污水处理选用污水流量计液位测量选型说明
摘 要：综述水污染现状及污水处理的液位测量方法, 各类污水流量计液位测量仪表之工作原理及优缺点。帮助污水处理企业正确选用适合自己的流量计仪表设备，提高测量准确率节省企业资金。
1 概述
随着我国社会经济的迅速增长, 人们也加速使用了自然界的各种资源, 尤其是水资源。滥用水资源造成了如今人均水资源逐年减少, 以及严重的水体污染, 制约了社会的可持续发展。因此, 污水处理系统具有巨大的社会效益。伴随自动化技术的飞速进步, 在污水处理系统中采用自动监控, 可调整设备和工艺参数, 加强系统的准确性和可靠性, 降低能耗, 减低人力劳动强度和成本, 具有很好的经济效益和社会效益。
1.1 水资源紧缺的成因
(1) 科技发展依托资源的过分掠夺, 污染排放过度, 全球总人口逐年不断增加, 导致的用水量过大, 都使水体污染日益严重, 现有的资源无以为继。
(2) 自然气候变化剧烈, 降雨的不平均, 造成若干地区长期干旱, 生产生活十分困难, 而有些地区则刚好相反, 汛期会遭遇洪涝灾害, 严重时会危及人民群众的财产生命安全。
(3) 城市化进程加快, 城市面积占地球总面积不足1%, 如此众多人口更多的集中在小范围的土地上, 使得本就稀缺的水资源, 在集中供应的过程中, 显得更加吃力[3]。
1.2 水体污染的分类
(1) 物理型污染, 较为典型的就是悬浮固体污染, 就是一些废物混入水中, 形成的悬浮在水中的污染。其次还有工厂为了循环冷却排放废水造成的热污染, 以及冶炼开采放射性物质造成的放射性污染等等。
(2) 化学型污染, 主要分为有机物污染和无机物污染两类。有机物污染就是耗氧分解的污染物, 它将水中富含的氧消耗掉, 使水体中的动植物无法继续生存。无机物污染主要是酸碱类污染和重金属污染, 造成身体机能的损害。还有些植物会产生过量的营养元素污染, 造成水域的富营养化。
(3) 生物型污染, 来源于城市污水, 生物制品的废水等。废水污水的微生物多数都是无害的, 但是也有对人体造成伤害的病原体[4]。如果产生病毒、致病性微生物, 会使水域成为病菌的载体, 发生多种传播性疾病。
1.3 污水处理工程
污水处理工程一般包含污水预处理系统、生化处理系统、污泥处理系统三部分。污水预处理系统主要由进水泵、粗细格栅、砂水分离器等构成;生化处理系统是污水处理的核心, 一般含沉淀、絮凝、厌氧、缺氧、好氧等工艺流程;污泥处理系统由污泥浓缩池、污泥脱水机等组成, 包括污泥匀质、浓缩、脱水、处置四道基本工序。
污水处理工程自控系统涉及液位 (差) 、流量、压力、温度、浓度 (含p H、溶解氧等) 、浊度等多种工艺参数的测量。其中液位测量占很大比重, 在各个工艺阶段几乎都有液位检测点。如预处理中的格栅系统, 通过格栅前后的液位差, 来显示格栅堵塞程度, 控制格栅运行, 既可保障正常过水, 又可合理减少设备的磨损。
污水处理中的测量介质包含水和溶液两种。溶液是指用于改善污水水质的溶液如:酸、碱等, 一般纯溶液于储罐中贮存, 混合溶液存于带搅拌器的混凝土池内。毋庸多言, 水作为污水处理的对象, 对其液位的检测数量是***多的。相对其它工艺流程, 污水处理工程的水位测量有它自身的特点:
(1) 测量介质一般是含泥沙、油污等多种无机、有机污染物的污水, 大多存于室外敞口池中;
(2) 生化处理系统使用气浮工艺的水面上多存在泡沫;
(3) 调节池、浓缩池等多设有搅拌器。
2 污水处理液位测量方法及优缺点
污水处理中很重要的一个环节就是污水池的液位控制。液位控制系统在工业生产中已得到大量应用, 尤其是在化工领域, 液位控制是***常见的控制方法之一。适合污水处理工程使用的液位仪类型众多, 有接触和非接触测量两类, 涉及包括差压式、浮力式、电学式、声学式等多种测量原理的液位计。本文以实际使用***普遍的投入式液位计、超声波液位计和雷达液位计为例, 结合原理, 总结实际工作中液位计选型、安装、使用和维护的经验。
2.1 投入式液位计
2.1.1 测量原理
基于所测液体静压与该液体高度成正比的原理, 采用多晶硅、陶瓷或电容压力传感器, 将静压转成电信号。一般由直接投入液体中的传感器、用于信号放大、校正、补偿、结果显示的变送器和连接电缆 (传感器与变送器连接) 三部分组成。
2.1.2 优缺点及注意事项
(1) 结构简单, 价格较便宜。
(2) 传感器直接投入被测液体内测量, 不受介质起泡影响。
(3) 由于传感器与变送器间为柔性连接, 仪表贮存及运输方便;安装方便。
(4) 水流冲击、摩擦振动 (尤其是与液位变化同方向的振动) 等因素会改变投入式传感器在液体中的位置, 进而影响测量值, 所以***好将液位计安装于水流相对平稳的地点。受现场条件制约, 无法避免时, ***好将传感器置于隔离管中安装或选择其它种类的液位计。
(5) 使用于水质过差的环境时, 传感器套孔易被污泥堵塞, 导致测量值失真, 需酌情定期清洗维护。为减少套孔被污泥堵塞的概率, 建议将其安装于离池底大于100 mm的位置, 并使用隔离管
(6) 使用寿命较短。使用一段时间后, 易出现零点或量程漂移, 现场校准有难度。
在水质相对较好的工艺流程中使用时, 寿命较长, 几乎免维护。可以使用在水质差的环境中, 但不适合池底淤泥层过厚的池内使用。加装隔离管后可应用于部分带搅拌器的调节池、浓缩池等。
2.2 超声波液位计
2.2.1 测量原理
利用回波测距原理的非接触式仪表。它是通过一个可以发射能量波 (一般为脉冲信号) 的装置发射能量波, 能量波遇到障碍物反射, 由一个接收装置接收反射信号。根据测量能量波运动过程的时间差来确定物位变化情况。由电子装置对能量波信号进行处理, ***终转化成与物位相关的电信号。利用超声波作为能量波的液位计即是超声波液位计。实现非接触液位测量, 适合于腐蚀性强、高黏度、密度不确定液体, 价格较电容式和静压式液位计贵。
2.2.2 优缺点及注意事项
(1) 具有工作可靠、精度高、使用周期长、免维护的特点, 并具有相对的价格优势。
(2) 在污水处理工程中, 多可选用一体式液位计, 安装简便。
(3) 回波反射产生的干扰回波和假回波, 可通过软件来排除, 但有效回波强度也同时被衰减。因此, 设计选型时, 要考虑衰减因素, 选择量程要留有一定的余量。
超声波液位计的安装主要是注意避免干扰:液位计探头安装位置避开进水口和加药口, 距离池壁要有一定距离, 且与池壁保持平行, 避免波束发射到池壁或其他物体上造成的干扰信号。当液面有水花波动或有大量泡沫状物质时, 可以考虑做一个辅助套管插入水中, 这要求套管内液面平稳且没有泡沫。对于密封的水池, 安装液位计前要预留孔洞, 注意直径尽量留大一些, 防止波束打在孔洞壁上产生干扰。另外, 超声波液位计一般有20 cm的测量盲区, 注意水池***高液位不能超过液位计的测量盲区, 更不能高出液位计探头, 防止液体浸泡探头内电子元件, 造成损坏。
超声波液位计在使用中要保持探头的清洁干燥。如果探头表面粘上杂物, 发射的波束会被杂物反射, 造成干扰;寒冷地区冬季注意保持探头的干燥, 否则探头结冰, 同样会产生虚假信号。现场出现的噪声、振动、潮湿等恶劣环境也会对液位计产生干扰, 在选型时应留有一定的功率余量, 以免出现测量响应慢、回波丢失、精度低等现场。
超声波液位计不能使用在测量工况变化剧烈或真空的场合, 但污水处理工程一般不存在上述情况, 这一优势使超声波液位计在污水处理工程中得以广泛应用。除了不能使用在有大量泡沫、液位波动剧烈的地方外, 几乎可在污水处理的各个工艺流程中广泛使用, 用于测量水池液位、液位差等。
2.3 雷达液位计
2.3.1 测量原理
雷达液位计也是利用回波测距原理的仪表。利用电磁波作为能量波的液位计即是雷达液位计。雷达液位计按结构可分为天线式和导波式。天线式通过天线发射和接收电磁波。导波式通过一根 (或两根) 从液位上方伸入、直达容器底的导波体传播脉冲波。导波体可以是金属硬杆或柔性金属缆绳。微波脉冲沿杆或缆的外侧向下传播, 在被测液面上被反射, 回波被天线接收, 由发射脉冲与回波脉冲的时间差即可计算出传播距离。
低频雷达具有较大的波束角和较长的波长, 使之在有液面扰动或搅拌的情况下能提供***好的回波曲线。但其较大的波束角制约了使用范围。为弥补这一缺陷, 在实际产品中, 低频雷达多与导波管结合。也就是说, 一般导波雷达液位计多使用低频雷达。
2.3.2 优缺点及注意事项
(1) 雷达液位计不受介质特性如压力、温度、真空度等影响, 测量精度较超声波液位计高, 可以使用在工况变化较大或有蒸汽等超声液位计不能正常工作的场合。
(2) 电磁波以光速传播, 测量更灵敏, 刷新速度更快。
(3) 污水处理工程液位测量所涉几乎全是湿性泡沫, 雷达液位计可代替超声波液位计在液面有泡沫的场合使用。
(4) 使用导波雷达, 可在带搅拌、液面扰动等复杂工况或安装空间有限的场合实现测量。导波雷达液位计安装在有搅拌器的液体中, 若液体流速过快, 建议将导波管末端固定, 以减少导波管受力。
(5) 部分产品配套有智能软件, 可实现不规则池底的液位测量。
(6) 雷达液位计比超声波液位计价格稍贵。
由于雷达液位计在有泡沫、带搅拌的测量场合具有优势, 它弥补了超声波液位计在上述方面的不足。可以说, 雷达液位计适合在污水处理的各个工艺流程中使用, 测量水池液位、液位差。
3 结束语
水资源恶化、水资源的短缺, 影响了环境, 制约了目前可持续发展的大好局面。液位仪表是污水处理工程不可缺少的重要仪表, 它种类繁多, 根据介质和现场条件的不同, 各类液位计各具优势, 形成一个多元化的局面。因此, 在液位计选型、安装时, 应从测量介质、安装位置、仪表精度、价格、使用寿命、维护成本等多方面综合考虑, 选取***合适的产品。既可安全可靠地实现污水处理中的各种工艺流程, 保证污水处理效果, 实现良好的环境效应;又可提高劳动效益, 节约能源和人力, 提高生产运行及管理水平。