Ваш браузер устарел. Рекомендуем обновить его до последней версии.
Поля, помеченные символом *, обязательны для заполнения.
Конференция РАВВ 26-27 марта «Модернизация технологических процессов объектов водоподготовки и очистки сточных вод: выработка оптимальных решений»

КОНФЕРЕНЦИЯ РАВВ 26, 27 МАРТА

«Модернизация технологических процессов объектов  водоподготовки и очистки сточных вод:  выработка оптимальных решений»


г. Москва, Ленинский проспект дом 158, в отеле «Салют»

На мероприятии Российской Ассоциация Водоснабжения и Водоотведения со своим докладом «Проектирование систем управления на станциях очистки сточных вод на основе результатов математического моделирования» выступил главный технический специалист Эпов Андрей Николаевич ООО «Домкопстрой»:

Главный технический специалист Эпов Андрей Николаевич ООО «Домкопстрой»

 Главный технический специалист Эпов Андрей Николаевич ООО «Домкопстрой»

Скачать презентацию.pdf

ТЕЗИСЫ ДОКЛАДА

Проектирование системы управления для сооружений биологической очистки и обработки осадка является предметом разработки практически в каждом проекте станции.  Объем системы определяется совместно  проектировщиками-технологами, проектировщиками АСУ и специалистами Заказчика.  Практически эта задача решается каждый раз при проектировании конкретной станции по-разному.  Особенно это касается сооружений с совместным удалением азота и фосфора.  Анализ проектов показывает, что системы управления проектируются как с избыточной  сложностью, так и с недостаточной оснащенностью  для поддержания технологического процесса.

Для оптимизации систем АСУТП в последние годы стало возможным применять  совместное моделирование работы станции и системы управления. Это наиболее прогрессивный метод, который  позволяет проанализировать работоспособность и достаточность предлагаемых решений, определить расстановку датчиков с использованием имитационной модели, выбрать оптимальный вариант и установить алгоритм управления.  Применение математического моделирования совместной работы системы автоматизации и сооружений станции при реализации проектов позволяет  провести подробную разработку системы, уменьшает сроки пусконаладочных работ и повышает работоспособность системы АСУТП.

При разработке проекта станции не часто применяют совместное моделирование технологии очистки и систем автоматики. Особенно это касается сооружений средней и небольшой производительности. Однако, внедрение современных технологий очистки и обработки осадка происходит на многих сооружения очистки сточных вод как при новом строительстве, так и при реконструкции. 

Если в конце 90-х годов для проектирования сооружений с биологическим удалением азота и фосфора обязательно требовалось получить рекомендации от научной организации, то уже сейчас  проектирование таких сооружений проводиться многими проектными институтами и фирмами. Поскольку, удаление фосфора является один из наиболее сложных процессов с активным илом, то для  стабильной работы  сооружений биологической очистки требуется автоматическое поддержание рядов параметров.

Возможно ли определить состав системы АСУТП для современных станций очистки сточных вод и тем самым избежать ошибок уже на начальной стадии разработки проекта?

Накопленный опыт в применении методов расчета сооружений с использованием математического моделирования и анализ его результатов позволяет  определить состав и предпочтительные схемы управления  для процессов биологической очистки и обработки осадка. Рассмотрим основы систем управления на примере станции очистки сточных вод, включающей первичное отстаивание, биологическую очистку стоков с процессом UCT, доочистку на дисковых фильтрах, обработку осадка путем  сгущения активного ила и сбраживания смеси сгущённого ила и сырого осадка в  метантенках.

В таблице описаны  основные процессы, нуждающиеся в регулировании, основные методы управления ими, возможности оценки управления с помощью модели  и результат оценки.

Процесс

Технологическое  и экономическое значение

Варианты управления

Оценка с помощью модели

Результат оценки

Откачка осадка из первичных отстойников

Технологически влияет на вынос взвешенных веществ из отстойников и на влажность осадка поступающего на обработку.

Наибольшее значение имеет при дальнейшем сбраживании осадка.

1.Таймер

 

2.Уровень стояния осадка

 

3.Влажность откачиваемого осадка.

1. Можно оценить влияние неравномерности накопления взвешенных веществ на вынос взвешенных веществ и влажность откачиваемого осадка при заданном цикле откачки и определить оптимальный цикл.

 

2.Можно определять вынос взвешенных веществ и влажность при изменении уровня стояния в начале и в конце откачки. Определить оптимальные уровни в начале и конце удаления осадка

 

3.Определяется уровень стояния и вынос взвешенных веществ при различной заданной влажности откачки. Определить оптимальную влажность.

В случае если осадок не поступает на сбраживание, вполне удовлетворительные результаты дает метод таймерного регулирования. Колебания выноса взвешенных веществ не столь значительны, чтобы контролировать уровень осадка.

Для случая дальнейшего сбраживания, когда решающее значение имеет заданная влажность. Методы контроля по уровням стояния и влажности откачиваемого осадка практически равнозначны.

Рециркуляция в анаэробную зону

Имеет решающее технологическое значение для процесса биологического удаления фосфора.

Экономический эффект – снижение необходимой дозы реагентов.

Изменение коэффициента рециркуляции в анаэробную зону по концентрации азота нитратов или ОВП и контроль концентрации нитратов в процессе денитрификации

Определить допустимую массу азота нитратов, поступающую в анаэробную зону  и алгоритм управления  рециклом ила.

В отсутствии регулирования процесс удаления фосфора не устойчив и в ряде случаев вообще не происходит.

Выбор варианта регулирования зависит  от соотношения С/N/P.

При недостатке углерода следует контролировать как рецикл так и концентрацию нитратов в зоне денитрификации. При хороших соотношениях достаточно контролировать концентрацию азота в зоне денитрификации.

Рециркуляция денитрифика-ции.

Определяет концентрацию азота нитратов на выходе очистных сооружений и концентрацию азота в рецикле в анаэробную зону.

Контроль по концентрации азота нитратов путем изменения коэффициента рециркуляции по кинетически оптимальной концентрации азота нитратов (1 -2 мг/л в зависимости от коэффициента полунасыщения)

Контроль по концентрации азота нитратов путем изменения коэффициента рециркуляции по концентрации азота нитратов оптимальной для процесса дефосфатации.

Определить влияние выбранного контроля метода на конечные концентрации азота нитратов и фосфора.

Выбрать оптимальный метод и разработать предварительные алгоритмы управления.

В отсутствии регулирования существенно изменяется концентрация нитратов на выходе что может приводить к превышению расчетных значений. Процесс удаления фосфора существенно нарушается. Выбор варианта регулирования в  зависимости от соотношения С/N/P.

При недостатке углерода следует отдавать предпочтение контролю по концентрации оптимальной для процесса дефосфатации.

Рецикл ила из вторичных отстойников

Влияет на уровень стояния  ила во вторичных отстойниках и поступление азота нитратов в зону денитрификации.

1.Контроль с поддержанием постоянного коэффициента рециркуляции.

 

2.Контроль по уровню стояния ила во вторичных отстойниках

 

3.Контроль по концентрации нитратов в зоне денитрификации.

Определить оптимальный коэффициент рециркуляции или его диапазон и оценить изменение уровня стояния ила и выноса во вторичном отстойнике.

 

Определить алгоритм и границы управления коэффициентом рециркуляции.

В зависимости от дозы ила и нагрузки на вторичные отстойники. При низких дозах ила манне 2г/л отсутствие регулирования не сказывается на работе технологии.

Если доза ила более 3 г/л и нагрузка на вторичные отбойники более 1.5 м32 час то предпочтителен контроль уровня стояния ила. В других случаях оптимально поддерживать коэффициент рециркуляции.

Регулирование по азоту нитратов, как правило, не требуется, достаточно регулирования рецикла денитрификации.

Подача воздуха в аэробную зону.

Оказывает решающее влияние на концентрации аммонийного азота и азота нитритов при снижении концентрации растворенного кислорода.

Избыток подачи воздуха с увеличением концентрации приводит к значительному перерасходу энергии и преступлению кислорода в зону денитрификации.

1.Управление  расходом  воздуха по содержанию кислорода

 

2.Управление  расходом  воздуха по содержанию кислорода и расходу воздуха (двухконтурный контроль)

 

3.Управление  расходом  воздуха по концентрации кислорода, расходу воздуха и концентрации аммонийного азота.

Выбрать метод управления.

Определить оптимальную концентрацию кислорода, количество точек управления и размещение датчиков, алгоритм управления.

 

 

В отсутствии регулирования незначительное ухудшение денитрификации и значительный перерасход энергии.

Наиболее приемлема схема с двухконтурным (двухкаскадным) управлением с установкой одного датчика по кислороду в оптимальной точке.

Управление только по кислороду допустимо для отдельных зон аэротенка, в том случае  если оптимизация системы аэрации не позволяет осуществить управление  в одной точке.

Управление с участием датчика концентрации аммонийного азота требуется для технологий с низкими концентрациями кислорода при одновременной нитри-денитрификации.

Вывод избыточного ила

Влияет на возраст ила. Недостаточный возраст ила ведет к нарушению процессов нитрификации  - увеличению концентраций аммонийного азота и появлению нитритов.

Избыточный возраст снижает эффективность удаления фосфора,  так же уменьшается количество биогаза, которое может быть получено при сбраживании.

1.Вывод заданной порции активного ила по расходомеру.

 

2.Вывод ила с контролем постоянного возраста.

 

3.Вывод ила с контролем возраста в зависимости от  концентрации нитритов и аммонийного азота.

Выбрать оптимальный метод управления, определить оптимальный возраст ила и алгоритм управления.

В отсутствии регулирования нестабильное удаление фосфора, появление нитритов.

Основным методом регулирования для систем с биологическим удалением азота и фосфора должно являться поддержание постоянного возраста ила.

Вывод заданной порции ила по расходомеру приемлем для малых установок без биологического удаления фосфора.

Управление с переменным возрастом ила избыточно.  Процесс слишком медленный. Изменить «уставку» возраста способен технолог по показаниям текущих анализов.

Подача реагента перед фильтрами доочистки

Обеспечивает требуемые концентрации фосфора. Недостаточная подача реагента приводит к превышению по фосфору, избыточная подача к перерасходу реагента и превышению концентраций в очищенной воде по железу или алюминию.

1.Постоянная подача реагента.

 

2.Подача регента пропорционально расходу.

 

3.Подача реагента пропорционально массе удаляемого фосфора.

 

Оценить расход реагента и концентрации фосфора и металлов в очищенной воде.

Выбрать метод регулирования и алгоритм.

В отсутствии регулирования перерасход реагента и превышение по железу или алюминию. Так же в некоторых случаях периодическое превышение по взвешенным веществам.

Для обеспечения постоянных низких концентраций в очищенной воде наилучшим вариантом является дозирование пропорционально массе.

Дозирование пропорционально расходу возможно на малых сооружениях имеющих усреднители.

Подача ила на сгущение.

Влияет на влажность получаемую после сгустителя, что в свою очередь влияет на процесс сбраживания. Повышение влажности уменьшает время сбраживания, снижает выход газа и ухудшает обезвоживаемость сброженого осадка.

1.Включение/выключение регулируемого вручную насоса по датчикам уровня в резервуаре накопителе.

 

2.Включение/выключение по датчикам уровня в резервуаре накопителе насоса регулируемого по расходомеру

Оценить изменение концентрации избыточного ила поступающего на сгущение при регулировании возраста. Оценить влияние изменения влажности осадка на сбраживание.

 

 

 

 

При автоматизации  с поддержанием постоянного возраста ила в силу стабильности свойств осадка  в отсутствии регулирования при хорошей работе операторов технология будет работать стабильно. Для автоматизации процесса  достаточно контролировать работу насоса по датчикам уровня.  Настройка расхода изменяется технологом.

Подача флокулянта на сгущение

Оказывает влияние на влажность осадка и работу сгустителя

Включение/выключение насоса подачи флокулянта параллельно с насосом подачи осадка.

Поддержание постоянного соотношения расходов флокулянта и осадка.

Поддержание расчетной дозы флокулянта по концентрации и расходу подаваемого ила.

Оценить изменение концентрации избыточного ила при регулировании возраста. Оценить влияние изменения влажности осадка на сбраживание

При автоматизации  с поддержанием постоянного возраста ила в силу стабильности свойств осадка достаточно контролировать работу насоса параллельным включением.  Настройка дозы  изменяется технологом.

Подача осадка в метантенки

Влияет на время сбраживания и выход биогаза.

1.Включение/выключение регулируемого в ручную насоса по датчикам уровня в резервуаре накопителе

 

2.Включение/выключение по датчикам уровня в резервуаре накопителе насоса регулируемого по расходомеру.

Оценить влияние неравномерности подачи на процесс сбраживания.

В силу больших времен пребывания неравномерность подачи осадка в течении суток практически не оказывает влияния на процесс.

Достаточно включения выключения регулируемого вручную насоса по датчикам уровня в резервуаре накопителе.

 

Температурный режим в метантенке

Существенно влияет на процесс сбраживания.

1.Включение/выключение нагрева вручную или по времени с контролем температуры оператором.

 

2.Включение/выключение нагрева по датчикам температуры.

Оценить влияние неравномерности температуры в течении суток, допустимый диапазон колебаний и алгоритм регулирования.

Несмотря на то, что процесс нагревания и остывания медленный контроль температуры оператором с возможными отклонениями более 4С приводит к ухудшению процесса.

Предпочтителен автоматический контроль включением/выключением с диапазоном до 2 С.

Представленный пример показывает, каким образом на основе уже проведённого математического моделирования для ряда станций очистки можно разработать основные рекомендации по составу и методам управления современной станцией очистки сточных вод. Это позволяет избежать ошибок при разработке системы. Отсутствия необходимых  и установки неиспользуемых впоследствии приборов.  Из таблицы так же видны существенные преимущества  применения совместного моделирования при проектировании и  реализации систем автоматического управления. В этом случае разрабатываются не только алгоритмы управления, но и предварительно определяются коэффициенты, используемые в законах управления, что позволяет существенно сократить сроки пусконаладочных работ.

РАДЫ ОТВЕТИТЬ НА ВАШИ ВОПРОСЫ!

Эпов Андрей Николаевич

Тел.: +7 926 129 11 63