0 引言
污水處理(lǐ)工程一般包含(han)污水預處理系(xì)統、生化處理💞系(xì)統、污📧泥處理系(xi)統三部分。污水(shui)預處理系統主(zhǔ)要由進水泵、粗(cu)細格栅、砂水分(fèn)離器等構成;生(sheng)化處理系統是(shì)污水🏃處理的核(hé)心,一🔅般含沉澱(diàn)、絮凝、厭氧、缺氧(yǎng)、好氧❄️等工藝流(liu)程;污泥處理系(xì)統由㊙️污泥濃縮(suō)⛱️池、污泥脫水機(jī)等組成,包括污(wū)泥勻質、濃縮、脫(tuo)水、處置四道基(ji)本😍工序。
污水處(chu)理工程涉及液(ye)位(差)、流量、壓力(li)、溫度、濃度(含PH、溶(rong)解氧等)、濁度等(děng)多種工藝參數(shu)的測量。其中液(ye)位測量占很大(da)比重,在各個工(gōng)藝階段幾乎都(dou)有液位檢測點(diǎn)。測量介質包含(han)水和溶液兩種(zhong)✂️。溶液是指用于(yu)改善污水水質(zhi)的🎯溶液如:酸、堿(jian)等,一般純溶液(ye)于儲罐中貯存(cún),混合溶液存于(yu)帶攪拌器的混(hun)凝土池内。毋庸(yong)多言,水作爲污(wū)水處理👅的對象(xiang),對其液位的㊙️檢(jian)測數量是最多(duō)⛱️的。相對🐇其它工(gong)藝流程,污水處(chu)理工程的水位(wèi)測量有它自身(shēn)的特點:
1)測量介(jiè)質一般是含泥(ní)沙、油污等多種(zhong)無機、有機污染(rǎn)物的污水🏃🏻,大多(duo)存于室外敞口(kou)池中;
2)生化處理(li)系統使用氣浮(fu)工藝的水面上(shàng)多存在泡沫;
3)調(diào)節池、濃縮池等(deng)多設有攪拌器(qi)。相對于其它種(zhǒng)類的測量儀表(biǎo),适合污水處理(lǐ)工程使用的液(yè)位儀類型衆多(duo)。有接觸和非接(jie)觸測量兩類,涉(shè)及包括差壓👨❤️👨式(shì)、浮力式、電學式(shì)、聲學式等多種(zhǒng)測量原理的液(yè)位計。這對儀表(biao)的選擇提供了(le)很大空間,同🔴時(shi)也帶來了合理(li)選型🔞的難度。本(běn)文以實際使用(yòng)普遍,數量多的(de)磁翻闆液位計(jì)、投入式液位計(ji)、超聲波液位計(jì)和雷達液位計(ji)爲例,結合原理(lǐ),總結實際工作(zuò)中液位計選型(xíng)、安裝、使用和維(wéi)護的經驗。
1 磁翻(fan)闆液位計
1.1 測量(liàng)原理
磁翻闆液(yè)位計主要基于(yu)浮力和磁力原(yuán)理。帶有磁體的(de)浮子(簡稱磁性(xing)浮子)在被測介(jie)質中的位置受(shou)浮力作用影響(xiang)。液位❓的變化導(dǎo)緻磁性浮子位(wei)置的變化、磁性(xing)浮子和磁翻柱(zhù)(也成爲磁翻🧡闆(pan))的靜🆚磁力耦合(hé)作用導緻磁翻(fān)柱翻轉一定角(jiǎo)度(磁翻柱表面(mian)塗敷不同的顔(yá)色),進而反映容(róng)器内液位的情(qing)況。
1.2優缺點及注(zhu)意事項
1)顯示清(qīng)晰、讀數直觀,方(fang)便現場監控。
2)一(yī)般選用帶遠傳(chuan)功能的磁翻闆(pan)液位計,不需多(duō)組🍓液位計組合(hé),即可同時實現(xian)現場和操作室(shì)監控,設備開孔(kǒng)少。
3)測量介質髒污(wū)時,易堵。根據介(jie)質情況,應定期(qi)清洗主導管,清(qing)除管内沉積雜(zá)質。建議配套排(pái)污閥方便檢修(xiū)💰。若測❄️量介🈲質含(han)腐蝕性時,須選(xuǎn)用耐腐蝕的産(chǎn)🌈品。
4)如圖1示,通常(cháng)情況下,工藝與(yǔ)儀表專業的設(she)計、維護以法蘭(lán)爲界,因此,須注(zhù)意液位計法蘭(lan)與工藝接管法(fǎ)蘭配對。另外👨❤️👨,液(ye)位計根✂️部閥V1、V2屬(shǔ)工藝選型或由(yóu)儲罐配套。爲保(bao)證液位計檢修(xiū)時,不影響生産(chan),V1、V2必須選用優質(zhi)産品,故在儲罐(guàn)設計或采購時(shí),儀表專業須向(xiang)工藝專業提出(chu)要求。
1.3使用位置(zhì)
在污水處理工(gōng)程中多選用側(cè)裝式的磁翻闆(pǎn)液位計,常用于(yu)需現場和操作(zuo)室兩地監控的(de)位置,如酸罐、堿(jian)罐、部分藥罐液(ye)位檢測。
2投入式(shì)液位計
2.1測量原(yuan)理
基于所測液(ye)體靜壓與該液(yè)體高度成正比(bǐ)的原理,采用多(duō)晶矽、陶瓷或電(dian)容壓力傳感器(qi),将靜壓轉成電(diàn)信号。一般由直(zhí)接投入液體中(zhong)的傳感器、用于(yú)信号放大、校正(zhèng)、補🔞償、結果顯示(shi)的變送器和導(dǎo)氣或連接電纜(lǎn)(傳🌈感器與變送(sòng)器連接)三部分(fen)組成。
2.2優缺點及(jí)注意事項
1)結構(gou)簡單,價格較便(biàn)宜。
2)傳感器直接(jie)投入被測液體(tǐ)内測量,因此不(bu)受介質起泡影(yǐng)響。
3)由于傳感器(qi)與變送器間爲(wèi)柔性連接,儀表(biǎo)貯存及運輸方(fang)便🤩,尤其在大量(liang)程的液位測量(liàng)中,其優勢更突(tu)出。安裝⛱️方便,隻(zhī)須将傳感器直(zhí)接投入被測液(ye)體,即可實❓現測(cè)量。
4)水流沖擊、摩(mó)擦振動(尤其是(shì)與液位變化同(tóng)方向的振動)等(deng)因☂️素♊會改變投(tóu)入式傳感器在(zài)液體中的位⛹🏻♀️置(zhi),進🎯而影✏️響測量(liang)值,所以最好将(jiang)液位計安裝于(yu)水💔流相對平穩(wen)的地點。受現場(chǎng)條🥰件制約,無法(fa)避免時,最好将(jiāng)傳感器置于🔞隔(gé)離管中安裝或(huò)選擇其它種類(lei)的液位計。圖2爲(wèi)加裝隔離管的(de)投入式液位計(ji)在某調節池中(zhōng)的應用示例,使(shǐ)用隔離管避免(mian)了因攪拌㊙️器工(gōng)作引起的水流(liú)沖擊,保證了測(ce)量的正确率。
5)使(shǐ)用于水質過差(chà)的環境時,傳感(gǎn)器套孔易被污(wu)泥堵塞💃🏻,導緻測(ce)量值失真,需酌(zhuó)情定期清洗維(wéi)護。爲減⁉️少套孔(kǒng)被污泥✏️堵塞的(de)概率,建議将其(qí)安裝于離池底(di)大于100mm的位置😍,并(bìng)使用隔離管。
6)使(shǐ)用壽命較短。使(shi)用一段時間後(hou),易出現零點或(huò)量程漂移,現場(chang)校準有難度。
2.3使(shi)用位置
雖然投(tou)入式液位計存(cún)在使用壽命較(jiao)短,傳感器易堵(dǔ)🔴等缺🧑🏾🤝🧑🏼點,但由于(yú)它在價格和安(an)裝維護方面的(de)優點,尤其是💘價(jia)格方面,一般僅(jin)千元左右,相對(duì)于後文提到的(de)超聲波、雷達液(yè)🚶♀️位計一般需萬(wàn)元左右,有較大(dà)優勢,目前仍是(shì)污水處理工程(chéng)測量敞口容器(qi)液位使用較多(duo)的液位計之一(yī)。
在上清液集水(shui)池、清水池、濾池(chi)等水質相對較(jiao)好的工藝流程(cheng)中使用時,壽命(ming)較長,幾乎免維(wei)護。可以使用在(zài)☂️水質差的環境(jìng)🏃♀️中,但不适合池(chi)底淤泥層過厚(hòu)的池内使用。加(jia)❓裝隔離管後可(kě)應用于部分帶(dài)攪拌😘器的調節(jie)👄池、濃縮池等。
3超(chāo)聲波液位計
3.1測(cè)量原理
超聲波(bō)液位計是利用(yong)回波測距原理(li)的非接觸式儀(yi)表。回波測距原(yuán)理又稱行程時(shí)間或傳播時間(jian)(TOF,Time ofFlight)測量原理。它是(shi)通過一個可以(yi)發射能量波(一(yī)般爲脈沖信号(hao))的裝置🌐發射能(neng)⁉️量波,能🤟量波遇(yu)到障礙物反射(shè),由一個接收裝(zhuāng)置接收反射信(xin)号。根據測量🌈能(néng)量波運動過程(chéng)的🌏時間差來确(què)定物位變化情(qíng)況。由電子裝置(zhi)對能量🤟波信号(hao)進行處理,最終(zhong)轉化成💜與物位(wèi)相關的電信号(hao)。利用超‼️聲波作(zuo)爲能量波的液(yè)位計即是超聲(sheng)波🔅液位計。其測(ce)量原理🤟如圖3示(shi)。液位高度計算(suàn)公式如下:
其中(zhōng),C爲超聲波在空(kong)氣中的傳播速(sù)度;t爲超聲波由(yóu)液位計到水面(mian)往返一次的時(shí)間。由公式可見(jiàn),液位高度📱受超(chao)聲波傳播🏃🏻♂️速度(dù)的影響。而超聲(sheng)波是利用🐕氣體(tǐ)(絕🐪大多數情況(kuàng)下👄是空氣)作爲(wei)傳🌈播介質,空氣(qi)的壓力(真空度(dù))、溫度、濕度、氣流(liú)等變化會改變(biàn)超聲波傳播速(sù)度。例如,超聲波(bō)速度與溫度的(de)近似公式🧑🏾🤝🧑🏼爲:
C= C0+ 0.607× T
式(shì)中,C0爲零度時的(de)聲波速度332m/s;T爲實(shi)際溫度(℃)。
可見,溫(wen)度變化會産生(shēng)液位測量誤差(chà)。超聲波液位計(jì)的超聲放🔞射及(jí)接收裝置均安(ān)裝于同一探頭(tou)中,這就決定了(le)隻能在發射引(yin)起的傳感器餘(yú)振基本消失後(hòu),接收裝置才能(neng)檢測反射回波(bo)。另外,超聲發射(shè)是以脈沖方式(shì)進行,而脈沖具(ju)有一定的時間(jiān)寬👅度,因此,在超(chāo)聲發射到餘振(zhèn)基本消失的這(zhe)段時間❤️t'内,液位(wei)計不能正常工(gong)作,這段時間對(duì)應的液位
B稱爲(wei)盲區,如圖3示,被(bèi)測的最高液位(wèi)如進入盲區,儀(yi)表将不能正确(què)檢測。盲區大小(xiǎo)取決于發射裝(zhuang)置的功率⛷️。一般(ban)😍而言,發射裝置(zhì)功率越大,發射(shè)頻率就越低,餘(yu)振衰減時間越(yuè)長,盲區也🔞就越(yue)大。
3.2優缺點及注(zhu)意事項
1)具有工(gōng)作可靠、精度高(gao)、使用周期長、免(mian)維護的特點🤞,并(bìng)具有相對的價(jia)格優勢。
2)在污水(shui)處理工程中,多(duo)可選用一體式(shì)液位計,安裝♍簡(jiǎn)便。
3)回波反射産(chǎn)生的幹擾回波(bo)和假回波,可通(tong)過軟件來排除(chu),但有效回波強(qiáng)度也同時被衰(shuai)減。因此,設計選(xuǎn)型時,要考慮衰(shuāi)減因素,選擇量(liang)程要留有一定(dìng)的餘量。
4)爲了盡(jìn)量減少幹擾回(hui)波,安裝位置要(yào)盡可能選擇液(ye)面平穩的位置(zhi),同時遠離扶梯(ti)、檢修通道、進水(shuǐ)口、出水口、攪☔拌(ban)器,盡可❓能與池(chí)壁保持較遠的(de)距離。在🔞探頭規(gui)定的波束發射(she)角下,錐形波束(shu)在最低測量💚液(ye)面上的投影,不(bú)與🏒容器壁及其(qí)它能反射聲波(bo)的💚構件接觸。在(zài)避開盲區的前(qian)提下,盡量貼近(jin)最高液🐆面安裝(zhuang),以減少池壁回(hui)波的幹擾。爲獲(huo)得盡可✨能強❌的(de)回波,要保證探(tàn)頭與被🔞測界面(mian)垂直。
5)首次投運(yùn),須對儀表進行(háng)使用位置、介質(zhi)特性、工藝😘條件(jiàn)等内容的設定(dìng),完成空程、滿量(liàng)程校正。利用配(pèi)套軟♈件進行回(hui)波曲線檢查,抑(yì)制幹擾回波。建(jian)議在有條件的(de)情況🚶♀️下,在池💜壁(bi)上分别标注液(ye)位滿量程的20%、50%、95%、三(sān)點,以㊙️方便今後(hou)🙇♀️維護和校驗。
6)爲(wèi)避免因壓力、溫(wēn)度等特性變化(huà)而産生的液位(wei)誤差,應📐選擇有(yǒu)溫度補償的産(chǎn)品。
7)泡沫是聲波(bō)反射不充分的(de)表面,會吸收一(yī)部分或是全部(bu)🌈的聲波脈沖能(neng)量,減少或是完(wan)全消除回波⁉️信(xìn)号。因此⭐,在被測(ce)液面存在泡沫(mo)的場合,不能使(shǐ)用。但在泡沫較(jiao)輕,盲區允許的(de)情況下,可通過(guò)加大液💋位計的(de)功率,來實現測(ce)量。
3.3使用位置
超聲(sheng)波液位計不能(néng)使用在測量工(gong)況變化劇烈或(huo)真空的場合,但(dan)污水處理工程(chéng)一般不存在上(shàng)述情況,這一優(you)勢使超聲波液(yè)🔱位計在污水處(chù)理工程中得以(yǐ)廣🧑🏽🤝🧑🏻泛應用。
除了(le)不能使用在有(you)大量泡沫、液位(wei)波動劇烈的地(di)方✍️外✉️,幾🙇🏻乎可在(zai)污水處理的各(ge)個工藝流程中(zhong)廣泛使用,用于(yu)🆚測量水池液位(wei)、液位差等。
4雷達(da)液位計
4.1測量原(yuan)理
超聲波、雷達(da)液位計都是利(lì)用回波測距原(yuán)理的儀表。利用(yong)電磁波作爲🔴能(neng)量波的液位計(ji)即是雷達液位(wèi)計,又稱微波液(yè)位計。
雷達液位(wèi)計按結構可分(fen)爲天線式和導(dao)波式。天線式通(tōng)過天線發射和(he)接收電磁波,其(qi)結構與超聲波(bo)液位計最爲相(xiang)㊙️似,都屬于非接(jie)觸式儀表。導波(bō)式是微波液👅位(wèi)計的一種變型(xing),英文名稱是👉Time DomainReflectometry(時(shi)域反射法)或簡(jiǎn)稱TDR,也俗稱導波(bō)雷達,通常采用(yòng)脈沖波方式工(gōng)🌍作。與微波液位(wèi)計不同點在于(yu)微波脈♊沖不是(shì)通過空間傳播(bo),而是♻️通過一根(gen)(或兩根)從液位(wei)上方伸入、直達(dá)容器底的導波(bō)體傳播。導波體(tǐ)可以是金屬硬(ying)杆♻️或柔性金屬(shǔ)纜繩。微波脈沖(chòng)沿杆或纜的外(wai)側向下傳播,在(zai)被測液面上被(bèi)反射,回波被天(tian)線接☀️收,由發射(shè)脈沖與回波脈(mo)沖的時間差即(ji)可計🌈算出傳播(bō)距離。
低頻雷達(da)具有較大的波(bō)束角和較長的(de)波長,使之在🈚有(yǒu)液面擾✍️動或攪(jiao)拌的情況下能(neng)提供最好的回(hui)波曲線。但其較(jiào)大的波束角制(zhi)約了使用範圍(wei)。爲彌🚶♀️補這一缺(que)陷,在實際産品(pin)中,低頻雷達多(duo)與導波管結合(he)。也就🔴是說,一般(ban)導波雷達液位(wei)計多使用低頻(pin)✨雷達。
4.2優缺點及(ji)注意事項
由于(yú)雷達液位計與(yǔ)超聲波液位計(ji)在測量原理上(shàng)相同😘,本文3.2中1～ 5同(tong)樣适用于雷達(dá)液位計。但由于(yu)雷達🏃液位計的(de)💔特殊性,和超聲(shēng)波液位計相比(bǐ)較,還有以下特(tè)點:
1)由于微波(電(dian)磁波)傳播不依(yi)賴介質,所以雷(léi)達液位✏️計不受(shou)介質特性如壓(yā)力、溫度、真空度(dù)等影響,所以測(ce)量🏃♂️精度較超聲(shēng)波液位計高。可(ke)以使用在工況(kuang)變化較大🈲或有(yǒu)蒸汽等超👄聲液(yè)位計不能正常(cháng)工作的📞場合。
2)微(wēi)波(電磁波)以光(guāng)速傳播,使得雷(lei)達液位計測量(liàng)更靈敏,刷新速(su)🌐度更快。
3)表1示出(chu)了不同特性的(de)泡沫,對微波、超(chao)聲波信号的不(bu)🌈同影響。由于污(wu)水處理工程液(yè)位測量所涉幾(ji)乎全是濕性❄️泡(pào)沫,所以雷達液(ye)位計可代替超(chao)聲波液位計在(zai)液面有泡沫的(de)場合使用。
4)使用(yòng)導波雷達,可在(zai)帶攪拌、液面擾(rǎo)動等複雜工況(kuang)💰或安㊙️裝空間有(you)限的場合實現(xiàn)測量。導波雷達(dá)液位計安💋裝在(zai)有攪拌器的液(ye)體中,若液體流(liú)速過快,建議将(jiang)導👨❤️👨波管末端固(gu)定,以減少導波(bō)管受力。
5)部分産(chan)品配套有智能(neng)軟件,可實現不(bú)規則池底的液(ye)位測量。
6)雷達液(yè)位計比超聲波(bō)液位計價格稍(shāo)貴。
4.3使用位置
由(you)于雷達液位計(jì)在有泡沫、帶攪(jiǎo)拌的測量場合(he)具有☀️優勢,它彌(mí)補了超聲波液(yè)位計在上述方(fang)面的不足。可以(yi)說👈,雷達液位計(jì)适合在污水處(chu)理的各個工💁藝(yì)流程中使用💃,測(cè)量水🧑🏾🤝🧑🏼池液位、液(yè)位差。
5結語
液位(wei)儀表是污水處(chu)理工程不可缺(que)少的重要儀表(biǎo)。它⁉️種類繁多💜,根(gēn)據介質和現場(chang)條件的不同,各(ge)類液位計各具(ju)優勢,形成一個(gè)多元化的局面(mian)。要找到适合的(de)産品,隻有🛀在液(yè)位計選型、安裝(zhuang)時,根據各液位(wèi)🤟計的特點💋,從測(cè)量介質、安裝位(wèi)置、儀表精度、價(jià)格、使用壽命、維(wei)護成本等多方(fang)面綜合考慮。随(suí)着勞動力和生(shēng)産成本的不斷(duan)提高,儀表高精(jing)度、免維護性在(zài)儀表選型中所(suo)占♋的比重也随(suí)之不斷增加。因(yin)此,在儀表采購(gòu)成本允許的情(qíng)況下,建議盡🔞量(liang)選擇精度佳、免(mian)維護的儀表。相(xiang)對🆚于磁翻闆液(yè)位計和投入式(shì)液位計而言,超(chao)聲波、雷達液位(wei)計更符合💯上述(shu)要求。随着電子(zi)技術及制作工(gong)藝的不斷提高(gāo),超聲波、雷達液(yè)位計的價格會(hui)不斷下降,性能(néng)會不斷提高,數(shù)量會不斷‼️增多(duo)。
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