой подачей, дозирующий насос реагирует на фактические изменения уровня фосфата и обеспечивает активный режим дозирования. Напротив, обычно используемый «суточный профиль» не может реагировать на изменения во впускном отверстии и может быть либо чрезмерным, либо недостаточным дозированием, оба из которых имеют финансовые последствия. Альтернативное управление с обратной связью может быть использовано на некоторых объектах, но имеет тенденцию предлагать плохой контроль из-за временной задержки между точками дозирования и измерения. Медленный процесс очистки сточных вод со временем пребывания в отстойниках и аэротенках в течение многих часов выигрывает от контроля подачи. Система измерений Partech делает это возможным, работая там, где нельзя применять альтернативные системы.

All of Partech’s chemical dosing systems follow the same basic pattern even though they can look very different. Each system has two chemical holding tanks that can be isolated to allow for maintenance. Chemical passes out of the holding tanks through a series of isolation valves to the inline filters. These filters remove debris from the chemical, which can reduce the pumping efficiency, or block up valves upstream of the pumps. These filters need regular cleaning, and are the most common cause of problems within the dosing system. If they become blocked the pump is not able to deliver the required dose rate. It is advisable to clean both filters prior to calibrating a pump.

Как только химическое вещество проходит через фильтры, оно проходит к одному из двух дозирующих насосов (режим работы / режим ожидания) для каждой точки дозирования. Некоторые участки имеют более одной точки дозирования, и в этом случае для каждой точки дозирования будут установлены индивидуальные системы дозирования.

После каждого насоса есть предохранительный клапан. Если после насосов имеется закупорка, а давление в системе достигает того, которое требуется для открытия этих клапанов, химическое вещество будет поступать либо обратно в накопительные баки (через линии перелива), либо в узел, в зависимости от типа системы. После этого выгрузка из обоих насосов присоединяется к общей линии, поэтому все последующие элементы являются общими для обоих насосов.

Следующим элементом на пути потока является демпфер пульсаций. Насосы толкают химическое вещество вперед импульсами, а демпфер сглаживает их, так что химическое вещество доставляется в точку дозирования постоянным потоком. Демпфер находится под давлением 10 бар. После демпфера пульсаций находится измеритель потока, который определяет, падает ли скорость потока химикатов ниже регулируемой уставки. Если это происходит, неисправен рабочий насос, включается резервный насос и подается аварийный сигнал. Если резервный насос не может обеспечить минимальную скорость потока, то этот насос также выходит из строя и выдается аварийный сигнал с более высоким приоритетом.

После датчика расхода находится манометр, который показывает давление в дозирующей системе и противодавление на насосах. Его можно использовать для определения причины проблемы, если система не работает должным образом, то есть, если загрузочный клапан, который является следующим элементом на пути потока, заблокирован, а химическое вещество проходит через предохранительные клапаны. В зависимости от участка давление, показанное на манометре, может не быть нулевым, когда насосы не работают из-за противодавления от загрузочного клапана. Датчик также используется для настройки загрузочного клапана.

Загрузочный клапан имеет две цели. Во-первых, прекратить откачку химикатов из резервуаров для хранения в точку дозирования. Во-вторых, необходимо обеспечить обратное давление на насосы, чтобы они доставляли дозу, необходимую для заданной скорости. Если давление, создаваемое загрузочным клапаном, изменяется, насосы должны быть откалиброваны.

После того, как химическое вещество прошло через загрузочный клапан, оно движется к точке дозирования через линию дозирования. Калибровочный бак используется для измерения количества дозируемых насосов и правильности настройки хода каждого насоса для требуемой мощности дозы. Промывочные клапаны — это точки на дозирующей системе, в которых можно подсоединить трубопроводы и использовать их для промывки питьевой воды (а не конечного сброса) для очистки любого химического вещества перед проведением работ по техническому обслуживанию. Обычно для каждой насосной установки предусмотрена одна кнопка аварийного останова. Это выйдет из строя обоих насосов.