Способ автоматического контроля параметров кислородного режима аэротенка и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК C02F3/02 G05D27/00 

можным дополнительно контролировать интенсивность аэрации.

Сущность предлагаемого устройства заключается в следующем. Оно, как и прототип, содержит блок измерения с датчиком концентрации растворенного кислорода и мешалкой, комплект кабельно-коммутаци- онных принадлежностей, а также систему сбора и обработки информации (вторичный измерительный прибор).

Однако в отличие от прототипа блок измерения предлагаемого устройства выполнен погружным в виде полого тела - цилиндра или прямоугольного параллелепипеда с внутренней продольной перегородкой, по одну сторону которой расположен датчик концентрации растворенного кислорода, по другую - лопасти ме- шалки, привод которой установлен на верхнем торце полого тела, а на нижнем его торце имеется поворотная заслонка, на оси которой симметрично жестко закреплены двуплечевое коромысло с расположенными на концах плеч поплавками в виде открытых снизу сосудов, а также дополнительное устройство положительной обратной связи, например, с закрепленным качающимся или незакрепленным перекатывающимся грузом.

Перегородка выполнена такой, чтобы ее верхний срез находился ниже уровня погружения блока измерения в анализируемую среду, а нижний срез - выше нижнего торца корпуса блока измерения.

Совокупность перечисленных признаков предлагаемого устройства, отличающих его от прототипа, обеспечивают появление у него новых свойств, не совпадающих со свойствами известных решений. Эти новые свойства заключаются в следующем: для обеспечения работы устройства не требуется программатор (благодаря чему оно конструктивно проще): будучи надлежащим образом погруженным в аэрируемую среду в аэротенке, блок измерения начинает работать сам под воздействием поднимающихся пузырьков воздуха, которые скапливаются то в одном, то в другом поплавке, обеспечивают резкий (благодаря наличию положительной обратной связи) цикличный переброс двуплечевого коромысла из одного устойчивого состояния в другое, что в свою очередь обеспечивает (заслонка то открыта, то закрыта) переброс с режима измерения концентрации растворенного кислорода (при открытой заслонке) на режим измерения скорости потребления кислорода (при закрытой заслонке) и обратно; обеспечивается получение дополнительной информации об интенсивности аэрации в

точке контроля, благодаря чему расширяется номенклатура контролируемых параметров. Очевидно, чем интенсивней будет аэрация аэротенка, тем быстрее будет за- полняться воздухом тот или другой поплавок и тем короче будет цикл переброса коромысла; исключается загрязняемость блока измерения, а следовательно, не требуется его периодическая промывка, благо

даря чему достигается конструктивное

упрощенней повышение эффективности использования; исключается необходимость термостатирования блока измерения, т.к. датчик погружен непосредственно в изме5 ряемый поток воды, благодаря чему достигается конструктивное упрощение; обеспечивается замена контролируемой жидкости, находящейся в блоке измерения (при открытой заслонке - благодаря нали0 чию перегородки и работе мешалки, которая при этом обеспечивает поступление воды из внешнего обьема аэротенка во внутренний объем блока измерения); обеспечивается циркуляция контролируемой жидкости толь- 5 ко внутри объема блока измерения (при закрытой заслонке - благодаря наличию перегородки и работе мешалки).

Предлагаемый способ, как и способ, выполняемый с помощью устройства - прото0 типа, предназначен для измерения показателей кислородного режима в точке контроля.

В прототипе для того, чтобы осуществить желаемые измерения, отделяют опре5 деленный объем измеряемой среды (воды) из аэротенка, подводят к датчику, находящемуся в блоке измерения вне аэротенка, и после этого осуществляют над этим обособленным объемом анализируемой среды оп0 ределенные действия.

В предлагаемом техническом решении датчик, также находящийся в блоке измерения, вводят (вместе с блоком) в аэротенк в анализируемую среду. Затем анализируе5 мую среду, контактирующую с датчиком, циклически то сообщают с внешней средой аэротенка и обеспечивают при этом смывание датчика (контактирование с датчиком) в режиме проточного обтекания, то разобща0 ют анализируемую среду с внешней средой аэротенка и обеспечивают при этом омыва- ние датчика анализируемой средой в режиме возвратной циркуляции. Цикличность переключений при этом поддерживают про5 порциональной интенсивности аэрации; о концентрации растворенного кислорода судят по величине сигнала от датчика в периоды, когда анализируемая среда сообщена с внешней средой аэротенка, о скорости потребления кислорода судят по изменению этого сигнала во времени в периоды, когда анализируемая среда разобщена с внешней средой аэротенка, а об интенсивности аэрации судят по длительности этих периодов.

На фиг.1 дана принципиальная схема устройства-прототипа, на фиг.2 - принципиальная схема одного конструктивного варианта заявляемого устройства, на фиг.З - принципиальная схема второго конструк- тивного варианта заявляемого устройства.

Устройство - прототип (фиг.1) работает следующим образом. Иловая смесь из аэротенка 1 забирается эрлифтом 2 и подается в блок измерения, установленный на мостике аэротенка 1.

На выходе иловой смеси из эрлифта 2 размещен ковш-отсекатель 3 с электроприводом 4. В зависимости от положения ков- ша-отсекателя 3 иловая смесь подается либо в реактор 5, либо в наружный термо- статирующий корпус 6. Иловая смесь в реакторе 6 аэрируется поверхностным аэратором 7 с электроприводом 8 или перемешивается мешалкой 9. Избыток иловой смеси переливается через наружный борт реактора 5 в объем между ним и наружным корпусом 6 и далее по переливной трубе 10 возвращается в аэротенк 1. Эрлифт 2 работает непрерывно, иловая смесь поступает в корпус 6 блока измерения. Вследствие этого при измерении КРК и СПК в реакторе 5 поддерживается такая же температура, как и в аэротенке 1. Воздух в эрлифт 2 подается из технологического трубопровода 11. Этот же воздух поступает в иловую смесь в корпусе 6 для ее перемешивания. Концентрация растворенного кислорода в реакторе 5 измеряется анализатором с датчиком КРК 12, выход которого подключен к входу про- граммного устройства (на схеме не показано), которое управляет циклами промывки, измерения КРК и измерения СПК в следующей последовательности.

Ковш-отсекатель 3 поднимается, иловая смесь подается в реактор 5.

Работает только мешалка 9. Через заданное время (3-5 мин) программатор подключает запоминающее устройство к анализатору КРК. При этом фиксируется КРК, практически равное КРК в аэротенке 1. Затем ковш-отсекатель 3 опускается, иловая смесь поступает непосредствен но втер- мостатирующий корпус 6. Включается электропривод аэратора 7. Концентрация кислорода начинает повышаться. Как только будет превышена максимально заданная КРК в реакторе 5, аэратор 7 отключается. Начинается измерение СПК, во время которого работает мешалка 9. Программатор

подключает выход анализатора КРК на вход измерения СПК. Измеритель СПК измеряет отрезок времени, в течение которого КРК в реакторе 5 снизится от максимального до минимального заданного значения, Окончательный результат запоминается и хранится до следующего цикла измерения СПК. Далее, по заданной программе поднимается ковш-отсекатель 3. Начинается новый цикл промывки реактора 5 и т.д.

Описание известного способа с применением устройства - прототипа.

Подают анализируемую воду из аэротенка в блок измерения; отсекают в блоке измерения заданный объем анализируемой среды; циклично подают его то в реактор, то в наружный термостатирующий корпус; цикличность переключений задают программой; включают мешалку; измеряют величину сигнала от датчика КРК; отключают мешалку; аэрируют анализируемую среду; измеряют величину сигнала от датчика КРК во время аэрации; сопоставляют измеренную величину сигнала от датчика КРК с за- данной заранее (по программе); прекращают аэрацию по достижению равенства измеренной и заданной величин сигнала; включают мешалку; измеряют величину сигнала от датчика КРК и время измерения (измерение сигнала во времени); промывают реактор.

Заявляемое устройство с помощью которого осуществляется и заявляемый способ, представляет собой конструкцию, принципиальная схема которой представлена на фиг.2 и фиг.З. Блок измерения 1 (выполненный в виде полого цилиндра или параллелепипеда) содержит внутри перегородку 2, установленную таким образом, чтобы между ее нижним торцом и нижним торцом цилиндра или параллелепипеда 1 образовалось свободное сечение 3. Верхний торец перегородки 2 должен быть ниже уровня воды в аэротенке, когда блок измерен и я будет туда погружен. По одну сторону перегородки 2 расположен датчик 4 прибора, измеряющего концентрацию растворенного кислорода (КРК). По другую сторону перегородки 2 расположены лопасти мешалки 5 с приводом 6. На нижнем торце блока измерения 1 имеется поворотная заслонка 7, на ось вращения 8 которой насажено двуплечевое коромысло 9. На торцах коромысла 9 закреплены сосуды 10. На коромысло 9 симметрично насажено устройство положительной обратной связи 11, На фиг.2 это устройство выполнено в виде незакрепленного перекатывающегося груза 12, а на фиг. 3 - в виде закрепленного качающегося груза.

На фиг.З ось вращения 8 поворотной заслонки 7 лежит на оси блока измерения 1, а сама поворотная заслонка выполнена на одноплечевой, как показано на фиг.2, а дву- плечевой (см.п.З формулы). В этом варианте устройства конфигурация заслонки должна соответствовать конфигурации поперечного сечения цилиндра или параллелепипеда 1, а конфигурация ее левого (так на схеме) плеча - конфигурации зазора 3 между ниж- ним торцом перегородка 2 и осью 8.

Устройство работает следующим образом.

При погружении блока измерения в аэротенк до уровня, превышающего верх- ний торец перегородки 2, двуплечевое коромысло 9 оказывается в одном из двух положений (безразлично каком). Допустим, оно оказалось в положении, показанном на схемах фиг.2 и 3. При этом обе емкости 10 заполнены водой, а показанное на схемах положение коромысла 9 удерживается за счет момента, создаваемого грузом 12 устройства положительной обратной связи 11. Поскольку вода в аэротенке аэрируется воз- духом, то он, попадая в емкость 10, обращенную открытым торцом вниз, будет в ней скапливаться, вытесняя воду. Через отрезок времени, определяемый интенсивностью вытеснения воды, суммарный момент сил, действующих относительно оси вращения 8 слева, станет меньше, нежели справа, поскольку вес левого плеча с емкостью, содержащей скопившийся в ней воздух станет меньше веса правого плеча. При этом про- изойдет выход системы из устойчивого положения, показанного на схемах, а за счет наличия положительной обратной связи произойдет резкий переброс из одного устойчивого положения в другое, воздух, ско- пившийся в левой емкости, вытесняется водой, груз 12 займет устойчивое положение справа от оси вращения, заслонка 7 откроется. Далее процесс повторится и через определенное время произойдет обрат- ный переброс.

Поскольку в течение всего времени работы устройства имеется в виду, что система сбора и обработки информации (например, в простейшем случае, вторичный регистри- рующий прибор) подключена к датчику 4, а мешалка 5 включена в работу, to в периоды, когда заслонка 7 закрыта (это состояние показано на схемах), вода внутри блока измерения под воздействием мешалки омывает датчик 4 в режиме возвратной циркуляции. В этот период происходит уменьшение концентрации растворенного кислорода в воде за счет его потребления содержащимися в ней микроорганизмами - активным илом.

Падение концентрации во времени будет определять - скорость потребления кислорода-СП К.

В другом устойчивом положении устройства, когда заслонка 7 открыта, объем воды внутри блока измерения 1 оказывается сообщенным с объемом аэротенка. При этом благодаря работе мешалки происходит принудительное замещение контролируемого объема воды за счет поступления ее извне. На схеме фиг.З этот процесс замещения более интенсивен, т.к. зазор 3 между нижним торцом перегородки 2 и осью 8 перекрыт половиной заслонки 7, что обеспечивает полное отсутствие возвратной циркуляции, как это может иметь место по схеме на фиг.2.

В этом положении датчик 4 омывается водой из аэротенка в режиме проточного обтекания и в систему сбора и обработки информации поступает сигнал о концентрации растворенного кислорода КРК в воде аэротенка.

Система сбора и обработки информации фиксирует как величину поступающего от датчика 4 сигнала, так и время его прохождения.

Учитывая, что в периоды измерения КРК величина сигнала будет практически неизменна, а в периоды измерения СПК она будет уменьшаться пропорционально уменьшению содержания кислорода в воде, то по получаемой информации можно судить о длительности периодов между пере- ключениями устройства из одного устойчивого состояния в другое. А длительность этих периодов, как уже указано выше, характеризует интенсивность аэрации аэро- тенка в точке контроля.

Исходя из изложенного можно заключить следующее относительно взаимодействия основных элементов предлагаемого устройства: поплавки, имеющие указанную форму и определенным образом закрепленные на концах плеч коромысла обеспечивают наличие зависимости частоты переключений от интенсивности аэрации; взаимодействие мешалки, заслонки и перегородки обеспечивает цикличное переключение с одного режима обтекания датчика анализируемой средой на другой; взаимодействие заслонки, а также коромысла с поплавками и обратной связью обеспечивает периодичность переключений, а также устойчивость состояния.

Описание способа осуществляемого с помощью предлагаемого устройства.

Погружают блок измерения в анализируемую среду (в аэротенк) включают мешалку и подключают систему сбора и

обработки информации (эти операции без цикличного повторения); сообщают анализируемый объем воды с внешней средой (открытием заслонки); осуществляют омы- вание датчика КРК анализируемой средой в режиме проточного обтекания; измеряют величину сигнала от датчика КРК; судят о концентрации растворенного кислорода по величине сигнала от датчика КРК в периоды его омывания анализируемой средой в ре- жиме проточного обтекания датчика; отсекают анализируемый объем воды от внешней среды (закрытием заслонки); осуществляют смывание датчика КРК анализируемой средой в режиме возвратной циркуляции; измеряют величину сигнала от датчика и его изменение во времени; судят о скорости потребления кислорода по изменению во времени сигнала от датчика КРК в периоды омывания его анализируемой сре- дои в режиме возвратной циркуляции; судят об интенсивности аэрации по длительности режимов обтекания датчика.

Эти операции цикличны.

Пример осуществления способа авто- матического контроля параметров кислородного режима аэротенка с использованием предлагаемого устройства.

Способ осуществлялся в процессе лабораторных испытаний на стенде с использо- ванием жидкости, отобранной из промышленного аэротенка. Использовались действующий макет предлагаемого устройства, а также анализатор концентрации растворенного кислорода (КРК) типа К-215 Гомельского ПО Измеритель с вторичным цифровым прибором К-215 (комплект). Емкость для испытаний имела размеры: в плане 1,0 м х 1,0 м, глубина 1,0 м. На дне емкости располагались распылители воздуха, посту- лающего от лабораторного компрессора через ротаметр ЛОНИИ - 100, Подача воздуха изменялась в режимах: 24 м /ч, 50 /ч и 100 м3/ч. В макет устройства (блок измерения) помещался датчик КРК.

Операции осуществления способа: по- гружали блок измерения в емкость до уров- ня, перекрывающего верхний торец внутренней перегородки; включали мешалку и подключали вторичный прибор; первое состояние переключающего устройства (коромысла) было таким, что обеспечивался режим проточного обтекания датчика КРК; снимали показания (записывали) с вторичного цифрового прибора (нанесены на пред- лагаемый график); полученные данные характеризуют величину КРК; через определенное время (по вытеснению воды из нижнего стакана, закрепленного на коромысле) осуществлялся переброс коромысла, т.е. отсечение анализируемого объема воды от внешней среды за счет закрытия заслонки; осуществляли смывание датчика КРК в режиме возвратной циркуляции; снимали показания (записывали) с вторичного цифрового прибора (нанесены на прилагаемый график); полученные данные характеризуют величину СРК по тангенсу угла наклона; по длительности режимов обтекания судили об интенсивности аэрации.

Затем все вышеописанное повторялось при измененной интенсивности аэрации.

Характер полученных зависимостей для КРК и СПК различен. Для КРК это прямая, параллельная оси абсцисс, а для СПК -- наклонная прямая, угол наклона которой зависит от СП К.

Предлагаемая конструкция устройства, способ, осуществляемый с ее помощью, а также применение анализатора КРК для получения информации об интенсивности аэрации более эффективны, нежели известные способы и устройства аналогичного назначения.

Технико-экономические преимущества предложенных способа... и устройства заключается в следующем: в сокращении количества операций по сравнению с прототипом для достижения той же цели - определения показателей КРК и СПК кислородного режима аэротенка; в получении до- полнительной информации об интенсивности аэрации, что в прототипе отсутствует,

В конструктивном упрощении за счет отсутствия программатора, обеспечивающего работу прототипа. Предложенное устройство выполнено таким образом, а его конструктивные элементы взаимодействуют таким образом, что обеспечивают автоматический режим смены операций, реализующих достижение цели, вытекающий из назначения устройства. Кроме того, эффективность устройства заключается в обеспечении им получения дополнительного измерения параметра интенсивности аэрации.

Формула изобретения

1. Способ автЪматического контроля параметров кислородного режима аэротенка, заключающийся в периодической подаче пробы анализируемой среды к датчику анализатора концентрации растворенного кислорода, подаче воздуха на аэрирование среды, измерении в ней концентрации растворенного кислорода, а также изменения концентрации растворенного кислорода во времени, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса измерения и расширения номенклатуры контролируемых параметров, дополнительно в режиме проточного обтекания датчика анализируемой средой и в режиме возвратной циркуляции пробы анализируемой среды измеряют концентрацию растворенного кислорода в среде, а смену режимов осуществляют по поступлению заданного объема воздуха на аэрирование и по длительности этих режимов судят об интенсивности аэрации.

2. Устройство для автоматического контроля параметров кислородного режима аэротенка, содержащее анализатор концентрации растворенного кислорода, мешалку и блок измерения в виде сосуда с устройствами подвода-отвода анализируемой среды, в котором размещены датчик анализатора и рабочий орган мешалки, отличающееfa1

5

с я тем, что, с целью конструктивного упрощения и расширения номенклатуры контролируемых параметров, блок измерения выполнен погружным в измеряемую среду, внутри него продольно расположена перегородка, по одну сторону которой размещен рабочий орган мешалки, по другую - датчик анализатора, верхний ее срез находится ниже уровня погружения блока, а нижний - выше плоскости дна сосуда, которое выполнено в виде поворотной заслонки, на оси которой с внешней стороны блока симметрично жестко закреплены двуплечевое коромысло с расположенными на концах плеч поплавками в виде открытых снизу сосудов и рычаг с закрепленным качающимся грузом, причем ось заслонки расположена в плоскости перегородки.

Уровень погружения ч

4Л

IT

Использование: биологическая очистка сточных вод, автоматизация технологического процесса. Сущность изобретения: датчик анализатора концентрации растворенного кислорода погружают в анализируемую среду аэротенка и с периодичностью, пропорциональной интенсивности его аэрации, изменяют режим обтекания датчика с проточного на возвратно-циркуляционный и обратно. По показаниям вторичного прибора анализатора судят о концентрации растворенного кислорода, скорости его потребления и интенсивности аэрации. Устройство выполнено погружным, содержит внутреннюю перегородку, с одной стороны которой установлен датчик, а с другой - мешалка. На нижнем торце устройства установлено с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси двуплечее коромысло с двумя поплавками на концах и поворотной заслонкой в середине. Положительный эффект: получаемая информация позволяет отрабатывать оптимальные варианты условий проведения процесса аэрации. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. СО С информации об интенсивности аэрации в точке контроля. Конструктивное упрощение достигается за счет того, что предлагаемое устройство функционирует в автоматическом режиме, обеспечивающимся самим режимом аэрации в точке контроля. Таким образом отпадает необходимость запрограммированного управления работой устройства. Повышение эффективности использования устройства достигается за счет расширения номенклатуры контролируемых параметров: представляется воз00 о Јь ел ю со

8

///

tr

Фиг.З