Diaconu Oana Proiect Sisteme de Control Statii Epurare

21
 UNIVERSITATEA VALAHIA TÂRGOVIŞTE Facultatea de Ingineria Mediului şi Stiinta Alimentelor Bd. Unirii nr. 18-24, B1, Târgovişte, 0200, jud. Dâmboviţa, ROMANIA  Tel/Fax: 0245.206.108; e-mail: [email protected] SPECIALIZAREA: SISTEME DE CONTROL Ş I EVALUARE  A CALIT ĂŢ II MEDIULUI  Controlul automat al proceselor de epurare a apelor uzate - Pr oiect - Coordonator ştiinţific:  Prof. Dr. Ing. Iordache Ștefania Masterand: Ing. Diaconu Oana - TÂRGOVIŞTE - 2014

Transcript of Diaconu Oana Proiect Sisteme de Control Statii Epurare

UNIVERSITATEA VALAHIA TRGOVITEFacultatea de Ingineria Mediului i Stiinta AlimentelorBd. Unirii nr. 18-24, B1, Trgovite, 0200, jud. Dmbovia, ROMANIATel/Fax: 0245.206.108; e-mail: [email protected]

SPECIALIZAREA: SISTEME DE CONTROL I EVALUARE A CALITII MEDIULUI

Controlul automat al proceselor de epurare a apelor uzate- Proiect -

Coordonator tiinific:Prof. Dr. Ing. Iordache tefania

Masterand: Ing. Diaconu Oana

- TRGOVITE -2014Cuprins

1. Aspecte generale privind sistemele de epurare a apelor uzate32. Perturbaii n sistemele de tratare a apelor uzate63. Instrumentaie n controlul proceselor Aspecte generale104. Senzori utilizati pentru monitorizare si control in treapta fizica si biologica a sistemelor de epurare a apelor uzate12Concluzii20Bibliografie21

1. Aspecte generale privind sistemele de epurare a apelor uzate

Epurarea apelor uzate reprezint ansamblul de msuri i procedee prin care impuritile de natur chimic sau bacteriologic coninute n apele uzate sunt reduse sub anumite limite, astfel nct aceste ape s nu mai duneze receptorului n care se evacueaz i s nu mai pericliteze folosirea apelor acestuia. Instalaiile de epurare sunt realizate tocmai n scopul intensificrii i favorizrii proceselor care se desfaoar n decursul autoepurrii. Procesul de epurare are ca rezultat obinerea unor ape curate n diferite grade de purificare, n funcie de tehnologiile i echipamentele folosite i un amestec de corpuri i substante denumite generic nmoluri. Att apele, ct i nmolurile trebuie s fie deversate fr ca prin aceasta s se aduc prejudicii mediului nconjurtor. Aceast condiie se poate realiza numai printr-o purificare avansat a apelor uzate.Epurarea apelor uzate cuprinde urmtoarele dou mari grupe de operaii succesive:reinerea i/sau transformarea substanelor nocive n produi nenocivi;prelucrarea substanelor rezultate sub diverse forme (nmoluri, emulsii, spume) din prima operaie.Procedeele de epurare a apelor uzate, denumite dup procesele de baz sunt:procedee mecanice n care procesele de epurare sunt de natur fizic;procedee chimice n care procesele de epurare sunt de natur fizico-chimic;procedee biologice n care procesele de epurare sunt att de natur fizic, ct i biochimic.Valorificarea sau tratarea n continuare a produselor obinute la epurare se face utiliznd, n mare, aceleai procedeee mecanice, fizico-chimice i biologice, n acest sens, se poate da ca exemplu tratarea nmolului provenit din staiile de epurare oreneti, care se poate realiza prin: deshidratare, fermentare anaerob, stabilizare aerob, condiionare chimic, etc.n scopul epurrii, apele sunt trecute prin 1, 2 sau 3 trepte de epurare, fiecare avnd nite obiective clare, care trebuie realizate cu cea mai mare eficien. n final, naintea deversrii n emisar, este creat o instalaie de sterilizare a apelor uzate epurate.Treapta primar de epurare (sau treapta de epurare mecano-chimic) are ca scop extragerea din apele uzate a suspensiilor minerale i organice, a uleiurilor i grsimilor i neutralizarea unor compui chimici sau toxici (iar apoi scoaterea lor din ape, dup o precipitare/floculare prealabil). a) Treapta primar de epurare se compune din:1. Pe grtar sunt reinute suspensiile grosiere, crpe, resturi de esturi, plastice, bolovani, ramuri, etc. Este un sistem de reinere a tot ce aduce apa uzat i are dimensiuni mai mari de 2-4 cm. Apa nu staioneaz i nu au loc alte procese dect cel de reinere mecanic a impuritilor. Curirea lor se face mecanic, iar materialele adunate sunt transportate pe platformele de gunoi controlat.2. Pe site se continu procesul de reinere a particulelor cu diametre mai mari de 2-3 cm, prin trecerea apei n flux continuu, viteza de scurgere scznd foarte puin. Este tot o activitate fizico-mecanic de separare a particulelor mari.3. n deznisipator, viteza de trecere a apei scade semnificativ pn la o vitez care s permit sedimentarea marii majoriti a particulelor minerale (deci inclusiv a nisipului fin). Aceasta se calculeaz n funcie de coninutul particulelor i pe baza unor msurtori efectuate, n prealabil, n laborator. Ca urmare a trecerii apei prin primele trei obiecte ale staiei de epurare, sunt ndeprtate din ap 95-98% din suspensiile mari i toate suspensiile minerale, dar i circa 40% din suspensiile organice mai grele.4. n separatorul de grsimi, emulsiile de uleiuri i substane uleioase/grase sunt aduse la suprafaa apei prin barbotarea maselor de ap cu ajutorul aerului insuflat prin diuze speciale sau plci poroase. Prin aceasta barbotare a apei are loc i o parial introducere de oxigen dizolvat n masa apelor uzate, oxigen care faciliteaz dezvoltarea microflorei bacteriene aerobe. Uleiurile i celelalte substane grase, astfel aduse la suprafaa apei, pot fi uor colectate i ndeprtate.n cazul n care apele uzate sunt prea acide sau prea bazice, se pot aduga substane chimice destinate neutralizrii acestor ape. n cazul n care apele conin unele substane toxice, ele pot fi eliminate n camera de reacie, unde, n contact cu substane chimice specifice, acestea ies din starea de substane dizolvate, se floculeaz i astfel pot fi ulterior ndeprtate prin decantare.5. Ultimul obiect al treptei de epurare mecano-chimic l reprezint decantorul primar. n el, apa uzat staioneaz circa dou ore la apele menajere oreneti i circa 10-15 ore la apele zootehnice, timp n care cad la fund majoritatea suspensiilor organice particulate. n cursul decantrii sunt eliminate din ape suspensiile organice particulate, pe care s-au adiionat o serie de bacterii reductoare. n cursul procesului de decantare, organismele aerobe consum oxigenul dizolvat din ap, astfel nct, la ieire, apa este practic lipsit de oxigen.La ieirea din aceast treapt de epurare, apa trebuie s fie cvasilipsit de suspensii minerale i organice particulate, sunt reduse cele mai multe substane chimice toxice, dar rmn nemodificate substanele organice coloidale i cele dizolvate. Pe traseul treptei primare de epurare microflora bacterian se nmulete necontenit, ea fiind dominat de bacteriile anaerobe-facultativ aerobe. Aceast microflor i ncepe procesul de epurare biologic prin consumul de substane organice. Organismele caracteristice sunt bacteriile, flagelatele i ciupercile.n Romnia, exist numeroase staii de epurare care sunt construite numai din obiectele treptei primare i care, din pcate, nu funcioneaz niciuna la parametri satisfctori, ceea ce face destul de grav aceast situaie, care este incompatibil cu normele europene de epurare a apelor uzate.

b) Treapta secundar de epurare a apelor uzate (sau treapta biologic de epurare) are ca scop ndeprtarea din apele uzate a substanelor organice moarte aflate n stare coloidal sau dizolvate. Acest proces este realizat de ctre organisme vii degradatoare deci de microflora bacterian i de cea fungic. Instalaiile n care se desfoar aceste procese sunt create tocmai pentru a optimiza activitatea microorganismelor aerobe descompuntoare.

c) Treapta teriar de epurare a apelor uzate este un sistem mai nou, dar din ce n ce mai solicitat de epuratori. El vizeaz reducerea la maxim a substanelor organice rmase n ap (n general cele greu biodegradabile) reinerea suspensiilor i a nutrienilor eliberai n treapta secundar de epurare i a microorganismelor patogene mai rezistente.Cea mai eficient metod este ozonizarea apei. Din pcate, aceast tehnic este costisitoare, distruge cvasitotalitatea substanelor organice i nu rezolv problema nutrienilor (care nu sunt oxidai de ozonul introdus n ap).

2. Perturbaii n sistemele de tratare a apelor uzate

Adoptarea unei soluii adecvate de automatizare, presupune, pe de o parte cunoaterea ct mai complet a evoluiei procesului, a restriciilor tehnologice n care evolueaz, iar, pe de alt parte, proiectarea i alegerea unei soluii, att ca structur conceptual ct i ca echipamente de automatizare care s permit conducerea procesului dup strategii predeterminate cu satisfacerea criteriilor de performan, impuse ntregului sistem de conducere.Necesitatea introducerii sistemelor de conducere deriv din incapacitatea proceselor de a-i automenine starea de echilibru dinamic n prezena perturbaiilor. Perturbaiile care ndeprteaz procesul de la starea de echilibru necesar meninerii unui optim funcional pot fi interne sau externe. De asemenea, ele pot avea un caracter trector, ciclic sau periodic, n marea lor majoritate fiind aleatoare. Existena perturbaiilor i aciunea lor direct sau indirect asupra proceselor n sensul ndeprtrii acestora de la starea de echilibru justific necesitatea construirii sistemelor de conducere care prin concepia i aciunea lor ind s menin sau s readuc procesul n starea de echilibru necesar unei bune funcionri, adic a evoluiei acestora n sensul dorit.Pe msur ce procesele de epurare a apelor uzate sunt mai complexe i mai sofisticate, devine mai important nu numai msurarea diferiilor parametrii, ci i automatizarea rspunsului echipamentelor folosite n cadrul procesului. Costurile suplimentare, complexitatea i ntreinerea aferente masurtorilor i controlului procesului trebuie foarte bine evaluate pentru a justifica automatizarea i instrumentaia necesar. Un eventual ghid pentru aceast evaluare trebuie s respecte urmtoarele condiii: trebuie msurai on-line numai parametrii de importan semnificativ pentru proces, deoarece costurile traductoarelor i sondelor specifice este ridicat; naintea controlrii oricrui parametru din cadrul procesului, trebuie determinate reglementrile proprii existente care pot reduce nevoia controlului; trebuie ales cel mai simplu mod posibil pentru realizarea satisfctoare a sarcinilor de control i decizie; este esenial pentru controlul oricrui proces ca parametrul selectat s reprezinte efectiv procesul supus controlului; (de exemplu, reglarea debitului de nmol activ n exces poate fi adaptat n funcie de debitul influentului); orice sistem de control, indiferent de gradul de complexitate, trebuie s aib posibiliti de operare manual-local; datorit posibilitii apariiei unei avarii, indiferent de natura ei, n sistemul automat de control, elementul de control final, de exemplu vana, pompa sau alimentatorul trebuie, n mod obligatoriu, s poat fi operat i manual; un sistem de control nu trebuie s fie mai inteligent dect operatorul care-l utilizeaz; personalul de operare trebuie s cunoasc modul de introducere a datelor iniiale i interpretarea rezultatelor pe care le ofer.Gradul de control care este eficient din punct de vedere al costurilor este dependent de dimensiunea staiei. Costurile operrii chiar pentru staii cu acelai numr de locuitori difer n funcie de tipul staiei, operarea ei i gradul de automatizare i control. Este dificil s se evalueze raportul costuri/beneficii, n special pentru c informaiile nu sunt ntotdeauna obiective. Beneficiile investiiei n instrumentaia de control i automatizare trebuie cuantificate prin reducerea costurilor operrii, substituirea investiiei i mbuntirea calitii efluentului datorit unei operri mai consistente. Realizarea controlului contribuie la creterea capacitii SEAU. Astfel, ca alternativ pentru extinderea fizic a staiei se poate opta pentru optimizarea proceselor de epurare, introducnd de exemplu un sistem avansat de control de tip SCADA.n comparaie cu alte procese industriale, procesele de epurare a apelor uzate au cteva elemente distincte att n ceea ce privete caracteristicile procesului, ct i obiectivele operaionale. Acestea necesit consideraii specifice n proiectarea sistemului de control. Ele pot fi grupate astfel:a) Perturbaii ale proceselor de epurare compoziia i debitul influentului nu sunt constante, ele avnd variaii orare, zilnice, sezoniere; astfel, variabilele au un caracter aleator, cu ocuri de debit i ncrcare greu de anticipat i evaluat; Procesele din SEAU au o scar de timp diferit - de la minute, ore pn la luni; de aceea, intervenia i modificarea valorilor unui parametru necesit un anumit interval de timp pn apare o variaie sensibil n process; Pot aprea evenimente neprevzute cum ar fi ploi sau descrcri de substane toxice; Modificarea populaiilor microbiene Operarea necorespunztoare datorit fie erorilor umane, fie funcionrii defectuoase a echipamentelor sau instrumentaiei de monitorizare i control; ocuri de debit datorit pornirii/opririi pompelor. n general nu se pot face intervenii brute n sistemul hidraulic din staia de epurare deoarece pot apare regimuri tranzitorii de tip lovitur de berbec care pot induce fenomene secundare cu efecte greu de stpnit.De obicei, pentru atenuarea perturbaiilor, staia de epurare este prevzut cu un bazin de egalizare uniformizare.Complexitatea proceselor de epurare: Epurarea apelor uzate implic procese unitare multiple, cu interaciuni puternice. Controlul unui proces poate afecta performanele proceselor din aval, dar i din amonte. Intervalul mare de variaie a constantelor de timp: rspunsul hardware este de ordinul secundelor; turaia pompelor i poziia vanelor pot fi modificate n cteva secunde; concentraia oxigenului dizolvat se modific n cteva minute; debitul nu se propag instantaneu prin staie; dac se deschide o pomp debitul efluentului se va modifica n 20 40 minute; concentraia substratului variaz de la minute la ore, n funcie de viteza reaciilor biologice i de timpul hidraulic de retentive; variaia populaiilor microbiene are loc ntr-un interval de cteva zile pn la sptmni; modificrile sezoniere, n special temperatura, va influena dinamica staiei n ciclul annual; n aprecierea funcionrii SEAU trebuie analizai muli parametrii, de natur diferit, care au o evoluie independent; Sistemul trebuie s tie s ias din haosul tehnic care se poate instala uor datorit multitudinii de parametrii cu natur diferit: hidraulic, mecanic, biologic, chimic; Condiiile din SEAU nu sunt reproductibile; este dificil s se adopte decizii corecte operative dup datele vechi existente n banca de date; Procesele din SEAU sunt procese cu caracter continuu datorit curgerii nentrerupte a fluidelor polifazate spre staie.

b) Variabilele care pot fi manipulateinnd seama de complexitatea proceselor de epurare a apelor uzate, numai un numr limitat de variabile pot fi manipulate. Acestea pot fi, n cazul epurrii biologice, debitul de aer, debitul nmolului activ recirculat, debitul de nmol evacuat din decantorul secundar.

c) SenzoriiPn de curnd lipsa senzorilor era un obstacol major pentru controlul i automatizarea proceselor de epurare a apelor uzate. n ultimii ani ns, acetia au cunoscut o dezvoltare important, n special pentru msurarea nutrienilor.

d) Obiectivele operaionalen general, obiectivele staiei de epurare a apelor uzate se rezum la conformarea la standardele de mediu impuse pentru efluent. Acestea sunt diferite de la ar la ar. n cadrul Uniunii Europene criteriile de calitate ale efluentului au devenit mai omogene, dar exist diferene majore n modul n care sunt impuse aceste criterii. Principalele diferene se refer la intervalul de timp al metodelor de recoltare a probelor (la 2 ore, 24 de ore sau 7 zile), excluderea datelor pentru evenimente extreme i conformarea metodei de evaluare. Aceste moduri diferite de exprimare a limitelor de descrcare influeneaz fundamental proiectarea sistemului de control.Un sistem de control, denumit bucl de control, cuprinde urmtoarele elemente principale: instrumentaia de msur - senzorii, traductorul, convertorul, transmiterul, regulatorul automat/controlerul, elementul de corecie (elementul final de control) i elementul de execuie.Treapta secundar este destinat epurrii biologice a apei uzate ncrcate cu materii organice. Procesul utilizat n mod obinuit este cel aerob, proces dependent de meninerea concentraiei de oxigen dizolvat la 1-3 mg/l. Necesarul de aer trebuie s acopere att respiraia microorganismelor, ct i oxidarea substanelor organice. Pot fi realizate economii considerabile de energie i bani corelnd aerarea cu cererea real de oxigen.Parametrii de proces care trebuie meninui la anumite valori se numesc parametrii controlai, iar cei care pot fi modificai direct pentru a menine parametrii controlai la valori prestabilite se numesc parametrii manipulai.

3. Instrumentaie n controlul proceselor Aspecte generale

n ultimii ani instrumentaia de msur n epurarea apelor uzate a cunoscut o dezvoltare important n ceea ce privete performanele i fiabilitatea. Astfel, senzorii i analizoarele on-line i-au gsit aplicabilitate n diferite procese din epurare a apelor uzate: controlul influentului, controlul oxigenului dizolvat, aerarea intermitent, recircularea intern, ndeprtarea nmolului n exces, dozarea sursei externe de carbon, controlul nmolului recirculat, controlul fazelor n reactoarele secveniale, controlul precipitrii etc. Realismul i corectitudinea datelor msurate trebuie comparat cu cunotinele existente despre procesele respective. De aceea este esenial s se cunoasc foarte bine procesele de epurare. Rezultatele oricrei msurtori au un anumit grad de incertitudine, dar este important s se estimeze i s se in seama de aceasta. Trebuie realizat calibrarea i ntreinerea senzorilor conform instruciunilor. De asemenea, este recomandat realizarea regulat a unor msurtori de referin n laborator, pentru a certifica msurtorile efectuate de senzori.Nu este posibil s se fac o comparaie complet echitabil ntre dou staii de epurare diferite i nici ntre ri diferite. Sistemul de monitorizare difer n funcie de dimensiunea staiei, posibilitile financiare, nivelul de cunotine al conducerii i obiectivele care se au n vedere.Frecvena msurtorilor i reglrilor unui parametru depinde de timpul necesar acestuia s se modifice dup apariia unei perturbri. Timpul necesar unui parametru pentru a atinge 63.2% din diferena dintre condiiile iniiale i cele finale dup apariia perturbrii se numete constant de timp. Pentru a realiza controlul automat aceti parametrii trebuie msurai de 10...30 de ori mai des dect constanta de timp corespunztoare. Deci pentru aceti parametrii este necesar aparatur on-line de msurare.Amplasarea senzorilor pe fluxul de epurare este deosebit de important n obinerea datelor corecte, care s poat fi utilizate n procesul de monitorizare i control. Criteriile de alegere a unor seciuni sau puncte reprezentative pentru msurare i recoltare a probelor pot diferi de la o situaie la alta, dar exist o serie de consideraii general valabile: a) amplasarea seciunilor n imediata apropiere a punctelor de msur a debitelor n scopul corelrii datelor calitative cu cele cantitative; b) se aleg numai acele seciuni n care se constat modificri eseniale ale calitii apelor; c) stabilirea unor seciuni pentru urmrirea modului de asigurare a calitii apei necesar unor folosine i n scopul evidenierii efectelor produse de descrcarea apelor uzate provenite de la surse de poluare mai importante. O parte din parametrii se msoar numai cu scopul monitorizrii, alii att pentru monitorizare ct i pentru comanda i reglarea automat a proceselor. Se poate opta fie pentru utilizarea unui senzor independent pentru fiecare parametru, fie pentru utilizarea unei staii de monitorizare.

4. Senzori utilizati pentru monitorizare si control in treapta fizica si biologica a sistemelor de epurare a apelor uzate

Senzorul este primul element dintr-o bucl de reglare, care msoar modificrile variabilei de proces i raporteaz aceste modificri. El este un instrument care i schimb proprietile odat cu modificarea condiiilor din proces, care pot fi apoi msurate.

a. Senzori/Traductoare de debitImportana traductoarelor de debit rezult din rolul acestora n cadrul unor operaii eseniale, cum ar fi reglrile de debit, care ocup un loc central n controlul automat al proceselor de epurare.Traductor de debit electromagneticCostul debitmetrului este destul de mare, n special pentru diametre mari de conduct, dar cderea de presiune i ntreinerea lui sunt sczute. Are o mare acuratee, aceasta fiind afectat negativ doar la viteze sub 1 m/s.Traductor de debit cu ultrasuneteDeterminarea debitului utiliznd ultrasunetele este o metod neinvaziv. Debitmetrele cu ultrasunete msoar debitul unui fluid utiliznd senzori acustici cu frecvena 20 kHz. Deoarece nu au piese n micare, ntreinerea lor este uoar. Ele nu au pierderi de presiune i asigur o precizie mai bun fa de alte aparate, rezultatele fiind foarte uor afectate de temperatur, densitate sau conductivitate. Exist trei tipuri de debitmetre cu ultrasunete:1. Debitmetre ultrasonice cu timp de parcursAcestea sunt cel mai frecvent utilizate, fiind aplicate pentru fluide curate sau cu impuriti. Sunt uor de instalat, ntreinerea este sczut, nu realizeaz cdere de presiune i au o bun acuratee pentru conducte mari. Nu pot fi ns utilizate pentru nmoluri i este necesar montarea pe o poriune lung de conduct n linie dreapt. Pentru acest tip de debitmetru prezena particulelor solide sau a bulelor de gaz n fluid nu este dorit deoarece ele reflect undele sonore, care vor interfera cu cele transmise i recepionate de transmitorii ultrasonici. De asemenea, lichidul trebuie s fie un conductor rezonabil de energie sonic.

2. Debitmetre ultrasonice cu efect DopplerAcestea se utilizeaz pentru nmoluri, lichide cu bule, gaze cu particule solide sau lichide n micare turbulent. Costul este mic, ntreinerea sczut i nu realizeaz cdere de presiune. Sunt ns sensibile la vibraiile conductei, iar acurateea scade la viteze sub 0,9 m/s. Recent a fost realizat i un debitmetru clamp-on cu efect Doppler care funcioneaz cu curent alternativ sau cu acumulatori rencrcabili. Un set de terminale care furnizeaz la ieire un semnal 420 mA permit conectarea la un nregistrator sau alt aparat de citire i control.3. Debitmetre pentru canale deschiseDebitmetrele cu ultrasunete sunt utilizate cu succes pentru anumite msurtori de debit pe canale deschise prevzute cu deversoare sau canale cu trangularea seciunii tip Venturi sau Parshall.Pentru a indica corect debitul volumetric att pentru debitmetrele cu timp de parcurs ct i pentru cele cu efect Doppler este important ca ntotdeauna conducta s fie plin. Debitmetrul cu efect Doppler va continua s indice viteza fluidului chiar ntr-o conduct parial plin dac traductorii se monteaz sub nivelul lichidului.Distana de montaj fa de coturi, robinei, T-uri, pompe etc. trebuie s fie 10-20 diametre amonte i 5 diametre aval.Pentru debitmetrele cu ultrasunete cu timp de parcurs lichidul nu trebuie s conin particule solide sau bule de gaz sau aer. Bulele n special atenueaz semnalele acustice.Pe de alt parte debitmetrele cu efect Doppler se bazeaz pe particulele care reflect undele sonore. De aceea, pentru a obine msurtori fiabile trebuie s se in seama de concentraia minim i dimensiunea minim a particulelor sau bulelor. Se indic o valoare minim a concentraiei de particule solide sau de bule de 100 mg/l sau ppm. De asemenea, curgerea trebuie s aibe o vitez suficient pentru meninerea acestora n suspensie. Unii productori dau ca valori tipice 1,8 m/s pentru particule solide i 0,75 m/s pentru bule de dimensiuni mici.n ultimii ani s-au introdus debitmetre cu efect Doppler care opereaz la frecvene >1 MHz. n acest caz ele pot funciona pentru lichide virtual curate, deoarece reflectarea undelor ultrasonice se realizeaz de ctre vrtejurile din micarea turbulent.Numrul Reynolds influeneaz performanele debitmetrului. Astfel unele debitmetre cu efect Doppler sau cu timp de parcurs necesit numere Reynolds de minim 4000, respectiv 10000.Debitmetrele clamp-on necesit ca grosimea conductei s fie mic n raport cu distana pe care energia ultrasonic s o parcurg prin lichidul de msurat. De regul raportul diametru conduct/grosime perete conduct trebuie s fie mai mare de 10:1.

b. Senzori de nivelDiversitatea aplicaiilor, att sub raportul particularitilor fizice ct i ale performanelor pe care le solicit, au condus la o gam relativ mare de tipuri de senzori de nivel, att sub aspectul principiilor de funcionare ct i al realizrilor tehnologice. Astfel, senzorii de nivel pot fi: capacitivi, cu determinarea hidrostatic a nivelului, ultrasonici, cu transmitere nucleoinic sau radiometric a nivelului, cu microunde dirijate, cu radar. Dintre acetia n treapta biologic de epurarea a pei se pot utiliza urmtorii:Senzorul de nivel cu ultrasunete se utilizeaz pentru determinarea nivelului stratului de nmol din decantoare. Se pot utiliza pentru nivele sub 1m pn la 70 m i chiar peste i sunt disponibili ntr-o gam larg de ieiri analoge i digitale. Au un cost rezonabil, nu necesit ntreinere, dar spuma poate crea probleme i pot fi greu de calibrat.Senzorii de nivel nucleonici sau radiometrici fac parte din metodele neinvazive de msurare a nivelului. Ei sunt capabili s msoare nivelul lichidelor sau solidelor prin perei de oel inoxidabil sau alte rezervoare din metal.. Aceast tehnic poate fi folosit i pentru dterminarea nivelului interfeelor sau determinarea densitii.Senzorii cu microunde dirijate sunt o variant a tehnicii de msurare cu radar, fiind cunoscut sub numele de time domain reflectometry sau TDR. Posibilitile de msurare includ msurarea nivelului pentru lichide i solide, msurarea nivelului interfeei dintre lichide neconductive dielectrice slabe i lichide conductive.Senzorii de msurare a nivelului cu radar folosesc o tehnic neinvaziv, neafectat de modificarea temperaturii i presiunii procesului, vacuum, variaia compoziiei de gaze sau vapori, deplasarea aerului ntre senzor i suprafaa de msurat, densitate, conductivitate i constanta dielectric a produsului de msurat.Pentru controlul nivelului se poate utiliza i un senzor cu furc vibrant. Aceasta vibreaz la frecvena ei intrinsec, frecven care este redus cnd este acoperit de lichid. Schimbarea frecvenei determin acionarea unui comutator. Un astfel de senzor se poate utiliza n rezervorul de reactivi.

c. Senzori de oxigen dizolvatSenzorii pentru determinarea concentraiei de oxigen dizolvat se bazeaz fie pe metoda electrochimic, fie pe metoda optic.Senzor optic de oxigen se bazeaz pe fenomenul fizic al luminiscenei.Spre deosebire de tehnologiile senzorilor de oxigen dizolvat electrochimic, senzorul de oxigen dizolvat fluorescent nu consum oxigen. Nu necesit recalibrare frecvent sau curare frecvent (cu excepia cazului cnd este asociat cu nmoluri nocive), dovedindu-se a fi un senzor cu o durat de via mai mare i oferind citiri mult mai stabile i mai precise. De asemenea, sistemul este independent de valoarea debitului, astfel nct msurtorile pot fi efectuate n staii cu debite reduse.Senzorul poate fi montat pe stlp sau pe flotor i se leag la un controler. ntreinerea este foarte sczut, dar poate interfera cu substane chimice fluorescente.Senzor electrochimic de oxigen Acest senzor este fie galvanic, fie polarografic. Ambele utilizeaz un sistem de electrozi unde oxigenul dizolvat reacioneaz cu catodul pentru a produce un curent. Sistemele galvanice sunt mai stabile i mai precise la concentraii mici ale oxigenului dizolvat. Ele pot funciona cteva luni fr nlocuirea electrolitului sau a membranei, n timp ce sistemele polarografice trebuie ncrcate la cteva sptmni.

d. Senzor de turbiditate/ suspensii solideAceti senzori se gsesc n mai multe variante, n funcie de concentraia de suspensii solide care se dorete a fi msurat. Sunt construite fie din material sintetic, fie din oel nobil. Senzorul conine elemente structurale optice i electronice de valoare. Din acest motiv manevrarea acestuia trebuie fcut cu atenie pentru a nu crea ocuri mecanice puternice. El necesit calibrare periodic datorit modificrii distribuiei mrimii particulelor.

e. Senzorul de pHToate sistemele de determinare a pH-ului se bazeaz pe principiul celulei electrochimice. Senzorii de msurare a pH-ului necesit ntreinere periodic pentru curare i calibrare. Intervalul de timp dintre ntreineri depinde de caracteristicile procesului i de acurateea i stabilitatea dorite. n timp, proprietile electrice ale celor doi electrozi se modific. Calibrarea cu o soluie cu pH cunoscut, numit soluie tampon va corecta o parte din aceste modificri, ca i curarea jonciunii dintre electrozi. Cum timpul de via al oricrei baterii este limitat, la fel i timpul de via al electrodului de pH este finit, chiar dac lucreaz ntr-un mediu prietenos.

f. Senzorul pentru msurarea potenialului redoxMsurarea potenialului redox este o metod de determinare a activitii totale a microorganismelor, ieirea n mV permind controlul automat al reaciilor chimice. Senzorul pentru msurarea potenialului redox este aproape identic cu cel pentru msurarea pH ului, cu deosebirea c n locul electrodului de msur din sticl se utilizeaz un electrod realizat dintr-un metal nobil, ca de exemplu aur, argint sau chiar platin. Acestea au avantajul c nu reacioneaz chimic. Electrodul de referin este tot un fir Ag/AgCl, ca i pentru msurarea pH-ului. Valoarea pH-ului soluiei influeneaz n multe cazuri potenialul redox. Deoarece funcioneaz pe acelai principiu, s-au realizat senzori combinai care msoar att pH-ul ct i potenialul redox. Senzorul lucreaz corect numai dac vrful de msurare este complet imersat n lichid. Vrful de msurare nu are voie s fie inut mai mult de 10 minute n mediu uscat sau s ias din mediul de msurat. Pentru montajul senzorului, pentru lucrrile de ntreinere i pentru transport se utilizeaz clapeta de transport care se umple cu 3 mol. KCL sau soluie tampon cu pH 4.

g. Senzori pentru msurarea concentraiei de substane organice dizolvateConcentraia de substane organice dizolvate se poate exprima prin consumul biochimic de oxigen (CBO sau BOD n terminologia englez), consumul chimic de oxigen (CCO sau COD) sau carbonul organic total (COT sau TOC). Dintre acestea, cel mai adesea se determin CBO5, parametru care nu este de folos n controlul automat al procesului, fiind determinat dup 5 zile, n timp ce sistemul trebuie s ia o decizie n timp foarte scurt. Determinarea CCO se face n aproximativ 2,5 ore, dar au fost dezvoltate metode de determinare rapid, n 15 minute. Determinarea COT are de asemenea avantajul c se face rapid, n 5...10 minute. Se poate determina o relaie de dependen a rezultatelor obinute prin testele COT cu rezultatele obinute cu testele CBO, pentru o anumit ap uzat, astfel nct este recomandat pentru procesele de control determinarea COT. n literatura de specialitate se gsesc valorile tipice pentru rapoartele CBO5/COT i CBO5/CCO pentru ape uzate oreneti. Senzorii pentru determinarea concentraiei de substane organice dizolvate determin fie coeficientul de absorbie spectral (SAC spectral absorbtion coefficient) la 254 nm, fie carbonul organic total. Dintre cele dou, cel mai utilizat este primul, prin care se pot determina toi cei trei parametrii: CBO, CCO, COT.h. Senzorul pentru determinarea concentraiei de amoniuSenzorul pentru determinarea concentraiei ionilor de amoniu NH4+ poate fi utilizat cu sau fr unitate de sedimentare. n cazul n care se utilizeaz fr unitate de sedimentare, proba trebuie pregtit anterior.

i. Senzorul pentru determinarea concentraiei de nitraiPrincipiul de msurare se bazeaz pe absorbia UV de ctre nitrai, la lungimi de und mai mici de 250 nm. De aceea concentraia acestora se msoar direct, fr utilizare de reactivi.

j. Senzorul pentru determinarea concentraiei de fosfaiAcest senzor determin concentraia ionilor ortofosfai PO43- pe baza principiului fotometric.

k. RespirometrulRespirometrul msoar viteza de respiraie a nmolului activ, definit ca fiind cantitatea de oxigen consumat pe unitatea de volum i de timp de ctre microorganismele din nmolul activ. Ea se poate determina pentru diferite combinaii: nmol activ n amestecul mixt, nmol activ + prob de ap uzat, nmol activ + prob de referin, nmol activ + ap uzat + prob de referin. Parametrii cheie care pot fi determinai prin respirometrie sunt: viteza de consum a oxigenului, viteza de consum a substratului, oxigenul consumat n procesul de oxidare a materiilor organice, materia organic biodegradabil (CCO biodegradabil). Se pot deduce i ali parametrii de operare pentru controlul procesului de epurare cu nmol activ: raportul hran/microorganisme, timpul de retenie a nmolului activ, raportul de recirculare a nmolului activ, necesarul de oxigen, viteza de transfer a oxigenului n bazinul de aerare, observarea inhibiiei/toxicitii prin comparaie cu un amestec mixt nmol activ + ap uzat de la o alt staie de epurare. De asemenea, se pot determina parametrii cinetici pentru modelare.Un respirometru reprezint de fapt un reactor n care diferite componente sunt puse n contact i n care condiiile de experimentare au o mare influen asupra rezultatelor msurtorii. Pentru a interpreta corect viteza de respiraie rezultat din experimentri trebuie specificai cel puin trei factori: sursa biomasei, tipul substratului i timpul.

l. Senzor pentru determinarea caracteristicilor de sedimentare ale nmoluluiCaracteristicile de sedimentare ale nmolului sunt cel mai adesea exprimate prin indicele volumului de nmol, IVN. n ultima perioad au aprut senzori care msoar aceste caracteristici. Principala component a unui astfel de senzor este un cilindru de sticl n care se introduce o prob din amestecul mixt. Aceasta este supus sedimentrii n condiii asemntoare celor din decantorul secundar. Coborrea interfeei stratului de nmol este urmrit folosind transmiterea luminii, msurat fie cu ajutorul unei diode emitoare (LED) fixat pe una din pri i a unei fotodiode fixat pe partea opus, fie cu ajutorul unui cuplu LED fotodiod mobil.

Traductorul este un instrument care transform semnalul mecanic ntr-un semnal electric.Convertorul este un aparat care convertete un tip de semnal n altul. De exemplu transform intensitatea unui curent n tensiune, semnalul analogic n semnal digital etc.Transmiterul este un aparat care transform semnalul citit de la senzor la traductor ntr-un semnal standard i transmite acel semnal la un monitor sau un controler.Regulatoarele automate/Controlerele sunt aparate care primesc datele de la instrumentele de msurare, compar aceste date cu valoarea de referin programat i dac este necesar semnalizeaz un element de control pentru a realiza aciunea corectiv. Regulatoarele automate/controlerele locale sunt de trei tipuri: pneumatice, electronice sau programabile. Pentru a compensa perturbaiile ele pot utiliza mai multe tipuri de algoritmi de control: feedback, feed-forward, feedback i feed-forward, n cascad i adaptiv.Regulatoarele automate/controlerele pot executa funcii matematice complexe pentru a compara datele de intrare cu valoarea de referin i pot face simple adunri sau scderi pentru a realiza comparaii. Deci, ele primesc date de intrare, realizeaz funcii matematice i produc un semnal de ieire. Controlul poate fi de tip on-off, proporional, integral, proporional-derivativ, proporional-integral- derivativ. n ultimii ani s-au dezvoltat ns tipuri de control avansat bazat pe logica fuzzy, reele neuronale sau algoritmi genetici.Elemente de corecie (elemente finale de control) sunt elementele sistemului de control care modific fizic variabila manipulat. Pot fi vane, pompe, bobine etc. n procesul de control viteza de rspuns a elementului de corecie este foarte important. Cele mai multe mbuntiri ale acestora au fost fcute pentru a micora acest timp.Elementul de execuie este partea elementului final de control care produce modificri fizice n elementul final de control cnd i se semnalizeaz acest lucru (un exemplu ar fi elementul de execuie al vanei care comand nchiderea sau deschiderea acesteia n urma semnalului de control transmis de controler).

Concluzii

Avnd n vedere complexitatea fenomenelor care se desfoar n cadrul proceselor de epurare a apelor uzate, numrul mare de parametrii constructivi i funcionali care intervin i interinfluenele neliniare care se produc pe diferite ci ntre aceti parametri, perturbaiile aleatoare, rezult, n mod evident, necesitatea reglrii i conducerii automate a acestor procese. Intr-o accepiune general prin conducere automat a procesului de epurare se urmrete meninerea unei stri de echilibru dinamic a procesului de epurare fr intervenia operatorului uman. Se evit astfel o evoluie necontrolat a parametrilor cu instalarea unei stri dezastruoase de haos tehnic. n aplicaiile de control al proceselor de epurare efectele economice obinute prin reglare sunt foarte importante. Un sistem de monitorizare i control trebuie s asigure realizarea urmtoarelor obiective: reducerea costurilor, meninerea calitii, operare facil, protecia mediului i protecia investiiei pe termen lung.

Bibliografie

1. Barnett, M. W., Stenstrom, M.K., Andrews, J.F. Dynamics and control of wastewater systems, vol.6, second edition, Technomic Publishing Company, 1998 2. Metcalf&Eddy. Wastewater engineering. Treatment and reuse, fourth edition, McGraw Hill, 2003 3. Robescu, D., Robescu, Diana, Lanyi, S., Constantinescu, I. Tehnologii, instalaii i echipamente pentru epurarea apei, Editura Tehnic, Bucureti, 2000 4. Robescu, Diana Robescu, D., Lanyi, S. Silivestru, V., Iliescu, S., Vlad, G., Catan, I., Fgran, I., Ionescu, M., Panduru, V, Belu, D., Mocanu, R. Controlul automat al proceselor de epurare a apelor uzate, Editura Tehnic, 200821