污水處理技術(shù)概述

污水處理是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工程，就是采用各種方法將污水中所含有的污染物質(zhì)分離出來，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害和穩(wěn)定的物質(zhì)，從而使污水得以凈化。涉及到污水的匯集、沉淀、處理、檢測、排放等一系列的過程，現(xiàn)代的污水處理技術(shù)，按其作用原理可分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物處理法四大類?，F(xiàn)代化的污水處理工程會(huì)使用到各種自動(dòng)化的儀器儀表，本文結(jié)合液位計(jì)原理和污水處理工程特點(diǎn)，闡述了在污水處理工程中較常見的液位計(jì)選型及使用維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)。

污水處理工程一般包含污水預(yù)處理系統(tǒng)、生化處理系統(tǒng)、污泥處理系統(tǒng)三部分。污水預(yù)處理系統(tǒng)主要由進(jìn)水泵、粗細(xì)格柵、砂水分離器等構(gòu)成;生化處理系統(tǒng)是污水處理的核心，一般含沉淀、絮凝、厭氧、缺氧、好氧等工藝流程;污泥處理系統(tǒng)由污泥濃縮池、污泥脫水機(jī)等組成,包括污泥勻質(zhì)、濃縮、脫水、處置四道基本工序。

污水處理工程涉及液位（差）、流量、壓力、溫度、濃度(含PH、溶解氧等）、濁度等多種工藝參數(shù)的測量。其中液位測量占很大比重，在各個(gè)工藝階段幾乎都有液位檢測點(diǎn)。測量介質(zhì)包含水和溶液兩種。溶液是指用于改善污水水質(zhì)的溶液如:酸、堿等，一般純?nèi)芤河趦?chǔ)罐中貯存，混合溶液存于帶攪拌器的混凝土池內(nèi)。毋庸多言，水作為污水處理的對象，對其液位的檢測數(shù)量是*多的。相對其它工藝流程，污水處理工程的水位測量有它自身的特點(diǎn)：

1)測量介質(zhì)一般是含泥沙、油污等多種無機(jī)、有機(jī)污染物的污水，大多存于室外敞口池中；

2)生化處理系統(tǒng)使用氣浮工藝的水面上多存在泡沬；

3)調(diào)節(jié)池、濃縮池等多設(shè)有攪拌器。

相對于其它種類的測量儀表，適合污水處理工程使用的液位儀類型眾多。有接觸和非接觸測量兩類，涉及包括差壓式、浮力式、電學(xué)式、聲學(xué)式等多種測量原理的液位計(jì)。這對儀表的選擇提供了很大空間，同時(shí)也帶來了合理選型的難度。本文以式液位計(jì)、超聲波液位計(jì)和雷達(dá)液位計(jì)為例，結(jié)合原理，總結(jié)實(shí)際工作中液位計(jì)選型、安裝、使用和維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)。

四種用于污水處理工程的液位計(jì)

1磁翻板液位計(jì)

1.1測量原理

主要基于浮力和磁力原理。帶有磁體的浮子(簡稱磁性浮子）在被測介質(zhì)中的位置受浮力作用影響。液位的變化導(dǎo)致磁性浮子位置的變化、磁性浮子和磁翻柱（也成為磁翻板）的靜磁力耦合作用導(dǎo)致磁翻柱翻轉(zhuǎn)一定角度(磁翻柱表面涂敷不同的顏色)，進(jìn)而反映容器內(nèi)液位的情況。

1.2優(yōu)缺點(diǎn)及注意事項(xiàng)

1)顯示清晰、讀數(shù)直觀，方便現(xiàn)場監(jiān)控。

2)—般選用帶遠(yuǎn)傳功能的磁翻板液位計(jì)，不需多組液位計(jì)組合，即可同時(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場和操作室監(jiān)控，設(shè)備開孔少。

定期清洗主導(dǎo)管，清除管內(nèi)沉積雜質(zhì)。建議配套排污閥方便檢修。若測量介質(zhì)含腐蝕性時(shí)，須選用耐腐蝕的產(chǎn)品。

4)如圖1示，通常情況下，工藝與儀表專業(yè)的設(shè)計(jì)、維護(hù)以法蘭為界，因此，須注意液位計(jì)法蘭與工藝接管法蘭配對。另外,液位計(jì)根部閥V1、V2屬工藝選型或由儲(chǔ)罐配套。為保證液位計(jì)檢修時(shí)，不影響生產(chǎn)，V1、V2必須選用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，故在儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)或采購時(shí),儀表專業(yè)須向工藝專業(yè)提出要求。

1.3使用位置

在污水處理工程中多選用側(cè)裝式的磁翻板液位計(jì)，常用于需現(xiàn)場和操作室兩地監(jiān)控的位置，如酸罐、堿罐、部分藥罐液位檢測。

2投入式液位計(jì)

2 1測量原理

基于所測液體靜壓與該液體高度成正比的原理，采用多晶硅、陶瓷或電容壓力傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)成電信號。一般由直接投入液體中的傳感器、用于信號放大、校正、補(bǔ)償、結(jié)果顯示的變送器和導(dǎo)氣或連接電纜(傳感器與變送器連接)三部分組成。

2 2優(yōu)缺點(diǎn)及注意事項(xiàng)

1)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格較便宜。

2)傳感器直接投入被測液體內(nèi)測量，因此不受介質(zhì)起泡影響。

3)由于傳感器與變送器間為柔性連接，儀表貯存及運(yùn)輸方便,尤其在大量程的液位測量中，其優(yōu)勢更突出。安裝方便,只須將傳感器直接投入被測液體，即可實(shí)現(xiàn)測量。

4)水流沖擊、摩擦振動(dòng)(尤其是與液位變化同方向的振動(dòng))等因素會(huì)改變投入式傳感器在液體中的位置，進(jìn)而影響測量值，所以*好將液位計(jì)安裝于水流相對平穩(wěn)的地點(diǎn)。受現(xiàn)場條件制約,無法避免時(shí)，*好將傳感器置于隔離管中安裝或選擇其它種類的液位計(jì)。圖2為加裝隔離管的投入式液位計(jì)在某調(diào)節(jié)池中的應(yīng)用示例，使用隔離管避免了因攪拌器工作引起的水流沖擊，保證了測量的準(zhǔn)確性。

5)使用于水質(zhì)過差的環(huán)境時(shí)，傳感器套孔易被污泥堵塞，導(dǎo)致測量值失真，需酌情定期清洗維護(hù)。為減少套孔被污泥堵塞的概率，建議將其安裝于離池底硫編的位池底大于100mm 的位置, 并使用隔離管。

6)使用壽命較短。使用一段時(shí)間后，易出現(xiàn)零點(diǎn)或量程漂移，現(xiàn)場校準(zhǔn)有難度。

2.3使用位置

雖然投入式液位計(jì)存在使用壽命較短，傳感器易堵等缺點(diǎn)，但由于它在價(jià)格和安裝維護(hù)方面的優(yōu)點(diǎn)，尤其是價(jià)格方面，一般僅千元左右，相對于后文提到的超聲波、雷達(dá)液位計(jì)一般需萬元左右，有較大優(yōu)勢，目前仍是污水處理工程測量敞口容器液位使用較多的液位計(jì)之一。

在上清液集水池、清水池、濾池等水質(zhì)相對較好的工藝流程中使用時(shí)，壽命較長,幾乎免維護(hù)?？梢允褂迷谒|(zhì)差的環(huán)境中，但不適合池底淤泥層過厚的池內(nèi)使用。加裝隔離管后可應(yīng)用于部分帶攪拌器的調(diào)節(jié)池、濃縮池等。

3超聲波液位計(jì)

3.1測量原理

是利用回波測距原理的非接觸式儀表?；夭y距原理又稱行程時(shí)間或傳播時(shí)間(TOF，Time ofFlight)測量原理。它是通過一個(gè)可以發(fā)射能量波(一般為脈沖信號）的裝置發(fā)射能量波，能量波遇到障礙物反射，由一個(gè)接收裝置接收反射信號。根據(jù)測量能量波運(yùn)動(dòng)過程的時(shí)間差來確定物位變化情況。由電子裝置對能量波信號進(jìn)行處理，*終轉(zhuǎn)化成與物位相關(guān)的電信號。利用超聲波作為能量波的液位計(jì)即是超聲波液位計(jì)。其測量原理如圖3示。液位高度計(jì)算公式如下：h- H- ~^Ct

其中，C為超聲波在空氣中的傳播速度；£為超聲波由液位計(jì)到水面往返一次的時(shí)間。由公式可見，液位高度受超聲波傳播速度的影響。而超聲波是利用氣體（絕大多數(shù)情況下是空氣)作為傳播介質(zhì)，空氣的壓力（真空度）、溫度、濕度、氣流等變化會(huì)改變超聲波傳播速度。例如，超聲波速度與溫度的近似公式為：C= C〇+ 0. 607X T

式中,Co為零度時(shí)的聲波速度332m/S;r為實(shí)際溫度(°c)。

可見，溫度變化會(huì)產(chǎn)生液位測量誤差。超聲波液位計(jì)的超聲放射及接收裝置均安裝于同一探頭中，這就決定了只能在發(fā)射引起的傳感器余振基本消失后，接收裝置才能檢測反射回波。另外，超聲發(fā)射是以脈沖方式進(jìn)行，而脈沖具有一定的時(shí)間寬度，因此，在超聲發(fā)射到余振基本消失的這段時(shí)間t’內(nèi)，液位計(jì)不能正常工作，這段時(shí)間對應(yīng)的液位B=ia，B稱為盲區(qū)，如圖3示,被測的*高液位如進(jìn)入盲區(qū)，儀表將不能正確檢測。盲區(qū)大小取決于發(fā)射裝置的功率。一般而言，發(fā)射裝置功率越大，發(fā)射頻率就越低，余振衰減時(shí)間越長，盲區(qū)也就越大。

3 2優(yōu)缺點(diǎn)及注意事項(xiàng)

1)具有工作可靠、精度高、使用周期長、免維護(hù)的特點(diǎn)，并具有相對的價(jià)格優(yōu)勢。

2)在污水處理工程中，多可選用一體式液位計(jì)，安裝簡便。

3)回波反射產(chǎn)生的干擾回波和假回波，可通過軟件來排除，但有效回波強(qiáng)度也同時(shí)被衰減。因此，設(shè)計(jì)選型時(shí)，要考慮衰減因素，選擇量程要留有一定的余量。

4)為了盡量減少干擾回波，安裝位置要盡可能選擇液面平穩(wěn)的位置，同時(shí)遠(yuǎn)離扶梯、檢修通道、進(jìn)水口、出水口、攪拌器，盡可能與池壁保持較遠(yuǎn)的距離。在探頭規(guī)定的波束發(fā)射角下，錐形波束在*低測量液面上的投影，不與容器壁及其它能反射聲波的構(gòu)件接觸。在避開盲區(qū)的前提下,盡量貼近*高液面安裝，以減少池壁回波的干擾。為獲得盡可能強(qiáng)的回波，要保證探頭與被測界面垂直。

5)*次投運(yùn)，須對儀表進(jìn)行使用位置、介質(zhì)特性、工藝條件等內(nèi)容的設(shè)定，完成空程、滿量程校正。利用配套軟件進(jìn)行回波曲線檢查，抑制干擾回波。建議在有條件的情況下,在池壁上分別標(biāo)注液位滿量程的20%、50%、95%、三點(diǎn)，以方便今后維護(hù)和檢驗(yàn)。

6)為避免因壓力、溫度等特性變化而產(chǎn)生的液位誤差，應(yīng)選擇有溫度補(bǔ)償?shù)漠a(chǎn)品。

7)泡沬是聲波反射不充分的表面，會(huì)吸收一部分或是全部的聲波脈沖能量，減少或是完全消除回波信號。因此，在被測液面存在泡沬的場合，不能使用。但在泡沬較輕，盲區(qū)允許的情況下,可通過加大液位計(jì)的功率,來實(shí)現(xiàn)測量。

3.3使用位置

超聲波液位計(jì)不能使用在測量工況變化劇烈或真空的場合,但污水處理工程一般不存在上述情況，這一優(yōu)勢使超聲波液位計(jì)在污水處理工程中得以廣泛應(yīng)用。

除了不能使用在有大量泡沬、液位波動(dòng)劇烈的地方外，幾乎可在污水處理的各個(gè)工藝流程中廣泛

使用，用于測量水池液位、液位差等。

4雷達(dá)液位計(jì)

4.1測量原理

超聲波、雷達(dá)液位計(jì)都是利用回波測距原理的儀表。利用電磁波作為能量波的液位計(jì)即是雷達(dá)液位計(jì)，又稱微波液位計(jì)。雷達(dá)液位計(jì)按結(jié)構(gòu)可分為天線式和導(dǎo)波式。天線式通過天線發(fā)射和接收電磁波,其結(jié)構(gòu)與超聲波液位計(jì)*為相似，都屬于非接觸式儀表。導(dǎo)波式是微波液位計(jì)的一種變型，英文名稱是Time DomainReflectometry(時(shí)域反射法)或簡稱TDR，也俗稱導(dǎo)波雷達(dá)，通常采用脈沖波方式工作。與微波液位計(jì)不同點(diǎn)在于微波脈沖不是通過空間傳播，而是通過一根(或兩根)從液位上方伸入、直達(dá)容器底的導(dǎo)波體低頻雷達(dá)具有較大的波束角和較長的波長，使之在有液面擾動(dòng)或攪拌的情況下能提供*好的回波曲線。但其較大的波束角制約了使用范圍。為彌補(bǔ)這一缺陷，在實(shí)際產(chǎn)品中，低頻雷達(dá)多與導(dǎo)波管結(jié)合。也就是說，一般導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)多使用低頻雷達(dá)。

4.2優(yōu)缺點(diǎn)及注意事項(xiàng)

由于雷達(dá)液位計(jì)與超聲波液位計(jì)在測量原理上相同，本文3. 2中1?5同樣適用于雷達(dá)液位計(jì)。但由于雷達(dá)液位計(jì)的特殊性,和超聲波液位計(jì)相比較，還有以下特點(diǎn)：

1)由于微波（電磁波)傳播不依賴介質(zhì)，所以雷達(dá)液位計(jì)不受介質(zhì)特性如壓力、溫度、真空度等影響，所以測量精度較超聲波液位計(jì)高?？梢允褂迷诠r變化較大或有蒸汽等超聲液位計(jì)不能正常工作的場合。

2)微波（電磁波）以光速傳播，使得雷達(dá)液位計(jì)

3)表1示出了不同特性的泡沫,對微波、超聲波信號的不同影響。由于污水處理工程液位測量所涉幾乎全是濕性泡沫，所以雷達(dá)液位計(jì)可代替超聲波液位計(jì)在液面有泡沫的場合使用。

4)使用導(dǎo)波雷達(dá)，可在帶攪拌、液面擾動(dòng)等復(fù)雜工況或安裝空間有限的場合實(shí)現(xiàn)測量。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)安裝在有攪拌器的液體中，若液體流速過快，建議將導(dǎo)波管末端固定，以減少導(dǎo)波管受力。

5)部分產(chǎn)品配套有智能軟件，可實(shí)現(xiàn)不規(guī)則池底的液位測量。

6)雷達(dá)液位計(jì)比超聲波液位計(jì)價(jià)格稍貴。

4.3使用位置

由于雷達(dá)液位計(jì)在有泡沫、帶攪拌的測量場合具有優(yōu)勢，它彌補(bǔ)了超聲波液位計(jì)在上述方面的不足?？梢哉f，雷達(dá)液位計(jì)適合在污水處理的各個(gè)工藝流程中使用，測量水池液位、液位差。

5結(jié)語

液位儀表是污水處理工程不可缺少的重要儀表。它種類繁多，根據(jù)介質(zhì)和現(xiàn)場條件的不同，各類液位計(jì)各具優(yōu)勢，形成一個(gè)多元化的局面。要找到*適合的產(chǎn)品，只有在液位計(jì)選型、安裝時(shí)，根據(jù)各液位計(jì)的特點(diǎn)，從測量介質(zhì)、安裝位置、儀表精度、價(jià)格、使用壽命、維護(hù)成本等多方面綜合考慮。隨著勞動(dòng)力和生產(chǎn)成本的不斷提高，儀表高精度、免維護(hù)性在儀表選型中所占的比重也隨之不斷增加。因此，在儀表采購成本允許的情況下,建議盡量選擇高精度、免維護(hù)的儀表。相對于磁翻板液位計(jì)和投入式液位計(jì)而言，超聲波、雷達(dá)液位計(jì)更符合上述要求。隨著電子技術(shù)及制作工藝的不斷提咼，超聲波、雷達(dá)液位計(jì)的價(jià)格會(huì)不斷下降，性能會(huì)不斷提髙，數(shù)量會(huì)不斷增多。