Optimalizácia procesov s použitím štandardizovaných modulov riadenia

Väčšina programov používaných pre automatizáciu na čistiarňach odpadových vôd je založená na programovateľných logických kontroléroch (PLC). Každá optimalizácia procesu si vyžaduje aj zmeny, rozširovanie a prispôsobovanie programov v PLC. To si vyžaduje prípravu špecifikácií, aplikovanie algoritmov do PLC a testovanie softvéru. Väčšinou sa to zabezpečuje prostredníctvom externých firiem a vyžaduje si podstatné investičné náklady. Na mnohých malých a starších ČOV si to vyžaduje ak kúpu hardvéru.Často sa preto stáva, že úmysel optimalizovať procesy sa odkladá alebo celkom zamietne z dôvodu že nie je priaznivý pomer nákladov a ziskov.

Štandardizované moduly riadenia

Štandardizované moduly riadenia boli vyvinuté tak, aby splnili požiadavky biologických čistiarní odpadových vôd a umožnili zámer ich automatizácie realizovať rýchlo a lacno. Je to výhodné pre malé ČOV, ktoré nemajú k dispozícii odbor automatizácie a tiež nemajú technické skúsenosti ako špecifikovať zadanie alebo definovať algoritmus riadenia. S použitím štandardizovaných modulov riadenia je možné aj v stredne veľkých a veľkých ČOV optimalizovať určitý čiastkový proces. Moduly sú obecne formulované a sú naprogramované tak, aby boli schopné vyriešiť špecifické otázky automatizácie bez potreby meniť softvér. V porovnaní s bežnou praxou, kde sa aplikuje algoritmus riadenia na PLC, štandardizované moduly riadenia sa dajú ľahšie a rýchlejšie aplikovať bez potreby časovo náročnej prípravy, špecifikácie a špecifického programovania pre danú situáciu. Vďaka tomu sa možno rýchlo zrealizovať optimalizáciu procesu a skôr profitovať z potenciálu úspor. Všetky vypočítané žiadané premenné a signály pre zmenu stavu sa digitálne prostredníctvom fieldbusu prenášajú z modulov riadenia do PLC. Rovnako ako sondy a analyzátory pre monitoring procesov sa aj moduly riadenia používajú úplne identickým spôsobom prostredníctvom kontroléra, ktorý umožňuje ich konfiguráciu a prenos údajov. Moderné kontroléry umožňujú aj vzdialený prístup, čo zjednodušuje optimalizáciu ich nastavenia po spustení modulov riadenia. Tým sa znižujú náklady a ľahšie a rýchlejšie sa môže modul riadenia uviesť do plnej prevádzky. V tomto článku sú bližšie popísané štandardizované moduly riadenia na dávkovanie zrážadla pre chemické odstraňovanie P a modul riadenia pre trvania fáz aerácie a denitrifikáce pre ČOV s prerušovanou nitrifikáciou.

 

Štandardizované riadenie pre odstraňovanie PO4-P (RTC 101 P-modul)

Roztoky železitých solí pre chemické odstraňovanie PO4-P sa na mnohých menších a stredne veľkých ČOV dávkujú manuálne s nastavením konštantnej dávky alebo v závislosti od prietoku. Aby sa za každých okolností zachovala limitná hodnota Pc na odtoku z ČOV, sa PO4-P zráža na výrazne nižšiu hodnotu s bezpečným odstupom od limitu, čo však spôsobuje predávkovanie zrážadlom. Pri klasickom spôsobe riadenia, v podmienkach, keď sa mení hydraulické zaťaženie a účinnosť biologického odstraňovania fosforu nie je možné iným spôsobom zabezpečiť, že bude spoľahlivo zachovaný limit na odtoku z ČOV. S použitím RTC101 P-modul štandardizovaného riadenia na odstraňovanie orto-fosforečnanov je možné dávkovať zrážadlo podľa zaťaženia s PO4-P. Dávkovaním podľa zaťaženia sa predchádza prekračovaniu limitov na odtoku a tiež znižujú náklady na zrážadlo a redukuje sa množstvo zrážaním vznikajúceho kalu. Množstvo vznikajúceho kalu má veľký vplyv na úspory. V bežnej konfigurácii štandardizovaného modulu riadenia sa koncentrácia PO4-P meria s procesným analyzátorom. Údaje z analyzátora sú poskytované kontroléru, ktorý je priamo spojený s riadiacou jednotkou. Do riadiacej jednotky je zapojený signál z merania prietoku. Riadiaca jednotka vypočíta množstvo zrážadla a prostredníctvom výstupných analógových signálov vypočítané množstvo poskytuje dávkovaciemu čerpadlu. Ak je vypočítané množstvo menšie ako minimálny prietok čerpadla, modul automaticky prepína do pulzného/prerušovaného spôsobu prevádzky čerpadla. Všetky parametre potrebné na výpočet množstva zrážadla, ako sú príslušná žiadaná koncentrácia PO4-P, aktívny podiel kovu a hustota zrážadla sa zadávajú do modulu riadenia prostredníctvom displeja kontroléra.

 

 

Prostredníctvom štandardizovaného modulu na odstraňovanie PO4-P je možné aplikovať dopredný aj spätnoväzbový spôsob riadenia. Modul riadenia PO4-P sa osvedčil pri reakciách systému na nárazové znečistenia, ktoré sa prejavujú vplyvom priemyselnej činnosti alebo vplyvom zrážok. Popri prevádzkovej úspore na množstve spotrebovaného zrážadla, vďaka spoľahlivej funkcii je možné Pc dlhodobo udržiavať v stanovenom limite a šetriť aj časť nákladov na odplaty za vypúšťanie.

 

Štandardizované riadenie prerušovanej nitrifikácie (RTC105 N/DN modul)

Na stredne veľkých a malých ČOV sa na odstraňovanie dusíkatých zlúčenín často využíva proces prerušovanej nitrifikácie, Pre striedanie fáz prevzdušňovania a denitrifikácie sa väčšinou využíva spôsob riadenia s pevným nastavením času ich trvania. Pri riadení prerušovanej nitrifikácie podľa pevného času sa v praxi často vyskytuje jav, kedy je koncentrácia NO3-N vysoká a koncentrácia NH4-Nje dlhodobo zostatková. Príčinou je prebytočné množstvo kyslíka, ktorý sa dostáva do procesu a umožňuje nitrifikáciu až na veľmi nízke ostatkové koncentrácie, ale súčasne môže inhibovať denitrifikáciu. RTC105 N/DN Modul riadi proces prerušovanej nitrifikácie iným spôsobom. Udržiava koncentráciu NO3-N a NH4-N v stanovených medzných hodnotách a zabezpečuje adekvátne množstvo vzduchu. Proces riadi podľa aktuálnych koncentráciíNH4-N a NO3-N v procese. Ušetrí množstvo prebytočného kyslíka, ktorý sa v procese akumuluje nad efektívnu koncentráciu potrebnú pre rýchlosť nitrifikácie. Denitrifikácia nie je inhibovaná prebytočným množstvom kyslíka a v procese denitrifikácie sa môže využívať kyslík chemicky viazaný v dusičnanoch. Tým, že je kontrolovaná koncentrácia amónnych iónov, ušetrí sa aj množstvo kyslíka potrebného na nitrifikáciu až na zostatkové koncentrácie. N/DN modul stanovuje čas potrebný na nitrifikáciu a denitrifikáciu N/DN-RTC na základe absolútnych meraných hodnôt ako aj rýchlosti nárastu a poklesu ich koncentrácie. Kontrolér rozhoduje o fáze s prevzdušňovaním alebo bez prevzdušňovania na základe matematického kritéria. Koncetráciu O2 je možné počas nitrifikácie udržiavať na špecifickej úrovni s použitím šiestich stupňov aerácie. Štandardizovaný modul riadenia je konštrukčne podobný ako RTC101 P. Ku kontroléru je v aplikácii pripojený analyzátor na meranie NH4-N a sondy na meranie NO3-N a O2, tak, aby bolo možné merať aktuálne zaťaženie aktivačnej zmesi. Z kontroléra sa digitálne signály prenášajú do PLC, ktoré zabezpečuje zapínanie a vypínanie prevzdušňovania. Prostredníctvom kontroléra sa zadávajú cieľové hodnoty pre žiadané koncentrácie NH4-N a NO3-N na odtoku z aktivácie. Váhový faktor definuje, ktorá z dvoch žiadaných hodnôt má vyššiu prioritu. Rozhodnutie o tom, či má dôjsť k zmene stavu medzi nitrifikáciou a denitrifikáciou sa uskutočňuje nielen na základe celkových odchýlok medzi meranými hodnotami a prednastavenými žiadanými hodnotami, ale tiež na základe rýchlosti zmeny meraných hodnôt. S cieľom garantovať bezpečnú prevádzku v každej situácii a zabezpečiť, aby požadovaný vek aktivovaného kalu neklesol pod žiadanú hodnotu v aeróbne stabilizovaných systémoch, je vopred definovaný minimálny a maximálny čas nitrifikácie a denitrifikácie, ktorý sa modulom prioritne zachováva.

 


Obrázok 2:Porovnanieparametrov v procese pri klasickom časovom riadení (v ľavo) s riadením s použitím modulu RTC105 N/DN (v pravo).

 

V ČOV Trenčín - Pravý breh bol modul inštalovaný v priebehu dvoch dní. Parametre procesu si nastavujú sami prevádzkoví pracovníci. Štandardizovaný modul spracováva výsledky analýz v reálnom čase. V závislosti od reálneho zaťaženia upravuje dobu trvania fázy nitrifikácie a denitrifikácie. V závislosti na reálnom zaťažení riadi aj frekvenčný menič pre výkon dúchadla, tak, aby bolo zabezpečené dostatočné množstvo vzduchu pre nitrifikáciu.

 

Obrázok 3: Priebeh koncentrácií NO3-N, NH4-N a O2 a riadené trvanie fázy nitrifikácie a denitrifikácie a výkonu dúchadla.

 

Aplikáciou na ČOV Trenčín sa dosiahla 15 % úspora elektrickej energie potrebnej na prevzdušňovanie v porovnaní s predchádzajúcimi rokmi.

 

Záver

Výhodou štandardizácie modulov riadenia procesov čistenia odpadových vôd je poskytovanie možnosti rýchlej a lacnej aplikácie s jednotným systémom ovládania modulu a analytickej techniky. Štandardizované moduly sa používajú vo veľkom počte aplikácií. Vďaka tomu s počtom konkrétnych realizácií narastajú skúsenosti, ktoré sa opäť implementujú do úprav softvéru pre riadenie. Ten sa pravidelne aktualizuje vo všetkých aplikáciách, takže z rastu skúseností majú úžitok všetci užívatelia. Výhody komunikačnej technológie umožňujú ľahkú výmenu údajov medzi riadiacim systémom, PLC a kontrolérmi inštalovanými na mieste. Dnes nie je dôležité miesto, kde sa vypočíta žiadaná premenná, či v PLC alebo v riadiacej jednotke štandardizovaného modulu riadenia. Dôležité je, že proces možno v krátkom čase optimalizovať a dosiahnuť zlepšenie procesu. Okrem vyššie uvedených modulov sa môžu využívať aj štandardizované moduly na riadenie nitrifikácie v SBR reaktoroch, riadenie veku kalu a optimalizáciu dávky polymérov na zahusťovanie alebo odvodňovanie kalu. Každý z týchto modulov môže byť inštalovaný v systéme ČOV ako nezávislý modul alebo v kombinácii na riadenie viacerých čiastkových procesov súčasne.

 

Text: Miroslav Kollár, Hach Lange

 

 

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
7 + 2 =
Odoslanie formulára

Priemyselné utierky

MEWA - priemyselne_utierky