導(dǎo)讀：自動(dòng)化儀表在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)重要地位，根據(jù)污水處理工藝設(shè)計(jì)需求不同，污水行業(yè)應(yīng)用儀表基本可分為三大系列：(1)物位，包括液位計(jì)、液位差計(jì)、泥位計(jì)(超聲波、雷達(dá)、靜壓)。(3)流量計(jì)，包括電磁流量計(jì)、渦街流量計(jì)、超聲波流量計(jì)。其中，中控系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝儀表28套，現(xiàn)投入使用21套，物位儀表：液位計(jì)、液位差計(jì)、泥位計(jì)(超聲波)。微波發(fā)射器(傳感器)電激勵(lì)以8度廣角發(fā)射超聲波脈沖直到被測(cè)物體，物體表面反射回波為此時(shí)的接收器(同一傳感器)接收，轉(zhuǎn)換成電氣信號(hào)輸出(平滑的表面回波角達(dá)到90時(shí)測(cè)量效果最好)。超聲波回波質(zhì)量?jī)?yōu)劣決定測(cè)量信號(hào)的精確性，因此，不能在同一料罐內(nèi)安裝多臺(tái)超聲波物位儀，且當(dāng)料罐內(nèi)部附近產(chǎn)生強(qiáng)烈的回波干擾(包括多次回波)或回波質(zhì)量太差，如液面有大量泡沫、粉塵，以至于超聲波無(wú)法到達(dá)真實(shí)物位時(shí)，需采取固定目標(biāo)抑制功能在物位盡可能低的情況下進(jìn)行回波抑制。一般由電極、電纜、安裝支架、變送器四部分構(gòu)成。

關(guān)鍵詞：儀表，傳感器，變送器，物位，渦街，回波

1. 前言

自動(dòng)化儀表在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)重要地位，根據(jù)污水處理工藝設(shè)計(jì)需求不同，污水行業(yè)應(yīng)用儀表基本可分為三大系列：(1)物位，包括液位計(jì)、液位差計(jì)、泥位計(jì)(超聲波、雷達(dá)、靜壓);(2)分析儀表，包括PH、DO、濁度(SS)、COD、余氯、電導(dǎo)率;(3)流量計(jì)，包括電磁流量計(jì)、渦街流量計(jì)、超聲波流量計(jì)。

唐山市北郊污水處理廠是利用亞行貸款建設(shè)的河北省重點(diǎn)環(huán)保工程，設(shè)計(jì)規(guī)模日處理污水15萬(wàn)噸，該廠工藝先進(jìn)，自動(dòng)化水平高，施工質(zhì)量?jī)?yōu)良，榮獲2003年中國(guó)建筑工程最高獎(jiǎng)“魯班獎(jiǎng)”。其中，中控系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝儀表28套，現(xiàn)投入使用21套，物位儀表：液位計(jì)、液位差計(jì)、泥位計(jì)(超聲波);分析儀表：PH、DO、COD、余氯;流量計(jì)：電磁流量計(jì)，用于進(jìn)廠污水及污泥體積流量測(cè)量。

2. 污水廠應(yīng)用儀表類型

2.1物位儀

2.1.1超聲波物位

超聲波物位探測(cè)儀用于對(duì)液體及粗大顆粒或球狀固體(顆粒尺寸大于4mm/0.16in)進(jìn)行非接觸性連接物位測(cè)量，污水廠內(nèi)主要應(yīng)用于液位、液位差及泥位的檢測(cè)，安裝地點(diǎn)如進(jìn)水泵房、格柵間、儲(chǔ)泥池等，由被測(cè)介質(zhì)決定。微波發(fā)射器(傳感器)電激勵(lì)以8度廣角發(fā)射超聲波脈沖直到被測(cè)物體，物體表面反射回波為此時(shí)的接收器(同一傳感器)接收，轉(zhuǎn)換成電氣信號(hào)輸出(平滑的表面回波角達(dá)到90時(shí)測(cè)量效果最好)。脈沖在發(fā)射和接收中所消耗的時(shí)間—飛躍的時(shí)間—與傳感器到物體表面的距離成正比。內(nèi)有溫度傳感器同時(shí)對(duì)超聲波脈沖的傳感時(shí)間進(jìn)行溫度補(bǔ)償。超聲波回波質(zhì)量?jī)?yōu)劣決定測(cè)量信號(hào)的精確性，因此，不能在同一料罐內(nèi)安裝多臺(tái)超聲波物位儀，且當(dāng)料罐內(nèi)部附近產(chǎn)生強(qiáng)烈的回波干擾(包括多次回波)或回波質(zhì)量太差，如液面有大量泡沫、粉塵，以至于超聲波無(wú)法到達(dá)真實(shí)物位時(shí)，需采取固定目標(biāo)抑制功能在物位盡可能低的情況下進(jìn)行回波抑制。

超聲波穿透能力較差，需要堅(jiān)實(shí)清晰的界面及較寬闊的測(cè)量平臺(tái)，精度要求較高或液面狹窄時(shí)，宜采用靜壓或雷達(dá)式物位儀進(jìn)行檢測(cè)。

目前超聲波物位儀在污水廠中大量應(yīng)用，回波因子的調(diào)整、接地線屏蔽等均對(duì)數(shù)值穩(wěn)定性造成影響�？傮w來(lái)說(shuō)，運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)方便。

2.1.2靜壓式物位

靜壓式物位儀一般安裝于料罐底部承壓點(diǎn)，標(biāo)定較困難，但具有受低密度物質(zhì)的影響較小的優(yōu)點(diǎn)。如，當(dāng)污水廠進(jìn)水液面堆積泡沫過(guò)厚時(shí)，超聲波物位儀發(fā)射的超聲波由泡沫表層反射，不能穿透泡沫直達(dá)真實(shí)液面，而此時(shí)泡沫壓力相對(duì)于水壓可忽略不計(jì)，宜采用靜壓式物位檢測(cè)，保證由壓力變送的液位輸出值與實(shí)際情況基本相符�，F(xiàn)唐山市東郊污水處理廠格柵間采用羅斯蒙特生產(chǎn)的該系列靜壓產(chǎn)品。檢測(cè)。

2.1.3雷達(dá)式物位

雷達(dá)式物位儀具有精度高、穿透力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。其電磁波可穿透霧氣、蒸汽、薄而大的泡沫，遠(yuǎn)優(yōu)于超聲波，精確性取決于介質(zhì)的導(dǎo)電能力，但成本過(guò)高，惡劣工況中或被測(cè)液面狹窄時(shí)適用。

2.2分析儀表

分析儀表測(cè)量值對(duì)污水廠生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)有重要的參考作用，其線性輸出可作為邏輯條件進(jìn)行工藝自動(dòng)控制。一般由電極、電纜、安裝支架、變送器四部分構(gòu)成。

2.2.1 PH計(jì)

PH計(jì)在污水廠中大量用于進(jìn)水酸堿度指示，如印染廠廢水的排放對(duì)PH值有較大影響。

PH計(jì)屬接觸直接測(cè)量式儀表，采用浸入式安裝，TOP68防水連接方式，根據(jù)氫離子在玻璃電極表面聚集的活躍程度產(chǎn)生電勢(shì)，同時(shí)測(cè)量電極與參比電極之間填充電解液并以鎢絲傳導(dǎo)平衡電勢(shì)，計(jì)算PH值，禁止在硫化氫或堿性過(guò)高的環(huán)境中使用(2%NaOH 80℃ approx.10—15hlifetime)，且線性輸出值與被測(cè)材質(zhì)無(wú)關(guān)。

U=U0+RT/nF·ln(H+)

U——傳感器電壓

U0 ——當(dāng)PH值為7時(shí)的電壓

RT/nF——輸出曲線斜率(slope=59,16mV at 25℃)

污水廠中化學(xué)成分濃度隨機(jī)變動(dòng)范圍大，但持續(xù)時(shí)間短。污物可能滲透進(jìn)入電導(dǎo)溶液，新型PH計(jì)采用異型填充物隔離測(cè)量與參比電極，以達(dá)到較好的測(cè)量穩(wěn)定性，儀表壽命延長(zhǎng)。

PH計(jì)制造技術(shù)現(xiàn)已比較成熟，維護(hù)方便，屬生產(chǎn)易耗品。玻璃電極表面損傷、老化;離子交換膜損傷，氫離子運(yùn)動(dòng)應(yīng)由內(nèi)向外交換，若反向則傷害參比電極，產(chǎn)生零漂，嚴(yán)重時(shí)無(wú)法�；�。以上兩點(diǎn)應(yīng)引起特別注意。此外，(1)電極探頭鍍有一層微米級(jí)厚度的金屬膜，在非測(cè)量環(huán)境中必須保持探頭濕潤(rùn)(可浸泡在清水或KCL溶液中)。(2)用4%鹽酸或蒸餾水清潔電極，禁用堿溶液，油或脂肪可用酒精沖洗。(3)清洗探頭時(shí)不可用力擦拭，以防損壞電極膜。(4)一般工況下三個(gè)月標(biāo)定一次，污水廠環(huán)境中若維護(hù)得當(dāng)，使用一至兩年應(yīng)更換探頭。

2.2.2 DO(溶解氧)儀

溶解氧數(shù)值——污水處理工藝重要指示參數(shù)。水中溶解氧含量多少?zèng)Q定污水生物處理過(guò)程中指示生物的生存生活條件，從而影響出水質(zhì)量。

溶解氧儀傳感器由覆膜帽、電解液、金陰極、銀陽(yáng)極、參比電極(部分型號(hào)配備)、連接電纜組成。介質(zhì)中的氧以溶解氣體的形式產(chǎn)生，通過(guò)流體傳送至覆膜，基于所用材質(zhì)和生產(chǎn)過(guò)程，只有溶解氣體能滲透覆膜，同樣地，溶解鹽和離子被保留下來(lái)，即當(dāng)傳感器覆膜被覆蓋時(shí)，介質(zhì)的電導(dǎo)率不影響測(cè)量信號(hào)。氧分子在金陰極上還原成氫氧根離子(OH-)，在陽(yáng)極上，銀被氧化成銀離子(Ag+)形成一層溴化銀，金陰極釋放離子，陽(yáng)極接收離子形成電流，以相應(yīng)PLC模擬量采集標(biāo)準(zhǔn)輸出。正常條件下，電流與介質(zhì)中氧濃度成正比。電流在測(cè)量裝置中被轉(zhuǎn)換，在LCD上顯示溶解氧濃度(mg/l)，氧的飽和指數(shù)以%SAT表示，或以hPa表示氧壓力。

2.2.3濁度(SS)

可采用90º角散射光法或透射光法在線檢測(cè)，污水廠主要安裝于初沉污泥、活性污泥、出水口等。

常規(guī)的濁度測(cè)量在無(wú)壓的采樣液中進(jìn)行，當(dāng)采樣液壓力釋放時(shí)，產(chǎn)生非常細(xì)小的氣泡干擾正常的濁度測(cè)量值，因此低濁狀態(tài)下需加裝消泡器。傳感器頭部轉(zhuǎn)刷定時(shí)對(duì)電極做自動(dòng)清洗。

2.2.4 COD在線

化學(xué)需氧量是在一定條件下水體被強(qiáng)氧化劑重鉻酸鉀氧化的還原性物質(zhì)所消耗重鉻酸鉀相對(duì)應(yīng)的氧的質(zhì)量濃度。檢測(cè)。COD反應(yīng)水中受還原性物質(zhì)污染的程度，COD的測(cè)定可采用光學(xué)法或溶液滴定法。以國(guó)標(biāo)二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)COD 100mg/L為例，消解液配制重鉻酸鉀、硫酸亞鐵銨摩爾濃度分別為0.05、0.02，需人工定時(shí)補(bǔ)充滴定。

2.2.5余氯

雙電極結(jié)構(gòu)(PH、余氯兩個(gè)電極)，內(nèi)部設(shè)計(jì)有PH補(bǔ)償電路。其PH電極原理構(gòu)成同獨(dú)立PH計(jì)，但無(wú)溫度電極;余氯電極硝化銀膜體變白即報(bào)廢，屬易耗品�？筛鶕�(jù)氯的消耗量估算其使用壽命，常溫保存無(wú)特殊要求。

2.3流量計(jì)

2.3.1電磁流量計(jì)：

電磁流量計(jì)用于測(cè)量導(dǎo)電流體體積流量。北郊污水處理廠采用光華愛(ài)而美特分體式電磁流量計(jì)兩臺(tái)，在線檢測(cè)污水及未濃縮處理的污泥體積流量，調(diào)試完成后基本處于FIT AND FORGET免維護(hù)狀態(tài)，電極結(jié)構(gòu)如圖1。

Ue=β·L·v·sinα

Ue—感應(yīng)電勢(shì) L—電極距離 v—流速

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律(圖2)，導(dǎo)電流體流經(jīng)管道作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)在垂直于磁場(chǎng)及流速的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為常數(shù)時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)由兩個(gè)與介質(zhì)接觸的電極檢出并正比于平均流速。檢測(cè)。同時(shí)為消除管道不滿給流量帶來(lái)的影響，加裝空管檢測(cè)電極。傳感器腔體填充氮?dú)饷芊�。�?yōu)點(diǎn)：電磁流量計(jì)無(wú)壓力損耗;內(nèi)無(wú)可移動(dòng)部件;輸出線性顯示;襯里采用聚胺苯橡膠，具有超強(qiáng)耐磨性。缺點(diǎn)：超純水電導(dǎo)率過(guò)低無(wú)法檢測(cè)流量。

電磁流量計(jì)電極可采用電清洗或機(jī)械清洗，由軟件自動(dòng)控制。北郊污水處理廠現(xiàn)采用電極刮刀定時(shí)進(jìn)行機(jī)械自清洗。

2.3.2渦街流量計(jì)

為保證流體剖面不受擾動(dòng)，渦街流量計(jì)必須安裝在任何引起流體擾動(dòng)例如縮徑、擴(kuò)徑或閥的上游。當(dāng)流體經(jīng)過(guò)流量計(jì)擋體時(shí)，科氏力導(dǎo)致流體變向產(chǎn)生漩渦，根據(jù)漩渦個(gè)數(shù)推算流速并以介質(zhì)不同得出體積流量。三向抗震，性能良好。

2.3.3超聲波流量計(jì)

適用于明渠體積流量測(cè)量，對(duì)溫度敏感，室外安裝注意遮陽(yáng)。超聲波流量計(jì)在污水廠進(jìn)出水處應(yīng)用廣泛。

3. 維護(hù)保養(yǎng)

分體式儀表由傳感器、變送器兩部分構(gòu)成。變送器放大板、電源板、LCD等一經(jīng)損壞必須送交廠家維修;傳感器依賴于日常維護(hù)。

3.1超聲波物位

污水廠工況中非浸入式超聲波傳感器可進(jìn)行電振動(dòng)自清洗，定期擦拭傳感器表面，數(shù)值波動(dòng)時(shí)進(jìn)行標(biāo)定即可。

3.2分析儀表

PH、余氯等一體式電極屬易耗品，浸入式安裝，視工況清理傳感器。年度制定采購(gòu)計(jì)劃更換。

DO儀在一般工況中的維護(hù)應(yīng)遵循“三個(gè)一”原則，“一周清洗，一月標(biāo)定，一年換液”。污水廠視使用情況而定，電解液、覆膜帽易損易耗，需定購(gòu)。

3.3電磁流量計(jì)

管道安裝，運(yùn)行免維護(hù)。若條件允許，應(yīng)在使用兩年后重新進(jìn)行空管及滿管標(biāo)定。

4. 運(yùn)行問(wèn)題及解決方案

4.1接地

接地在工程安裝中應(yīng)引起特別注意。北京某污水廠超聲波液位計(jì)調(diào)試期間數(shù)值不穩(wěn)定，無(wú)線性輸出，經(jīng)查，傳感器、電纜正常，該故障由工作接地與電源接地端子連接反向引起。因此：

(1)正確連接變送器端子排工作接地及電源接地。

(2)安裝點(diǎn)附近必須消除強(qiáng)電干擾。如，不能在配電箱附近安裝變送器或傳感器。

(3)電磁流量計(jì)埋地管通常不設(shè)專用接地線，空管檢測(cè)電極、參比電極必須接地。一旦出現(xiàn)接地問(wèn)題，則應(yīng)將所有管道跨接后安全接地。

4.2 HART手操器

HART手操器是便攜式儀表標(biāo)定工具，操作界面直觀友好，使用方便，特別適用于有防爆要求的工況。

(1)HART協(xié)議適用于大部分儀表標(biāo)定。但廠家協(xié)議規(guī)約不相互開(kāi)放，即手操器不能通用，且不同類型儀表之間不能通用。

(2)HART手操器直接接入測(cè)量回路使用，所括輸出電氣信號(hào)至PLC部分。此時(shí)手操器后端應(yīng)大于250Ω，但整個(gè)回路電阻不得大于500Ω。若回路電阻大于500Ω，則摘除手操器后端電阻。

4.3溶解氧

現(xiàn)北郊污水處理廠以溶解氧作為工藝指示參數(shù)，東郊污水處理廠以溶氧值設(shè)計(jì)氧化溝自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)控制。

(1)膜式溶解氧儀初期成本高維護(hù)成本低，北郊污水處理廠現(xiàn)有六臺(tái)投入使用;固體式溶解氧儀維護(hù)費(fèi)用高昂，如北京高碑店污水廠、順義污水廠，電石損壞后儀表報(bào)廢。

(2)工藝選擇安裝點(diǎn)不同影響數(shù)值可參考性。以北郊污水處理廠氧化溝工藝為例，邊槽安裝選擇兩轉(zhuǎn)刷中間點(diǎn)距轉(zhuǎn)刷約10m，轉(zhuǎn)刷浸水300mm，溶解氧支架浸水1.5m。轉(zhuǎn)刷啟動(dòng)后快速作用于溶氧輸出，數(shù)值曲線以60º角攀升;轉(zhuǎn)刷關(guān)閉后數(shù)值陡降，硝化反硝化交替作用，氧化溝溶氧狀態(tài)反應(yīng)瞬時(shí)值而非一般狀態(tài)，且由于安裝深度導(dǎo)致采樣值偏低。

(3)預(yù)處理運(yùn)行問(wèn)題導(dǎo)致日常維護(hù)困難。北郊污水處理廠粗格柵距40mm，細(xì)格柵距10mm，柵距相對(duì)較寬，濾除效果差;且原設(shè)計(jì)以時(shí)間控制格柵啟停，由于設(shè)備機(jī)械故障非正常運(yùn)轉(zhuǎn)，后續(xù)設(shè)備如溶氧探頭、連接桿常被污物纏繞，造成維護(hù)困難。

(4)安裝選點(diǎn)應(yīng)考慮便于日常維護(hù)操作。

4.4流量計(jì)脈動(dòng)流

類似加料蠕動(dòng)泵產(chǎn)生的脈動(dòng)流，潛水泵脈動(dòng)流使流量計(jì)累積出現(xiàn)偏移，此時(shí)需要平衡凈流量，開(kāi)啟EPD重新標(biāo)定。

4.5超聲波回波干擾

(1)安裝點(diǎn)附近不能出現(xiàn)強(qiáng)電磁干擾，保證安全接地。

(2)因超聲波以8°角散射發(fā)送，其安裝位置距離池壁至少20—30cm。

(3)水面漂浮物干擾回波，調(diào)整回波因子或設(shè)置固定目標(biāo)抑制。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，儀表的合理利用與嚴(yán)格控制工藝參數(shù)及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)相輔相承。建立完備的儀表使用維護(hù)機(jī)制、技術(shù)歸檔制度，提高專職人員業(yè)務(wù)工作素質(zhì)，可有效促進(jìn)污水廠節(jié)能降耗，保證出水達(dá)標(biāo)排放，生產(chǎn)步入良性發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

Endress+HauserProduct Manual,2003

顧夏聲等，水處理微生物學(xué)，北京，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002

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