УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ДОЗИРОВАНИЯ РЕАГЕНТОВ Российский патент 1997 года по МПК C02F1/52 G05D27/00 

Изобретение относится к области очистки природных и сточных вод и может быть использовано для автоматического управления дозированием реагентов в процессах водоподготовки.

Разработка рациональных технологических решений для очистки воды при минимальных расходах реагентов важнейшая задача современного этапа развития процессов очистки природных и сточных вод.

Одним из перспективных решений этой проблемы является способ обработки воды с прерывистым вводом реагентов коагулянтов и флокулянтов [1] Применение этого способа позволяет не только экономить дорогостоящие реагенты за счет их более эффективного использования, но и улучшить качество обработки воды. Вместе с тем ввод реагентов в прерывистом режиме усложняет управление процессом очистки воды, требует применения автоматизированных устройств для дозирования реагентов.

Известно устройство для дозирования [2] где подача реагента производится насосами-дозаторами, а импульсатор периодически включает электродвигатель, являющийся приводом дозатора. Однако данное устройство предназначено для автоматического дозирования только одного реагенты, а при раздельном введении двух и более веществ требуется соответствующее количество аналогичных устройств. При этом усложняется управление процессом очистки воды, т.к. на практике весьма сложно добиться согласованной работы дозирующих устройств.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для автоматического регулирования процесса реагентной очистки сточных вод [3] взятое в качестве прототипа.

Устройство содержит камеру-смеситель, емкость для коагулянта, дозатор ввода коагулянта на линии основной подачи, исполнительный механизм поддозирования, соединенный через блок управления с прибором контроля качества обработанной воды.

Блок управления включает разделение диафрагмами прозрачную кювету, в которую подается очищенная вода, источник света и фотоприемник, которые формируют сигнал, управляющий исполнительным механизмом поддозирования. Сигнал из блока управления поступает в блок обработки, где усиливается и преобразуется в напряжение. В случае недостижения заданной величины напряжения (недостаточная степень очистки воды) включается исполнительный механизм поддозирования и дополнительная доза коагулянта подается в камеру-смеситель. Достижение заданной величины напряжения ведет к выработке сигнала, включающего исполнительный механизм, который прекращает подачу дополнительной дозы коагулянта. Это известное устройство также предназначено для ввода одного реагента и поэтому имеет ограниченные функциональные возможности. Даже при использовании двух аналогичных устройств при обработке воды несколькими реагентами с различными временными режимами их ввода практически невозможно обеспечить заданный режим обработки воды, например, способ с прерывистым, поочередным введением коагулянта и флокулянта.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет осуществления программированного ввода реагентов в различных импульсных режимах.

Эта цель достигается в заявляемом устройстве для автоматического дозирования реагентов, содержащем камеру-смеситель, емкость для коагулянта, дозатор на линии основной подачи, исполнительный механизм на линии поддозирования, соединенный через регулятор поддозирования с прибором контроля качества обработанной воды, усилитель мощности, первый формирователь управляющих импульсов, преобразователь, тем, что, согласно изобретению, устройство дополнительно содержит емкость для флокулянта, дозатор для флокулянта, блок управления, датчик расхода на линии подачи исходной воды, соединенный через преобразователь с первым информационным входом блока управления, второй информационный вход которого соединен с регулятором поддозирования, первый выход блока управления соединен через первый формирователь управляющих импульсов с дозатором на линии основной подачи, а второй выход блока управления соединен через второй формирователь управляющих импульсов с дозатором для флокулянта.

Блок управления содержит программатор с задатчиком правления режима ввода коагулянта и флокулянта, соединенный через сумматор и усилитель мощности со вторым информационным входом блока управления и имеющий два независимых вывода, соединенных, соответственно, через первый и второй усилители с первым входом обмотки реле управления вводом флокулянта, выходы которых соединены, соответственно, с первым и вторым выходом блока управления, причем вторые входы обмоток реле параллельно соединены через вторичный прибор с первым информационным входом блока управления. Задатчик режима ввода коагулянта и флокулянта выполнен в виде сменного программоносителя с перфорациями, размещенными между источником света и фотоприемником, причем, источник света подсоединен к выходу вторичного прибора, а привод вращения программоносителя соединен с выходом усилителя мощности.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием дополнительных признаков, отраженных в отличительной части 1, 2 и 3-го пунктов формулы, что свидетельствует о том, что заявляемое устройство соответствтует критерию изобретения "Новизна".

Выполнение устройства с новыми дополнительными признаками позволяет расширить его функциональные возможности, а именно, с помощью одного блока управления осуществлять регулируемый ввод и коагулянта и флокулянта в различных режимах, в том числе в программированных режимах импульсного (прерывистого) ввода реагентов. Это позволяет сделать вывод о существенности отличительных признаков заявляемого устройства.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства, на фиг. 2 схема блока управления, на фиг. 3 схема программатора, на фиг. 4 приведен фрагмент программоносителя.

Устройство (фиг. 1) содержит камеру-смеситель 1, емкости 2 и 3 соответственно для растворов коагулянта и флокулянта, дозаторы 4 и 5, формирователи управляющих импульсов 6 и 7 (например, электронные 0пИ-регуляторы типа РПИБ-Ш (4)), блок управления 8, прибор контроля качестве обработанной воды 9, установленный на выходе из камеры-смесителя 1 и соединенный через регулятор поддозирования 10 с исполнительным механизмом на линии поддозирования 11, датчик расхода 12 на линии подачи исходной воды, преобразователь 13 (например, дифманометр типа ДМ(4)). Датчик расхода 12 соединен через преобразователь 13 с первым информационным входом 14 блока управления 8. Второй информационный вход 15, блока управления 8 соединен с регулятором поддозирования 10. Первый выход блока управления 8 соединен через первый формирователь управляющих импульсов 6 с дозатором 4 на линии основной подачи раствора коагулянта, а второй выход через второй формирователь управляющих импульсов 7 с дозатором 5 для раствора флокулянта.

Блок управления 8 (фиг. 2) снабжен программатором 16 с задатчиком управления режима ввода коагулянта и флокулянта, соединенным через сумматор 17 и усилитель мощности 18 со вторым информационным входом 15 блока управления и имеющим два независимых выхода. Независимые выходы соединены, соответственно, через первый 19 и второй 20 усилители с первыми входами обмоток реле 21 и 22 управления вводом коагулянта и флокулянта. Выходы реле 21 и 22 соединены, соответственно, с первым и вторым выходом блока управления 8. Вторые входы обмоток реле параллельно соединены через вторичный прибор 23 (например, типа КСД (4)) с первым информационным входом 14 блока управления 8.

Программатор 16 (фиг. 3) снабжен источником света 24, диафрагмой 25, фотоприемниками 26 и диафрагмой 27. На диафрагмах 25 и 27 выполнены окна для приема управляющих сигналов, поступающих от задатчика режима ввода реагентов, выполненного в виде сменного программоносителя с перфорациями 29, размещенными между источником света 24 и фотоприемниками 26. Вместо бесконтактной ленты 29 может быть использован сменный вращающийся диск. Источник света подсоединен к выходу вторичного прибора 23, привод вращения 28 программоносителя соединен с выходом усилителя мощности 18.

На отдельных параллельных дорожках задатчика 29 режима ввода реагентов нанесена программа ввода коагулянта 30 и программа ввода флокулянта 31 в прерывистом режиме (фиг. 4). На фрагменте программоносителя (фиг. 4) представлены обозначения:
t_к, t_ф периоды подачи (введения) коагулянта и флокулянта;
t_пк, _пф периоды прекращения подачи коагулянта и флокулянта.

Устройство работает следующим образом.

В процессе реагентной обработки вода подается в камеру-смеситель 1, куда из емкостей 2 и 3 дозаторами 4 и 5 согласно расчетному режиму дозирования подаются реагенты "R1" и "R2" коагулянты и флокулянт. Управление дозаторами 4 и 5 осуществляется раздельно в автоматическом режиме блоком управления 8 в зависимости от величины управляющих сигналов по расходу и качеству обработанной воды.

Стабилизация расхода реагентов при постоянном расходе исходной воды осуществляется дозаторами 4 и 5 за счет измерительного блока, состоящего из датчика расхода 12, через преобразователь 13, последовательно соединенный с вторичным прибором 23, на выходе из которого сигнал по параллельным каналам связи поступает на вторые входы реле 21 и 22. Если контакты замкнуты, то сигналы поступают на входы формирователей управляющих импульсов дозирования коагулянта 6 и флокулянта 7 и далее на дозаторы 4 и 5.

Базовый режим прерывистой подачи коагулянта и флокулянта определяется экспериментально и осуществляется программатором 16, где привод вращения 28 с заданной скоростью прокручивает программоноситель 29 между диафрагмами 25 и 27. Программоноситель на уровне выполненных на нем перфораций программ ввода реагентов 30 и 31 пересекает световой поток от источника света 24, открывая или закрывая окно соответствующего фотоприемника 26. Прошедший через перфорации луч попадает на фотоприемник 26, служащий датчиком системы управления импульсным режимом ввода реагентов.

Если в блоке 16 поток света, например, на дорожке программы ввода коагулянта 30 не прерывается, то подаваемый на фотоприемник 26 сигнал поступает в усилитель 19 с коэффициентом усиления, необходимым для включения реле 21. При подаче тока в обмотку реле 21 возникает магнитное поле, контакты при этом замыкаются, обеспечивая поступление сигнала от вторичного прибора 23 на вход формирователя управляющих импульсов 6, на выходе которого формируется режим управления работой дозатора 4.

Продолжительность подачи коагулянта t_к соответствует длине перфораций на дорожке программы 30 программоносителя 29. Если световой поток в блоке 16 прерывается, то реле отключается и на выходе формирователя управляющих импульсов 6 образуется сигнал выключения дозатора 4 на период прекращения подачи коагулянта t_пк (фиг. 4). Аналогично в программаторе 16 формируется сигнал управления дозированием флокулянта, программа 31 ввода которого нанесена перфорациями на параллельной дорожке.

При изменении качества воды после обработки реагентами режим ввода реагентов корректируется скоростью протяжки программоносителя 29 и включением исполнительного механизма 11, осуществляющего поддозирование коагулянта. Скорость протяжки программоносителя 29 корректируется сигналом, поступающим на привод вращения 28 программоносителя от регулятора поддозирования 10. Выходной сигнал U_возм. (возмущающее напряжение) регулятора поддозирования 10 поступает на вход сумматора 17, де суммируется с базовым переменным напряжением U_базов, характеризующим уровень регулирования скорости вращения привода 28. С выхода сумматора 17 сигнал поступает в усилитель мощности 18, где организуется сигнал, управляющий скоростью привода программоносителя 28.

Между скоростью вращения n и сформировавшимся напряжением U существует линейная зависимость, которая выражается уравнением
n n_базов. + K (U U_базов.),
где K коэффициент усиления;
U_возм. U U_базов..

С увеличением или уменьшением скорости перемещения программоносителя 29 соответственно изменяется частота импульсного дозирования реагентов и уменьшается или увеличивается продолжительность дозирования t_к и t_ф. Количество введенного реагента (базовая доза) за единицу времени, например, час, остается постоянным.

Параллельный сигнал от регулятора поддозирования 10 поступает на исполнительный механизм 11 на линии поддозирования.

При изменении частоты ввода реагентов создаются различные условия для физико-химических процессов в сооружениях, предназначенных для осветления воды осаждением или фильтрованием, что позволяет управлять структурно-механическими и адгезионными свойствами агрегатов взвеси.

При необходимости смены режима обработки воды в устройстве автоматического управления дозированием реагентов заменяется программирователь 29.

Применение заявляемого устройства по сравнению с прототипом позволяет осуществлять различные режимы ввода реагентов, в том числе одновременное их введение в воду и раздельное введение с различным смещением во времени, что расширяет функциональные возможности устройства. Кроме того, программное управление процесса обеспечивает высокую точность регулирования, а следовательно, повышение качества обработки воды при экономном расходовании реагентов.

Источники информации
1. Заявка на изобретение N 4720226/26 от 19.05.89 г. М. кл. C 02 F 1/52. Пол. решение от 25.03.91г.

2. Колодный Ю. И. Рациональное использование природных вод Горький: Волго-Вятское книжное из-во, 1986 г. с. 172 173.

3. Авт. свид. СССР N 1174382, C 02 1/52, 1985, Б. и. N 34 (прототип).

4. Попкович Г.С. Гордеев М.А. Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения. М: Высшая школа, 1986. с. 265 288.

Использование: изобретение относится к области очистки природных и сточных вод и может быть использовано для автоматического дозирования реагентов в процессах водоподготовки. Сущность изобретения: устройство содержит камеру-смеситель 1, емкости для коагулянта2 и флокулянта 3, дозаторы 4, 5, исполнительный механизм поддозирования коагулянта 11, соединенный через блок управления 8 с прибором контроля качества обработанной воды 9, датчик расхода 12 на линии исходной воды, соединенный через преобразователь 13 с первым информационным входом 14 блока управления 8, второй информационный вход 15 которого через регулятор поддозирования 10 коагулянта соединен с прибором контроля качества. Блок управления содержит программатор с задатчиком режима ввода коагулянта и флокулянта, соединенный через сумматор и усилитель мощности со вторым информационным входом и имеющий независимые выходы через усилители к обмоткам реле управления вводом коагулянта и флокулянта. Входы реле параллельно включены через вторичный прибор к первому информационному входу блока управления 8, а выходы реле соединены с формирователями управляющих импульсов 6 и 7 на дозаторы 4, 5. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для автоматического дозирования реагентов, содержащее камеру-смеситель, емкость для коагулянта, дозатор на линии основной подачи, исполнительный механизм на линии поддозирования, соединенный через регулятор поддозирования с прибором контроля качества обработанной воды, усилитель мощности, первый формирователь управляющих импульсов, преобразователь, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит емкость для флокулянта, дозатор для флокулянта, блок управления, датчик расхода на линии подачи исходной воды, соединенный через преобразователь с первым информационным входом блока управления, второй информационный вход которого соединен с регулятором поддозирования, первый выход блока управления соединен через первый формирователь управляющих импульсов с дозатором на линии основной подачи, а второй выход блока управления соединен через второй формирователь управляющих импульсов с дозатором для флокулянта. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления содержит программатор с задатчиком управления режима ввода коагулянта и флокулянта, соединенный через сумматор и усилитель мощности с вторым информационным входом блока управления и имеющий два независимых выхода, соединенных соответственно через первый и второй усилители с первым входом обмотки реле управления вводом коагулянта и первым входом обмотки реле управления вводом флокулянта, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым выходом блока управления, причем вторые входы обмоток реле параллельно соединены через вторичный прибор с первым информационным входом блока управления. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что задатчик режима ввода коагулянта и флокулянта выполнен в виде сменного программоносителя с перфорациями, размещенными между источником света и фотоприемником, причем источник света подсоединен к выходу вторичного прибора, а привод вращения программоносителя соединен с выходом усилителя мощности.