Результат интеллектуальной деятельности: Автоматизированная система очистки многокомпонентного промышленного стока

Изобретение относится к системам очистки промышленных стоков способом электрохимической обработки воды, а именно электрокоагуляцией специально приготовленной дисперсии, и может быть использовано для очистки технических промывных вод от органических соединений, неорганических твердых взвесей, солей тяжелых металлов на предприятиях машиностроительной отрасли, электронной, приборостроительной промышленности, а также на производствах, имеющих в своем составе гальванические цеха и участки.

Известно устройство, включающее последовательно соединенные приемную камеру, снабженную дозатором реагента, камеру для измерения рН с установленным над ней датчиком рН-метра, при этом эти камеры соединены между собой статическим смесителем, электрокоагулятор, снабженный электродами и лопастной мешалкой, отделенный от камеры измерения рН стенкой, выполненной переливной, фильтр-сгуститель непрерывного действия, соединенный с насосом высокого давления, и приемную емкость для влажного осадка (Пат. РФ №2051116, MПK⁸C02F 1/46, 2000 г.).

Недостаток устройства состоит в низком качестве очистки воды и неэффективности работы из-за отсутствия автоматического регулирования процесса очистки и концентрации очищенных стоков.

Известна установка для очистки сточных вод, включающая электрореактор, блок для коагуляции осадка, шлама, насос для обеспечения напорного режима движения оточных вод при доочистке от механических и коллоидных загрязнителей, страховочный сорбционный фильтр и блок для обезвоживания шлама в виде патронных фильтров, расположенных вертикально один над другим и снабженных средством для подачи в них сжатого газа под

давлением (Пат. РФ №2102112, МПК C02F 9/00 (1995.01), B01D 36/00 (1995.01), 1998 г.).

Недостаток данного устройства состоит в отсутствии регулирования параметров работы установки в зависимости от технических характеристик, поступающих на очистку стоков и ее большие габариты.

Наиболее близким устройством является устройство для очистки промышленных стоков, содержащее последовательно соединенные приемную камеру с установленным над ней дозатором реагента, статический смеситель, электрокоагулятор с электродами и лопастной мешалкой, датчики рН-метра, камеру с насосом высокого давления, фильтр-сгуститель непрерывного действия, приемную емкость для влажного осадка, пресс-фильтр, измерители концентраций примесей тяжелых металлов, насос для перекачки недоочищенной воды, резервуар-накопитель, насос для подачи воды на повторный цикл очистки, регулирующие клапана, микропроцессорные контроллеры, насос для перекачки недоочищенной воды, резервуар-накопитель, ультразвуковой расходомер на входном трубопроводе, корректор подачи реагента, сумматор, масштабирующие икорректирующие усилители, задатчик величины входного потока, блок сравнения потоков, частотные регуляторы и корректор скорости перемешивания лопастной мешалкой. (Пат. РФ №2653169, MПK⁸C02F 1/463, C05D 27/00 Бюл. №13, 2017 г.).

Недостаток устройства состоит в снижении эффективности его работы и качестве очистки промышленных стоков в результате установки фильтра-сгустителя непрерывного действия, отсутствия возможности его промывки, невозможности удаления образующегося осадка из электрокоагулятора и регулирования параметров работы установки.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение качества очистки промышленных стоков и эффективной работы устройства.

Поставленная задача достигается тем, что в автоматизированную систему очистки многокомпонентного промышленного стока, содержащую последовательно соединенные приемную камеру с установленным над ней

дозатором реагента, камеру для измерения рН с установленным над ней датчиком рН-метра, приемная камера и камера для измерения рН в нижней части соединены между собой статическим смесителем, последовательно соединенные ультразвуковой расходомер и датчик рН-метра на входном трубопроводе подачи стоков на очистку, регулятор дозатора, корректор подачи реагента, сумматор, первый, второй и третий масштабирующие усилители, первый и второй частотные регуляторы, блок сравнения потоков, задатчик величины входного потока, первый, второй, третий и четвертый корректирующие усилители, электрокоагулятор с электродами и лопастной мешалкой, отделенный от камеры измерения рН переливной смежной стенкой, камеру с насосом высокого давления, корректор скорости перемешивания лопастной мешалкой, фильтр-сгуститель непрерывного действия, приемную емкость для влажного осадка, пресс-фильтр, связанный с приемной емкостью для влажного осадка, измерители концентраций примесей тяжелых металлов, насос для перекачки недоочищенной воды, резервуар-накопитель, насос для подачи воды на повторный цикл очистки, выход измерителя концентраций примесей тяжелых металлов в воде после фильтра-сгустителя соединен с входом регулирующего клапана посредством первого микропроцессорного контроллера, выход измерителя концентраций примесей тяжелых металлов в воде после механического обезвоживания влажного осадка на пресс-фильтре соединен с входом другого регулирующего клапана посредством второго микропроцессорного контроллера, выходы регулирующих клапанов соединены с насосом для перекачки недоочищенной воды, который соединен с входом резервуара-накопителя и насосом для подачи воды на повторный цикл очистки, причем причем выход ультразвукового расходомера соединен с входами первого, второго и третьего корректирующих усилителей, выход датчика рН-метра на входном трубопроводе подачи стоков на очистку соединен с входом первого масштабирующего усилителя подачи реагента, первый вход блока сравнения потоков соединен с выходом задатчика величины входного потока, второй вход блока сравнения соединен с выходом первого корректирующего усилителя, выход блока сравнения потоков через первый частотный регулятор соединен с регулируемым приводом насоса для подачи воды на повторный цикл очистки, вход второго масштабирующего усилителя соединен с выходом измерителя концентраций примесей тяжелых металлов в воде после фильтра-сгустителя непрерывного действия, вход третьего масштабирующего усилителя соединен с выходом датчиком рН-метра установленным над камерой для измерения рН, выход первого, второго и третьего масштабирующих усилителей соединены с входами сумматора, выход сумматора соединен с первым входом корректора подачи реагента, второй вход которого соединен с выходом второго корректирующего усилителя, выход корректора подачи реагента через регулятор дозатора соединен с дозатором реагента, вход четвертого корректирующего усилителя соединен с выходом сумматора, выходы третьего и четвертого корректирующих усилителей соединены с входами корректора скорости перемешивания лопастной мешалкой, выход которого через второй частотный регулятор соединен с регулируемым приводом лопастной мешалки заменен фильтр-сгуститель непрерывного действия на напорный сорбционный фильтр и дополнительно введены клапан на трубопроводе подачи стоков на фильтрацию перед напорным сорбционным фильтром, датчик давления очищенной воды, установленный в трубопроводе после напорного сорбционного фильтра, датчик давления промывной воды, установленный в трубопроводе подачи промывной воды после промывки напорного сорбционного фильтра, масштабирующий усилитель, который передает сигнал таймер, выход которого соединен с пускателем привода насоса для подачи воды на промывку, с пускателем насоса высокого давления и с клапанами на трубопроводе подачи воды перед и после промывки напорного сорбционного фильтра, верхний и нижний датчики уровня осадка в электрокоагуляторе, которые передают сигнал на пускатель шламового насоса.

На Фиг. представлена схема предложенной автоматизированной системы очистки многокомпонентного промышленного стока.

Система очистки содержит приемную камеру 1 с установленным над ней дозатором реагента 2, в приемной камере установлен статический смеситель 3 поступающей воды с реагентом, за которым расположена камера 4 для измерения рН с установленным над ней датчиком 5 рН-метра. За ней расположена камера 6, разделенная с камерой 4 для измерения рН переливной стенкой 7. В камере 6 расположен электрокоагулятор 8 с электродами и лопастной мешалкой 9. Камера 6 сообщена через переливную смежную стенку 10 с камерой 11, при этом верхняя кромка переливной стенки 7 находится выше верхней кромки переливной смежной стенки 10.

В камере 11 расположен насос высокого давления 12 для подачи воды в напорный сорбционный фильтр 13, а под ним приемную емкость для влажного осадка 14, связанную с пресс-фильтром 17.

Выход измерителя концентраций примесей тяжелых металлов 15 связан с входом первого микропроцессорного контроллера 16, выход которого связан с входом регулирующего клапана 21, который в свою очередь связан с резервуаром-накопителем 23 с насосом 24 через насос 22.

Выход измерителя концентраций примесей тяжелых металлов 18 связан с входом второго микропроцессорного контроллера 19, выход которого связан с входом регулирующего клапана 20, который в свою очередь связан с резервуаром-накопителем 23 с насосом для подачи воды на повторный цикл очистки 24 через насос для перекачки недоочищенной воды 22.

Ультразвуковой расходомер 25 и датчик 26 рН-метра на входном трубопроводе подачи стоков на очистку последовательно соединены на трубопроводе подачи промышленных стоков в устройство.

Выход ультразвукового расходомера 25 соединен с входами первого 27, второго 28 и третьего 29 корректирующих усилителей, выход датчика 26 рН-метра на входном трубопроводе подачи стоков на очистку соединен с входом первого 30 масштабирующего усилителя подачи реагента.

Первый вход блока сравнения 31 потоков соединен с выходом задатчика 32 величины входного потока, второй вход блока сравнения 31 соединен с

выходом первого 27 корректирующего усилителя, выход блока сравнения 31 потоков через первый частотный регулятор 33 соединен с регулируемым приводом насоса для подачи воды на повторный цикл очистки 24.

Вход второго 34 масштабирующего усилителя соединен с выходом измерителя концентраций примесей тяжелых металлов 15, вход третьего 35 масштабирующего усилителя соединен с выходом датчиком рН-метра 5, установленным над камерой для измерения рН.

Выход первого 30, второго 34 и третьего 35 масштабирующих усилителей соединены с входами сумматора 36. Выход сумматора 36 соединен с первым входом корректора подачи реагента 37, второй вход которого соединен с выходом второго 28 корректирующего усилителя. Выход корректора подачи реагента 37 через регулятор 38 дозатора соединен с дозатором реагента 2.

Вход четвертого 39 корректирующего усилителя соединен с выходом сумматора 36. Выходы третьего 29 и четвертого 39 корректирующих усилителей соединены с входами корректора скорости перемешивания 40 лопастной мешалкой, выход которого через второй частотный регулятор 41 соединен с регулируемым приводом лопастной мешалки.

После напорного сорбционного фильтра установлен датчик давления очищенной воды 43, выход которого соединен с таймером 44. Выход таймера 44 соединен с пускателем 46 привода насоса для подачи воды на промывку 47, с клапанами 45 и 49 на трубопроводе подачи воды перед и после промывки напорного сорбционного фильтра, с пускателем 51 насоса высокого давления 12. Датчик давления 48 промывной воды, установленный в трубопроводе подачи промывной воды после промывки напорного сорбционного фильтра 13, соединен с масштабирующим усилителем 50, выход которого связан с таймером 44.

В электрокоагуляторе установлены верхний 52 и нижний 53 датчики уровня осадка, выход которых соединен пускателем 54 шламового насоса 55.

Система очистки работает следующим образом.

Промышленные стоки по подающему трубопроводу, на котором установлены ультразвуковой расходомер 25 и датчик 26 рН-метра на входном трубопроводе подачи стоков на очистку, подают в приемную камеру 1 и туда же поступает с помощью дозатора реагента 2 соответствующий реагент, который смешивают с протекающей водой в статическом смесителе 3, на выходе из которого расположена камера 4 для измерения рН с установленным над ней датчиком 5 рН-метра, измеряющим рН раствора.

Приготовленный таким образом раствор попадает в камеру 6, переливаясь через верхнюю кромку переливной стенки 7.

Лопастная мешалка 9 многократно прокачивает раствор в межэлектродном пространстве электрокоагулятора 8, где происходит образование хлопьев, содержащих загрязняющие вещества. По мере накопления осадка срабатывает расположенный на дне электрокоагулятора 8 верхний датчик 52 уровня осадка, который передает сигнал на пускатель 54 и запускает электродвигатель шламового насоса 55, посредством которого гальваношлам перекачивается в приемную емкость для влажного осадка 14 и далее транспортной лентой подается на пресс-фильтр 17. В результате удаления осадка срабатывает нижний датчик 53 уровня осадка, который передает сигнал на пускатель 54 и останавливает работу электродвигателя шламового насоса 55.

Образовавшаяся пульпа через верхнюю кромку переливной смежной стенки 10 попадает в камеру 11, откуда насосом высокого давления 12 она попадается в напорный сорбционный фильтр 13, где освобождается от взвеси и остаточных ионов тяжелых металлов.

По мере фильтрации через напорный сорбционный фильтр 13 происходит накопление в толще фильтрующего материала (особенно в его верхних слоях) загрязнений, задержанных в процессе фильтрования и, как следствие, снижение давления жидкости в трубопроводе, в результате чего срабатывает датчик давления 43, который передает сигнал на таймер 44. На основе полученного от датчика давления 43 сигнала запускается таймер 44, который одновременно передает сигналы на:

1. клапан 42 для перекрытия трубопровода и на пускатель 51, который останавливает электродвигатель насоса высокого давления 12;

2. клапан 45 для открытия трубопровода промывной воды и на пускатель 46, который запускает электродвигатель насоса подачи воды на промывку 47;

3. клапан 49 для открытия трубопровода подачи промывной воды после промывки напорного сорбционного фильтра 13 в резервуар-накопитель 23.

Процесс промывки осуществляется до тех пор, пока не сработает датчик давления 48, который передает сигнал на масштабирующий усилитель 50, далее на таймер 44 для его отключения. Одновременно сигнал от таймера 44 поступает на:

1. клапан 42 для открытия трубопровода и на пускатель 51, который запускает электродвигатель насоса высокого давления 12;

2. клапан 45 для закрытия трубопровода промывной воды и на пускатель 46, который отстанавливает электродвигатель насоса подачи воды на промывку 47;

3. клапан 49 для закрытия трубопровода подачи промывной воды после промывки напорного сорбционного фильтра 13 в резервуар-накопитель 23.

Обработанную воду после напорного сорбционного фильтра 13 контролируют измерителем концентрации примесей тяжелых металлов 15, далее подают сигнал на первый микропроцессорный контроллер 16, который сравнивает текущее содержание с заданным и в соответствии с отклонением формируют команду исполнительному механизму регулирующего клапана 21.

Воду после механического обезвоживания влажного осадка на пресс-фильтре 17 контролируют измерителем концентрации примесей тяжелых металлов 18, далее подают сигнал на второй микропроцессорный контроллер 19, который сравнивает текущие значения концентраций примесей тяжелых металлов с заданными значениями и в соответствии с отклонением формирует команду исполнительному механизму регулирующего клапана 20.

Воду, не соответствующую заданному качеству после напорного сорбционного фильтра 13 и пресс-фильтра 17, насосом для перекачки

недоочищенной воды 22 подают в резервуар-накопитель 23 и далее насосом для подачи воды на повторный цикл очистки 24 поступает на повторный цикл очистки.

Вода, качественный и количественный состав которой соответствует заданным значениям, повторно используется в технологическом процессе.

Для повышения эффективности работы в предлагаемом устройстве обеспечивается регулирование величины входного потока, количество подаваемого реагента и скорость многократного покачивания раствора в межэлектродном пространстве электрокоагулятора лопастной мешалкой.

Величину потока воды, поступающей на очистку, измеряют ультразвуковым расходомером 25. Для равномерной загрузки устройства информацию о текущем расходе снимают с ультразвукового расходомера 25, сравнивают на блоке сравнения 31 потоков с заданным значением, устанавливаемым задатчиком 32 величины входного потока, и величина рассогласования через первый частотный регулятор 33 на регулируемый привод насоса для подачи воды на повторный цикл очистки 24. В результате режим работы насоса для подачи воды на повторный цикл очистки 24 меняется и поступающий на очистку поток стабилизируют и фиксируют ультразвуковым расходомером 25.

Для регулирования подачи реагента на сумматор 36 через первый 30, второй 34 и третий 35 масштабирующие усилители подачи реагента поступают сигналы от датчика рН-метра на входном трубопроводе подачи стоков на очистку 26, датчика 5 рН-метра, установленным над камерой 4 для измерения рН, и измерителя концентраций примесей тяжелых металлов 15 соответственно. В результате на выходе сумматора 36 формируют сигнал, отражающий процесс очистки воды на всех этапах работы устройства.

На основе сигналов с сумматора 36 и второго 28 корректирующего усилителя, связанного с ультразвуковым расходомером 25 на выходе корректора подачи реагента 37 формируется сигнал управления количеством подаваемого реагента посредством регулятора 38 дозатора реагента 2.

В результате количество подаваемого реагента в каждый момент времени зависит от прохождения процесса очистки воды на всех этапах работы устройства и величины потока воды, поступающей на очистку, измеряемой ультразвуковым расходомером 25.

На основе сигналов, поступающих от сумматора 36 и ультразвукового расходомера 25 через третий 29 и четвертый 39 корректирующие усилители, на выходе корректора скорости перемешивания 40 формируют сигнал, который через второй частотный регулятор 41 регулирует скорость перемешивания лопастной мешалкой.

При реализации устройства применяются следующее оборудование и материалы.

Датчик рН-метра (рН electrode InLab Expert Pro-ISM, рассчитанный на действительно сложные условия эксплуатации.

Ультразвуковой расходомер Streamlux SLD-800F предназначен для непрерывного измерения расхода сильно загрязненных или многофазных

жидкостей; используют эффект изменения частоты звука, отражающегося от движущихся частиц.

Технические характеристики.

Измерения возможны на трубопроводах малых и больших диаметров, из практически любых материалов и при любом давлении. Прибор отлично функционирует в большинстве климатических зон нашей страны и имеет исполнение корпуса по классу защиты IP66.

Датчик давления воды типа PTL-16-A с диапазоном измерения относительного давления 0…16 бар, выходной сигнал 4…20 мА.

Корректоры, масштабирующие усилители, блоки сравнения построены на операционных усилителях К140УД20, представляющих собой сдвоенные операционные усилители с внутренней частотной коррекцией и защитой входа от короткого замыкания, так же реализуются программным путем на микропроцессорных контроллерах.

Микропроцессорные контроллеры построены на процессорах ATmega128, представляющих собой 8-разрядный AVR-микроконтроллер с внутрисистемно программируемой флэш-памятью емкостью 128 кбайт, производительностью до 16 млн. операций в секунду при тактовой частоте 16 МГц и энергонезависимой памятью программ и данных.

Таким образом, автоматизированная система очистки многокомпонентного промышленного стока обеспечивает повышение эффективности работы и качества очистки промышленных стоков посредством введения сорбционной доочистки, удаления гальваношлама на стадии его образования и регулирования параметров работы установки в зависимости от объема и химического состава стоков, поступающих на очистку.