CC BY
32
АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНЦИИ ПО ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД, СКОНСТРУИРОВАННОЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ БИОРЕАКТОРОВ
AUTOMATIZATION OF WASTEWATER TREATMENT PLANTS
WITH SBR
Я.С. Кисель Y.S. Kisel
ФГБОУ ВПО "МГСУ"
Ключевой целью проектирования станции по очистке сточных вод является получение воды, качество которой соответствует нормам, а также достижение максимально экономически и энерго выгодного плана эксплуатации. В статье описан комплекс систем, позволяющих автоматизировать станцию по очистке сточных вод с применением биореакторов и достигать высоких показателей очистки.
A key objective of designing stations for waste water treatment is to obtain a water quality that meets the standards and achieve the maximum economically beneficial energy and operational plan. The article presents a set of systems to automatization the station for waste water treatment using bioreactors and achieves high levels of purification.
Реакторы переменного действия, иначе биореакторы уже давно широко используются как альтернативная система биологической очистки сточных вод в Европейских городах с небольшим населением и относительно недавно начали точечно строиться в городах России. Сооружения, построенные по этому принципу, отличаются от традиционных сооружений проточного действия тем, что процесс биологической очистки происходит последовательно в одной единственной ёмкости. Биореактор представляет собой резервуар, оборудованный системой аэрации, мешалкой, насосом для удаления избыточного плавающего ила, декантером для слива очищенной воды и рядом измерительных приборов.
Задача автоматизации станции по очистке сточных вод, работающей по вышеописанной технологической схеме, сводится зачастую к созданию сети средств автоматики, связанных как физическими каналами, так и посредством систем сбора данных и оперативного диспетчерского управления. С помощью данного программного обеспечения осуществляется взаимосвязь между программируемыми контроллерами, датчиками нижнего уровня и диспетчером. Эта взаимосвязь построена на человеко-машинном интерфейсе, который в свою очередь систематизирует и отображает весь объём данных, получаемых с контролирующих и измеряющих электронных устройств.
Необходимость использования данной группы систем обусловлено большим объемом информации, поступающей от блока сбора данных, отражающей актуальное состояние динамично меняющихся в течении коротких временных промежутков процес-
Говоря о теме реакторов периодического действия, к датчикам нижнего уровня относят измерители расхода смеси, содержания pH сточных вод, количества кислоро-
6/2011
ВЕСТНИК _МГСУ
да, растворенного в сточных водах, датчики уровня жидкости в биореакторе, концентрации взвешенных частиц в котле, датчик контроля содержания кислорода в трубе декантера, датчики температуры и т.д.
Каждый из датчиков подключается к работе в том или ином процессе, будь то нитрификация, денитрификация, седиментация, декантация и т.д., либо несколько датчиков функционируют совместно. В это время производится их опрос и снятие показаний. Одновременно с этим на диспетчерской станции отображается процесс, протекающий в реакторе и показания подключенных в работу датчиков. Управление процессом очистки производится программируемым модулем, что позволяет оптимизировать процесс очистки с точки зрения энергозатрат и ресурса техники, в частности, обеспечивает последовательное автоматическое переключение установки между актуальными режимами, либо производит отключение при отсутствии притока сточных вод. При поступлении сточных вод в количестве, превышающем расчетное, система распределяет нагрузку наиболее рационально и эффективно между биореакторами. При этом на дисплее рабочей станции отображаются фазы очистки сточных вод, осуществляемые установкой в данный момент времени и какие агрегаты подключены к работе.
Представим схему взаимосвязи датчиков нижнего уровня, контроллеров и диспетчерской системой, и поймем, как происходит эта взаимосвязь:
Сбор данных о работе компонентов станции начинается в абонентском конечном блоке посредством датчиков нижнего уровня, которые производят замер требуемых параметрических единиц при том, или ином процессе происходящем в биореакторе. Датчики посылают сигнал группе первичных контроллеров, которые производят обработку, преобразование этого сигнала. Далее информация поставляется локальным про-
граммируемым логическим контроллерам, систематизирующим полученные данные, а также фиксирующие возникающие сбои и ошибки процессов. Пакеты сформированной информации отправляются на контрольно-аппаратный модуль диспетчерской, включающий серверную баз данных, где в режиме реального времени производится анализ и управление, а так же подключение и отключение отдельных модулей и агрегатов, участвующих в процессе. Данные форматируются таким способом, чтобы оператор диспетчерской, используя человеко-машинный интерфейс, мог принять конечное решение — корректировать или прервать режим функционирования считывающих средств. Вся информация фиксируется в специально ориентированных базах данных, связанных с СУБД, для построения трендов и другой аналитической обработки накопленных данных. Чаще всего используются три базы данных: «база данных реального времени», «база данных истории» и «база данных ошибок и тревог».
С помощью интерфейса взаимодействия сервера и рабочих станций в диспетчерской, а также электронных отчетов происходит информирование о состоянии системы и всей сети автоматики. Отчеты о состоянии составляются на основе уже готовых баз данных нормального состояния. Система сравнивает показатели температуры, количество взвешенных частиц, рН при нормальных условиях и текущие. Диспетчер в любой момент может произвести опрос сервера баз данных на наличие той или иной информации о состоянии процесса. Подобный запрос можно составить используя «язык структурированных запросов», применимый к используемой системе управления данными. В случае обнаружения сбоя питания, засора насоса, выхода из строя механической мешалки и т.д. диспетчер в реальном времени может направить команду о выводе из рабочего процесса того или иного элемента, либо подключить резервный на случай необходимости. Для этого он посылает запрос на контроллеры через сервер. Тем временем база данных ошибок и аварий обновляется, дополняясь новым событием. Преимуществом подобного типа программного обеспечения является возможность контроля за процессами удаленно посредством персональной интернет страницы, доступ к которой осуществим как с любой рабочей станции, персонального компьютера, либо мобильного телефона, при вводе регистрационных данных диспетчера.
Автоматизация водоочистных станций, построенных по данной технологии распространена в основном в европейских городах, где численность населения и уровень потребления водных ресурсов невелики. Зачастую это города, образованные вблизи пищевых заводов. Эффективность очистки посредством подобных станций очень высока, за счет полной автоматизации и относительно небольшого суточного объема обрабатываемой смеси. Стоит отметить высокий уровень экологической защиты и небольшие площади, занимаемые станциями, а также возможность регулирования производственных мощностей в целях построения энергоэффективного плана работы [1].
Успешный и обширный опыт применения систем автоматизированного управления в области вышеописанной технологии нашими европейскими коллегами доказывает, что экономическая и технологическая эффективность работы данной конструкции взаимодействия очень высока, ввиду достижения необходимых показатели желае-мости, таких как: безопасность, санитарный эффект, надежность, малоэнергоемкость, возможность эффективной утилизации отходов [2].
Однако на данный момент целесообразность применения станций с биореакторами в России можно поставить под сомнение в силу ряда факторов, среди которых можно отметить убыточность на уровне малых городов, связанную с не окупаемостью, а также технологическую неприемлемость к большим мегаполисам, ввиду относи-
6/2Q11 мвВЕСТНИК
тельно малого суточного объема пропускаемой смеси. Разработка правильного комплекса предложений в целях развития данной области является актуальной задачей, требуемой эффективного решения.
Подробное описание автоматизации станции по очистке сточных вод, построенной с применением реакторов переменного действия, будет представлено в следующей статье.
Литература:
1. Водоотведение и очистка сточных вод. С.В. Яковлев, Ю.В. Воронов - изд-во Ассоциация строительных вузов, 2002г.
2. http://www.wehrle-env.co.uk
Literature:
1. Waste water and sewage treatment. SV Yakovlev, Y. Ravens - publ Association for construction of universities, 2002.
2. http://www.wehrle-env.co.uk
Ключевые слова: биореактор, реактор переменного действия, контроллер, датчик, человеко-машинный интерфейс.
Keywords: bioreactor, sequential batch reactors, controller, sensor, human-machine interface.
Телефон: +79267119767 e-mail: kiselys@mgsu.ru
Рецензент: Чулков B.O., декан факультета ЭиПМ, зав. кафедрой ОПУС МАКХиС, д.т.н.,
профессор
