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Clair comme de la boue!

Par définition, les installations de traitement des eaux usées sont des utilisateurs très élevés de l'énergie et de leur bon fonctionnement nécessite un bon équilibre des paramètres biologiques et hydrauliques au long du processus. Toutefois, le maintien de cet équilibre peut être une tâche intimidante; surtout si la gestion opérationnelle n'ont pas accès à des données fiables et significatives en cours sur les niveaux d'interface essentiels aux étapes critiques des procédés de traitement, y compris les clarificateurs primaires, clarificateurs secondaires et épaississants.

Nigel Allen, de Hycontrol, étudie les problèmes complexes de contrôle des processus et d'automatisation associés au niveau des couches de boues et à la surveillance des interfaces dans le traitement des eaux usées et les industries connexes. Allen explique en outre comment les dernières technologies de sonar permettent de surmonter les faiblesses traditionnelles de la surveillance des interfaces en surveillant simultanément les niveaux de RAS et de FLOC afin d’optimiser le contrôle des installations et d’apporter des économies d’énergie significatives.

Introduction
Une mesure précise des niveaux d'interface est un problème complexe dans un environnement de décantation trouble et trouble, et sans une extraction d'échantillon importante et une analyse de laboratoire ultérieure, il peut être extrêmement difficile d'obtenir une image claire des profils de densité importants. La boue dans le réservoir diminue en densité lorsque vous vous déplacez du fond du réservoir vers le niveau d'eau supérieur. La boue la plus dense, située au fond du réservoir, peut aller de 3000 à plus de 6000 mg / L et dans un réservoir stable, la boue diminuera graduellement en densité jusqu'à environ 200 mg / L au sommet de la colonne. Généralement, les travaux de traitement sont intéressés par des boues de «qualité» dont la densité est supérieure à 2,500 mg / L. Cette boue au fond du réservoir est appelée RAS (Returned Activated Sludge). Les boues à cette densité sont assez lourdes pour ne pas remonter le réservoir lorsque des problèmes hydrauliques ou biologiques se produisent et sont suffisamment denses pour être qualifiées de biomasse de «bonne qualité», qui peut être retournée dans les voies d'aération pour faciliter le processus de prétraitement. détourné vers le gaspillage. Cependant, lorsqu'un changement se produit dans le processus de chargement du site, des problèmes peuvent survenir et les opérateurs doivent connaître la dynamique des différentes interfaces pour évaluer et contrôler efficacement le processus en cours.

Le problème
De nombreux systèmes sonar du mal à fournir des informations complètes et fiables dans ces conditions difficiles, car ils n'ont pas la puissance et la fréquence correcte de pénétrer à travers les solides en suspension. En l'absence de quelque chose de mieux, le seul autre moyen d'obtenir un «haut en bas» en entier a été d'utiliser des produits de trempage manuelles comme un «juge boues» ou un capteur de vide.

Cependant, ces appareils à forte intensité de main-d'œuvre ne fournissent pas une puissance continue de tendances et de contrôle. Ils ne donnent un aperçu visuel des couches d'interface dans les réservoirs, tout en ayant des problèmes de santé et de sécurité associés et indésirable.

Comme indiqué ci-dessus, les systèmes de surveillance d'interface sonar traditionnels ne répondent pas aux exigences requises. Leur gamme de fréquence et leur manque de puissance signifient qu'ils ne peuvent pas pénétrer beaucoup plus loin que des densités d'environ 1200-1500 mg / L, leur permettant ainsi uniquement d'identifier l'interface FLOC supérieure avec n'importe quel niveau de certitude. Sur la base de ces informations, une hypothèse énorme et potentiellement catastrophique est ensuite émise selon laquelle l’interface RAS plus dense correspondante suit l’interface FLOC dans toutes les conditions. C’est ce qui se produit effectivement dans des conditions stables (voir Fig. 2 & Fig. 3). Cependant, lorsque des déséquilibres apparaissent en raison de changements dans la charge du site, le maintien de cette hypothèse ne fait qu'aggraver les choses.

Si le site utilise un instrument qui ne peut contrôler la couche léger FLOC densité comme une base pour contrôler les pompes RAS puis, quand la couche FLOC augmente en raison d'un déséquilibre, les opérateurs sont automatiquement supposant la couche RAS dense est également en hausse. En conséquence, le site sera inévitablement augmenter soit le débit de pompage RAS ou laisser tomber le évasée dans une tentative de faire la couverture de remonter vers le bas de la cuve.

Cependant, ce qui se passe réellement est que la biomasse la plus dense «bonne qualité» est resté au fond de la cuve et ce n'est que la couche de FLOC léger qui a levé.

L'augmentation du taux de pompage ou la chute de la cloche n'aura que très peu d'effet sur la couche de FLOC plus légère qui s'est élevée dans le réservoir et ces actions élimineront très rapidement toute la biomasse de "bonne qualité" du réservoir et commenceront à refouler une biomasse de «mauvaise qualité» de densité plus légère. Cela aggravera ultérieurement le problème en ayant un effet négatif sur le rapport F: M (Ratio aliments / micro-organismes *).

* Le rapport F: M est l'un des paramètres de commande fondamentales pour le procédé à boues activées. La «nourriture» dans le rapport est la DBO (carbonée de la demande biochimique en oxygène ou carbonée demande biologique en oxygène) entrant dans le processus, les «micro-organismes» sont les matières solides des boues activées dans les bassins d'aération, qui sont mesurés en ppm ou mg / L de MLSS (liqueur mixte matières en suspension). Pour établir et maintenir une DBO et des matières secondaires enlèvement cohérente par les eaux usées, un procédé par boues activées doit maintenir le poids de la nourriture au poids des micro-organismes dans l'aération.

Sur certains sites, il pourrait prendre des semaines pour corriger pleinement la situation et pendant ce temps une aération accrue peut avoir été nécessaire augmentation de la consommation d'énergie à l'usine et donc les coûts d'énergie. Pour optimiser l'efficacité des installations, il est essentiel de surveiller la biomasse «bonne qualité» au 3,000 à 6,000 mg / L et le niveau FLOC simultanément. Cela permet à la possibilité d'un contrôle automatique de RAS pompes et vannes de manche d'entrée pour s'assurer que la biomasse SEULEMENT «bonne qualité» est retourné à l'aération ou à l'épaississant pour perdre.

La solution
Il est maintenant un système de sonar très efficace qui assure de telles situations ne peuvent se produire, en surveillant simultanément les deux interfaces. Submergé le transducteur haute puissance de Sonarflex envoie des impulsions ultrasoniques à travers le liquide, qui sont ensuite réfléchies par les différentes interfaces de densité, et sont même assez puissant pour pénétrer densités de plus de 6000 mg / L et de détecter le fond de la cuve. Ces signaux sont traités par le logiciel spécialisé pour fournir des sorties relatives à la fois aux niveaux FLOC RAS ​​et à l'intérieur du réservoir. Cette information vitale constitue la base de l'amélioration de processus et de contrôle afin de permettre le site pour optimiser les opérations de la consommation d'énergie et du site. Les niveaux d'alarme peuvent être configurés de sorte que dans le cas de la levée de niveau FLOC, les opérateurs peuvent faire les changements de processus nécessaire dans beaucoup de temps pour empêcher la persistance du problème et éviter une violation du consentement.

La clé du succès de cette innovation est la disponibilité d'une large gamme de capteurs, avec des fréquences allant de 30 kHz à 700 kHz. La comparaison de la théorie de «l'air» par ultrasons, (qui est une technologie bien établie pour la mesure de niveau), il est possible de comprendre la nécessité de multiples fréquences dans les applications de sonar. Mesurer le niveau de simple liquide dans un récipient 10 mètres de profondeur est très simple et presque tout à haute fréquence (40-50 kHz) transducteur donnera des résultats fiables et reproductibles. Cependant, si nous utilisons cette même fréquence sur une taille similaire silo qui contient un solide tel que le ciment, avec des concentrations de poussières en suspension, les résultats sont loin d'être réussie. Il sera inévitablement du mal à pénétrer plus de quelques mètres et serait hautement instable dans des conditions de remplissage, parce que les particules en suspension vont atténuer le signal de courte longueur d'onde à haute fréquence.

Par comparaison, si une fréquence plus faible (5-10 kHz) est utilisée avec une longueur d'onde plus grande, alors l'onde sonore peut traverser plus facilement les particules en suspension. Un exemple parfait de ceci est l'utilisation d'une corne de brume. Par mauvais temps, la visibilité est mauvaise car l'air est saturé d'humidité. Une fréquence élevée - une longueur d'onde courte serait beaucoup moins efficace dans ce scénario car le son serait atténué par les particules d'humidité et ne voyagerait que sur une courte distance. Les cornes de brume utilisent une longueur d'onde de basse fréquence pour projeter le son à travers les particules d'humidité vers la mer pour avertir les navires. Ceci est connu comme le «principe Foghorn».

Cette même analogie reste vrai pour sonar. Alors que les conceptions traditionnelles adoptent un «one size fits all 'philosophie pour les systèmes lit de boues (adoption d'une plage autour 600-700khz), la fréquence du capteur optimale doit être sélectionnée pour assurer la meilleure solution d'ingénierie dans une usine de traitement. Sonarflex utilise un capteur de fréquence différente pour la sédimentation primaire, clarificateurs primaires et secondaires, épaississeurs de boues, clarificateurs lamellaires et des réacteurs discontinus séquentiels (SBR).

SBR "s
SBR sont généralement installés où l'espace ou le coût sont à une prime. Ils combinent le bassin de décantation primaire, le processus d'aération et de règlement final / secondaire tout en un réservoir. De par la nature du principe de leur fonctionnement, les niveaux de liquide dans les réservoirs changent et un transducteur fixe traditionnel ne peuvent pas répondre à ces changements. Pour y remédier, un transducteur unique, flottant est utilisé lui permettant de suivre l'interface de couverture de décantation que les niveaux de décantation changent. En conséquence, les temps de décantation peuvent être surveillés beaucoup plus de précision et les temps de traitement par lots améliorés peuvent augmenter le débit jusqu'à 20%.

Nettoyage Mécanisme
L'environnement de traitement des eaux usées est rude et les conceptions de l'instrumentation standards ont peu de chances de survivre plus de quelques semaines. Les transducteurs à ultrasons (soit submergée ou flottante) nécessitent un nettoyage régulier pour éviter des performances fiables en raison de l'atténuation du signal causée par l'accumulation de l'écume, mise à l'échelle, des bulles d'air ou de graisses. Cependant les systèmes de nettoyage mécanique, comme essuie-glaces, ont une durée de vie limitée et nécessitent un entretien constant et composants peuvent souvent besoin de changer aussi souvent que toutes les quelques semaines. Pour y remédier, la Sonarflex utilise un système de bras de levier d'actionnement breveté. (Nettoyage images par ici) Le cycle de nettoyage automatique est déclenchée sur la base d'un temps ou d'une réduction prédéterminée du niveau du signal. Lorsque cela se produit, le dispositif d'actionnement pousse le bras de support du transducteur à travers l'eau pour un angle de 45 °, puis il revient à la verticale. Cette action forte de cisaillement dans l'eau élimine tous les débris ou d'écume de la face avant et assure une performance optimale, sans la nécessité d'une intervention de l'opérateur.

L'attention au détail dans la conception de la Sonarflex couvre à la fois les fonctions opérationnelles électroniques et mécaniques. Il existe une version zone ATEX dangereuse, qui peut être utilisé pour le nombre croissant de bassins de décantation clos, construit pour réduire les odeurs libération dans l'atmosphère ou de capturer et de réutiliser les gaz de méthane. Une large gamme de protocoles de communication, y compris Fieldbus, Profibus, DeviceNet et HART, assurer une intégration transparente avec l'instrumentation de l'usine moderne et DCS. Le capteur peut être placé jusqu'à 500m de l'unité de commande et une option robuste de liaison sans fil peut fournir une communication pour faire tourner les unités équipées de ponts, tandis que la connectivité GSM fournit un accès instantané à tous les paramètres pour l'entretien, le support technique et la mise en service. Sorties et des relais multiples peuvent être utilisés pour des fonctions d'alarme et de contrôle ainsi que de nettoyage bras actionnement.

Versatilité
En fournissant à la fois analogique et une large gamme d'options de protocole de communication de bus AS sorties Sonarflex peut aider à maximiser l'efficacité du processus. Lors de l'utilisation de la version analogique de l'appareil, deux sorties 4-20 mA sont disponibles pour la surveillance des différentes densités à l'intérieur du réservoir. Sur un réservoir principal de l'interface peut être contrôlée à l'aide d'une sortie, tandis que les matières en suspension entre la face du transducteur et l'interface peuvent être contrôlés en utilisant la sortie CLARITY, fournir une indication de la façon dont le réservoir s'installe. Cette deuxième sortie peut être utilisée pour optimiser le contrôle de dosage par dosage qu'en cas de besoin et non sur une base temporelle traditionnelle, la quantité de floculant ou coagulant utilisé peut être réduite et d'importantes économies de coûts faite.

Sur un réservoir secondaire (image réservoir secondaire par ici), les deux sorties peuvent être utilisées pour surveiller la couche d'accès distant et la couche fournissant FLOC contrôle de la RAS pompes ou évasée pour optimiser la densité étant retourné à l'aération et à assurer une densité uniforme est gaspillée à l'épaississant. La sortie de FLOC plus faible densité peut fournir une indication de problèmes de processus et fournir un avertissement précoce d'une éventuelle violation de consentement. Dans un épaississant les deux sorties peuvent être utilisées pour contrôler le niveau de LIT et la clarté de l'eau. Surveiller le niveau de BED assure les filtres-presses ou le digesteur reçoit boues de densité compatible avec faible teneur en eau, des pompes à débordement bas. Cela réduit la formation de mousse et l'usure mécanique, rendant le processus plus efficace. Suivi CLARTE (solides en suspension entre la face du transducteur et le niveau du lit) fournit un contrôle pour le dosage de sorte que l'instrument fournira un signal de sortie indiquant la concentration des matières en suspension. Comme les matières en suspension augmentation, le dosage peut être augmenté et où ils diminuent, le dosage peut également être réduite, ce qui maximise le processus de dosage et de réduire les déchets au cours de l'administration.

Par ailleurs, si l'instrument est utilisé à l'aide des options de comms alors la plante PLC peut recevoir trois sorties avec n'importe quelle combinaison de RAS, FLOC, BED (niveau), et la clarté étant disponible. Que d'utiliser l'appareil en utilisant les deux sorties analogiques ou quatre sorties comms, les précieuses informations fournies peuvent améliorer le contrôle à travers les œuvres, fournir une indication rapide des problèmes de processus, prévenir les violations du consentement de décharge, le contrôle de dosage dans les réservoirs primaire et épaississants ainsi que la réduction l'usure des filtres-presses. Tout ce qui précède peut aider à réduire les coûts d'ensemble de la consommation d'énergie, de maintenance et chimiques sur les sites.

Comme le conclut Allen: "Jusqu'à présent, les opérateurs ont été littéralement« opèrent dans le noir »quand il s'agit de disposer de données fiables sur les niveaux d'interface critiques dans une gamme de réservoirs à différentes parties de leur processus. Notre solution leur donne maintenant des données qu'ils peuvent utiliser en toute confiance pour l'amélioration de leur processus. Les économies d'énergie dans les usines où Sonarflex a été installés dans le monde sont très impressionnants et nous nous attendons à voir les entreprises britanniques avantages similaires dans une période relativement courte. "

Hycontrol limitée
Redditch
Worcs.

Peut être contacté sur

Tel: 01527 406800
Fax: 01527 406810
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