摘    要：綜述水污染現(xiàn)狀及污水處理的液位測量方法, 各類污水流量計(jì)液位測量儀表之工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)。幫助污水處理企業(yè)正確選用適合自己的流量計(jì)儀表設(shè)備，提高測量準(zhǔn)確率節(jié)省企業(yè)資金。

 

　　1 概述

 

　　隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的迅速增長, 人們也加速使用了自然界的各種資源, 尤其是水資源。濫用水資源造成了如今人均水資源逐年減少, 以及嚴(yán)重的水體污染, 制約了社會的可持續(xù)發(fā)展。因此, 污水處理系統(tǒng)具有巨大的社會效益。伴隨自動化技術(shù)的飛速進(jìn)步, 在污水處理系統(tǒng)中采用自動監(jiān)控, 可調(diào)整設(shè)備和工藝參數(shù), 加強(qiáng)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性, 降低能耗, 減低人力勞動強(qiáng)度和成本, 具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

 

　　1.1 水資源緊缺的成因

 

　　(1) 科技發(fā)展依托資源的過分掠奪, 污染排放過度, 全球總?cè)丝谥鹉瓴粩嘣黾? 導(dǎo)致的用水量過大, 都使水體污染日益嚴(yán)重, 現(xiàn)有的資源無以為繼。

 

　　(2) 自然氣候變化劇烈, 降雨的不平均, 造成若干地區(qū)長期干旱, 生產(chǎn)生活十分困難, 而有些地區(qū)則剛好相反, 汛期會遭遇洪澇災(zāi)害, 嚴(yán)重時會危及人民群眾的財(cái)產(chǎn)生命安全。

 

　　(3) 城市化進(jìn)程加快, 城市面積占地球總面積不足1%, 如此眾多人口更多的集中在小范圍的土地上, 使得本就稀缺的水資源, 在集中供應(yīng)的過程中, 顯得更加吃力[3]。

 

　　1.2 水體污染的分類

 

　　(1) 物理型污染, 較為典型的就是懸浮固體污染, 就是一些廢物混入水中, 形成的懸浮在水中的污染。其次還有工廠為了循環(huán)冷卻排放廢水造成的熱污染, 以及冶煉開采放射性物質(zhì)造成的放射性污染等等。

 

　　(2) 化學(xué)型污染, 主要分為有機(jī)物污染和無機(jī)物污染兩類。有機(jī)物污染就是耗氧分解的污染物, 它將水中富含的氧消耗掉, 使水體中的動植物無法繼續(xù)生存。無機(jī)物污染主要是酸堿類污染和重金屬污染, 造成身體機(jī)能的損害。還有些植物會產(chǎn)生過量的營養(yǎng)元素污染, 造成水域的富營養(yǎng)化。

 

　　(3) 生物型污染, 來源于城市污水, 生物制品的廢水等。廢水污水的微生物多數(shù)都是無害的, 但是也有對人體造成傷害的病原體[4]。如果產(chǎn)生病毒、致病性微生物, 會使水域成為病菌的載體, 發(fā)生多種傳播性疾病。

 

　　1.3 污水處理工程

 

　　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。

 

　　污水處理工程自控系統(tǒng)涉及液位 (差) 、流量、壓力、溫度、濃度 (含p H、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, 在各個工藝階段幾乎都有液位檢測點(diǎn)。如預(yù)處理中的格柵系統(tǒng), 通過格柵前后的液位差, 來顯示格柵堵塞程度, 控制格柵運(yùn)行, 既可保障正常過水, 又可合理減少設(shè)備的磨損。

 

　　污水處理中的測量介質(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拗匈A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沫;

 

　　(3) 調(diào)節(jié)池、濃縮池等多設(shè)有攪拌器。

　　2 污水處理液位測量方法及優(yōu)缺點(diǎn)

 

　　污水處理中很重要的一個環(huán)節(jié)就是污水池的液位控制。液位控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中已得到大量應(yīng)用, 尤其是在化工領(lǐng)域, 液位控制是***常見的控制方法之一。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)。本文以實(shí)際使用***普遍的投入式液位計(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)。

 

　　2.1 投入式液位計(jì)

 

　　2.1.1 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)果顯示的變送器和連接電纜 (傳感器與變送器連接) 三部分組成。

 

　　2.1.2 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, 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;安裝方便。

 

　　(4) 水流沖擊、摩擦振動 (尤其是與液位變化同方向的振動) 等因素會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, ***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)。

 

　　(5) 使用于水質(zhì)過差的環(huán)境時, 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大于100 mm的位置, 并使用隔離管

 

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

 

　　在水質(zhì)相對較好的工藝流程中使用時, 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。

 

　　2.2 超聲波液位計(jì)

 

　　2.2.1 測量原理

 

　　利用回波測距原理的非接觸式儀表。它是通過一個可以發(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, 由一個接收裝置接收反射信號。根據(jù)測量能量波運(yùn)動過程的時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)。實(shí)現(xiàn)非接觸液位測量, 適合于腐蝕性強(qiáng)、高黏度、密度不確定液體, 價(jià)格較電容式和靜壓式液位計(jì)貴。

 

　　2.2.2 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)度也同時被衰減。因此, 設(shè)計(jì)選型時, 要考慮衰減因素, 選擇量程要留有一定的余量。

 

　　超聲波液位計(jì)的安裝主要是注意避免干擾:液位計(jì)探頭安裝位置避開進(jìn)水口和加藥口, 距離池壁要有一定距離, 且與池壁保持平行, 避免波束發(fā)射到池壁或其他物體上造成的干擾信號。當(dāng)液面有水花波動或有大量泡沫狀物質(zhì)時, 可以考慮做一個輔助套管插入水中, 這要求套管內(nèi)液面平穩(wěn)且沒有泡沫。對于密封的水池, 安裝液位計(jì)前要預(yù)留孔洞, 注意直徑盡量留大一些, 防止波束打在孔洞壁上產(chǎn)生干擾。另外, 超聲波液位計(jì)一般有20 cm的測量盲區(qū), 注意水池***高液位不能超過液位計(jì)的測量盲區(qū), 更不能高出液位計(jì)探頭, 防止液體浸泡探頭內(nèi)電子元件, 造成損壞。

 

　　超聲波液位計(jì)在使用中要保持探頭的清潔干燥。如果探頭表面粘上雜物, 發(fā)射的波束會被雜物反射, 造成干擾;寒冷地區(qū)冬季注意保持探頭的干燥, 否則探頭結(jié)冰, 同樣會產(chǎn)生虛假信號?，F(xiàn)場出現(xiàn)的噪聲、振動、潮濕等惡劣環(huán)境也會對液位計(jì)產(chǎn)生干擾, 在選型時應(yīng)留有一定的功率余量, 以免出現(xiàn)測量響應(yīng)慢、回波丟失、精度低等現(xiàn)場。

 

　　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沫、液位波動劇烈的地方外, 幾乎可在污水處理的各個工藝流程中廣泛使用, 用于測量水池液位、液位差等。

 

　　2.3 雷達(dá)液位計(jì)

 

　　2.3.1 測量原理

 

　　雷達(dá)液位計(jì)也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)。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。導(dǎo)波式通過一根 (或兩根) 從液位上方伸入、直達(dá)容器底的導(dǎo)波體傳播脈沖波。導(dǎo)波體可以是金屬硬桿或柔性金屬纜繩。微波脈沖沿桿或纜的外側(cè)向下傳播, 在被測液面上被反射, 回波被天線接收, 由發(fā)射脈沖與回波脈沖的時間差即可計(jì)算出傳播距離。

 

　　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)。

 

　　2.3.2 優(yōu)缺點(diǎn)及注意事項(xiàng)

 

　　(1) 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, 測量精度較超聲波液位計(jì)高, 可以使用在工況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) 電磁波以光速傳播, 測量更靈敏, 刷新速度更快。

 

　　(3) 污水處理工程液位測量所涉幾乎全是濕性泡沫, 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。

 

　　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工藝流程中使用, 測量水池液位、液位差。

 

　　3 結(jié)束語

 

　　水資源惡化、水資源的短缺, 影響了環(huán)境, 制約了目前可持續(xù)發(fā)展的大好局面。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, 形成一個多元化的局面。因此, 在液位計(jì)選型、安裝時, 應(yīng)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, 選取***合適的產(chǎn)品。既可安全可靠地實(shí)現(xiàn)污水處理中的各種工藝流程, 保證污水處理效果, 實(shí)現(xiàn)良好的環(huán)境效應(yīng);又可提高勞動效益, 節(jié)約能源和人力, 提高生產(chǎn)運(yùn)行及管理水平。