Спосіб автоматизації процесу регулювання величин ph та eh багатокомпонентних стічних вод

1. Спосіб автоматизації процесу регулювання величин рН та Eh багатокомпонентних стічних вод, що включає вимірювання рН та Eh, формування регулятором сигналу керування, подачу цього сигналу на виконавчий механізм дозування реагентів, який відрізняється тим, що застосовують ступінчасте дозування реагентів у воду, на кожному ступені якого на базі промислового контролера програмно задають необхідні параметри дозування спочатку кислоти (лугу) для зміни величини рН до 3 відновлення домішок. Однак у процесі хімічної реакції рН та Eh водного середовища змінюються внаслідок взаємодії реагентів та забруднень, що гальмує окисно-відновний процес і потребує підвищення кількості окисників та відновників, необхідних для повного закінчення реакції окисленнявідновлення. Збільшення кількості цих реагентів призводить до зміни рН середовища, що, в свою чергу, негативно впливає на протікання окисновідновного процесу і потребує додаткового уведення лугу або кислоти для підтримки необхідних значень рН та Eh. В таких умовах, особливо при коливаннях концентрацій багатокомпонентних домішок у вихідній воді, спостерігається значна перевитрата хімічних реагентів, неточність у регулювання параметрів рН та Eh, результатом чого є зниження ступеня очищення стічної води. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення точності регулювання величин рН та Eh при очищенні багатокомпонентних стічних вод від важких металів в умовах коливань концентрацій домішок та супутнього введення різних реагентів. Поставлена задача досягається тим, що у способі автоматизації процесу регулювання величин рН та Eh багатокомпонентних стічних вод, що включає вимірювання рН та Eh, формування регулятором сигналу керування, подачу цього сигналу на виконавчий механізм дозування реагентів та ступінчасте дозування реагентів у воду. На кожному ступені дозування на базі промислового контролера програмно задають необхідні параметри дозування спочатку кислоти (лугу) для зміни величини рН до значень, необхідних для протікання хімічної реакції окислення-відновлення, а потім окисника (відновника) для підвищення (зниження) величини Eh. При цьому зміну Eh проводять до проміжних значень цієї величини з поступовим наближенням її до кінцевого значення, яке визначається окисно-відновним потенціалом окисника (відновника) при заданому значенні рН. Кожний ступінь наступного дозування реагентів починають після стабілізації величини Eh на попередньому ступені дозування реагентів. Формування керуючого сигналу для дозування реагентів виконавчим механізмом здійснюють на базі адаптивної системи автоматичного регулювання, в якій використовують регулятор на основі нечіткої логіки. Застосування ступінчастого введення хімічних реагентів для регулювання рН та Eh води дозволяє підтримувати оптимальні величини цих параметрів на протязі всього періоду протікання хімічного процесу окислення-відновлення домішок і тим самим досягати необхідної швидкості хімічної реакції при мінімальній витраті хімічних реагентів. Дозування на кожному ступені у воду окисників та відновників для регулювання величини Eh до деяких проміжних значень цієї величини з поступовим наближенням її до кінцевого значення, яке визначається окисно-відновним потенціалом окисника (відновника) при заданому значенні рН, дозволяє запобігти негативному впливу зміни рН середовища під дією цих реагентів на перебіг окисно-відновного процесу і забезпечити повне окислення (відновлення) домішок у воді. Подальше 65459 4 попереднє дозування на кожному ступені кислот або луг для регулювання рН дозволяє підтримувати оптимальні значення величини рН, а також додатково підвищити або знизити Eh вище тих значень, які звичайно встановлюються при введенні окисників або відновників, і тим самим підсилити їх окисно-відновну дію та значно знизити їх витрату. Все це дозволяє попередити передозування хімічних реагентів, особливо в умовах коливань концентрацій домішок у вихідній воді. Застосування адаптивної системи автоматичного регулювання дозволяє забезпечити оптимальний режим роботи системи управління в умовах неповної інформації про склад забруднень багатокомпонентних стічних вод, забезпечити функціональність системи при зміні вхідних параметрів системи в широких межах, а також створити уніфікований регулятор для широкого кола показників забруднень стічних вод. Застосування в даній системі принципу нечіткої логіки дозволяє швидко та ефективно адаптувати систему під конкретний тип багатокомпонентної стічної води при коливаннях вхідних параметрів в широких межах. Запропонований спосіб здійснюється таким чином. Необхідний діапазон регулювання величини Eh, що дорівнює різниці між її вихідним і кінцевим значеннями, розбивається на декілька ступенів. На кожному ступені задаються проміжні та кінцеве значення величини Eh та необхідна величина рН середовища, які вводяться у промисловий контролер у вигляді масивів значень. Сигнали із давачів рН та Eh надходять до регулятора. Він у свою чергу згідно заданої програми ступінчастого регулювання формує керуючі сигнали, що подаються на відповідні насоси-дозатори. Перед початком роботи системи проводиться формування масивів статистичних даних про характер роботи системи в залежності від вихідних параметрів. При подальшому процесі керування на підставі цих даних отримуються оптимальні параметри регулятора, який в подальшому формує сигнал керування. При різких змінах вхідних параметрів стічної води на основі нечіткої логіки проводиться коригування даних значень, які далі впливатимуть на розрахунок значень параметрів регулятора адаптивної системи та формування керуючого сигналу. Встановлення кількості ступенів дозування реагентів та проміжних значень параметрів рН та Eh залежить від складу вихідної води, хімічних властивостей забруднення, виду реагентів і необхідного напрямку зміни рН та Eh середовища. Наприклад, при окисленні органічних забруднень таким лужним окисником, як гіпохлорит натрію, спочатку регулюють рН стічної води, потім дозують гіпохлорит натрію, внаслідок чого Eh середовища дещо підвищується. Цей реагент має сильнолужну реакцію, що призводить до значного підлужування води, яке гальмує підвищення Eh і не дозволяє наблизити цю величину до потрібних значень навіть при значних дозах окисного реагенту. В цьому випадку гіпохлорит натрію вводять у воду до першого проміжного значення Eh, при якому починає протікати реакція окислення. Оскільки найбільш високий окисно-відновний потенціал гіпохлоритні іони мають при рН 7,2-8,5, то в стічну воду вводять 5 кислоту для зниження рН до потрібної величини. При цьому за рахунок зниження рН величина Eh середовища додатково підвищується, що сприяє інтенсифікації реакції окислення. Далі подачу реагентів припиняють і протікає реакція окислення забруднень. Наступні кроки дозування гіпохлориту натрію проводять спочатку до більших проміжних і далі до кінцевого значення Eh, яке визначається окисно відновним потенціалом системи гіпохлоритний іон/іон хлору при заданому значенні величини рН. В тому випадку, якщо Eh води на протязі 10-15 хвилин не знижується нижче кінцевого значення, то реакція окислення вважається закінченою. Запропоноване технічне рішення має суттєві відмінності від відомих способів автоматизації процесу регулювання величин рН та Eh. Так, у запропонованому способі регулювання застосовується ступінчасте введення хімічних реагентів шляхом стабілізації спочатку рН, а потім ступеневої зміни Eh води до кінцевого значення, яке визначається окисно-відновним потенціалом окисника (відновника) при заданому значенні рН. Це дозволяє підтримувати оптимальні величини цих параметрів на протязі всього періоду, необхідному для протікання хімічного процесу окисленнявідновлення забруднюючих домішок. Використання адаптивної системи автоматичного керування технологічним процесом за допомогою промисло Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 65459 6 вого контролера та застосування в алгоритмі принципу нечіткої логіки надає можливість підтримувати необхідні значення рН та Eh водного середовища протягом всього циклу обробки води незалежно від коливань показників вихідної води. В результаті запропонований спосіб дозволяє одержати якісно новий результат - знизити витрату хімічних реагентів, що використовуються для окислення або відновлення забруднюючих домішок у багатокомпонентних стічних водах, особливо в умовах швидких коливань у широких межах концентрацій домішок та інших показників. Крім того, застосування запропонованого способу дозволяє підвищити ступінь вилучення забруднюючих домішок з води, зокрема важких металів, що підвищує екологічну безпеку технологічного процесу очищення багатокомпонентних стічних вод. Джерела інформації: 1. Смирнов Д.Н., Генкин В.Е. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов.- М: Металлургия, 1989. -224 с. 2. А.с. СССР № 1655830. Способ автоматического управления процессом очистки стоков промышленных предприятий, С02F1/52, 1991. 3. А.с. СССР № 1179287. Устройство для автоматического регулирования процессом нейтрализации сточных вод, C02F1/46. 1985 (прототип). Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601