Измерване и контрол на качеството на водата

Съвременните системи за контрол на качеството на водата решават проблема с антропогенното замърсяване (тежки метали, хлорорганични замърсявания, нитрати, радионуклиди и т.н.) на повърхностните, а също и на подземните води, по радикален начин. С тяхна помощ може да се получи цялата необходима информация за състава на питейната вода и данни за нейната проводимост, киселинност и температура.

Създава се и възможността за управление на дезинфекционния процес, чрез наблюдаване на промяната на физикохимическите показателите в реално време. В статията ще разкажем за структурите на системите за измерване и тяхната класификация, за измервателните комплексни устройства, за автоматизираната система за контрол на качеството на питейната водата.

Текст: списание Инфрабилд

Проблемът с контрола на качеството на питейната вода засяга много аспекти от живота на човешкото общество през цялата история на неговото съществуване. В момента проблемите на замърсяването на повърхностните и подземните води, са социални, политически, медицински, географски, инженерни и икономически проблеми. Единственият точен и надежден начин за тестване на водата за качество и годност за пиене, е нейният анализ. Анализът на качествените показатели на водата, създава възможност да се докаже, че тя е чиста и подходяща за пиене, миене и ежедневна употреба, за работа на домакински уреди-миялни, перални, както и за използване в аквариуми.

В условията на замърсяване на водните басейни, е необходимо да се намерят по-ефективни средства за контрол на качеството на водата. Контролът, осъществяван с помощта на автоматични устройства, допринася за по-бързото вземане на решения и прилагането на мерки за отстраняване на неблагоприятните въздействия върху водоизточниците използвани за водоснабдяване на населението. Автоматичният контрол се извършва чрез директно измерване на концентрацията на замърсителите с помощта на определени сензори във форма на електрически сигнал.

Структури на системите за измерване и тяхната класификация

Измервателните системи са предназначени да приемат и предават измервателна информация за състоянието на контролирания обект. Това състояние се характеризира с набор от измерени стойности. Опростената структурна схема на измервателната система се състои от три блока-измервателен канал(ИК), устройство за обработка на информация(УОИ), устройство за предаване на информация(УПИ), което предава информацията от измерването.

ИК е предназначен за възприемане и измерване на множество контролирани количествени стойности „X” от сензори и измервателни вериги. Състои се от набор от сензори, аналогови преобразуватели и аналогово-цифрови преобразуватели. Функциите на УОИ включват получаване на цифров код на резултатите от измерването, обединяване на кодови сигнали, получени на изхода на измервателния канал, цифрова обработка на косвени измервания и други операции. Като такива устройства могат да се използват микропроцесори или микрокомпютри. Извеждането на информация от измервателната система се осъществява с помощта на УПИ под формата на графика или азбучно-цифров текст(за оператора), или под формата на последователност от байтове за задвижващия механизъм.

В зависимост от изпълняваните функции, измервателните системи се разделят на четири типа-система за измерване, система за автоматичен контрол, система за техническа диагностика, система за разпознаване (идентификация) на изображения. По характера на взаимодействието на системата с обекта на изследване, измервателните системи се делят на активни и пасивни. Пасивните системи възприемат само информация, докато активните системи, действат върху обекта чрез устройство за външно въздействие, което дава възможност автоматично да се контролира този обект.

Измервателни комплексни устройства

Измервателните комплексни устройства са нов вид измервателни уреди. Те са предназначени за решаване на проблеми с контрола, автоматизацията и управлението. Широко разпространени са измервателно-изчислителните комплексни устройства(ИИКУ), базирани на микропроцесори. Тези устройства са стандартизирани. Измервателно-изчислителното устройство е автоматизирано средство(уред) за измерване, базирано на измервателна система. ИИКУ извършва следните операции. Възприемане, преобразуване и обработка на електрически сигнали от първични преобразуватели или обект на измерване. Генериране на електрически сигнали за въздействие върху обекта на изследване. Оценка на грешката в измерването и представяне на резултата от измерванията в установена форма.

Характеристиките на ИИКУ са наличието на компютър в техния състав, софтуерно управление от компютър на включени технически средства, използване на стандартни интерфейси за осигуряване на взаимодействие между включени устройства. Всъщност структурата на ИИКУ, е система обединена от програма за функциониране и обработка на измервателна информация на компютър. Информацията от измерване се съобщава на оператор, например, в цифров вид на дисплей и се въвежда в компютър за изчисляване на различни характеристики. В момента приборостроителната индустрия произвежда повече от 50 вида ИИКУ. Те са разделени на прости и сложни. Сложните ИИКУ са изградени на базата на високопроизводителни малки компютри. Те са в състояние да решават сложни проблеми на промяна и обработка на информация. Простите ИИКУ решават проблеми с ниска сложност. Изградени са на базата на миникомпютър.

Автоматизирана система за контрол на качеството на питейната водата

Основната роля на въвеждането на системи за автоматизация е повишаване на нивото на ефективност, мобилност и улесняване на работата на служителите. Благодарение на тези промени нивото на конкурентоспособност на пазара се повишава, а ресурсната база се използва мощно. Автоматизираната система за контрол на качеството на водата-automated system of water quality monitoring, е автоматизирана система за наблюдение, събиране, натрупване, обработка и извеждане на данни за качеството на водата и предупреждение за нарушения на нейните стандарти за качество. Тя се състои от разходомер, програмируем логически контролер, автоматичен пробоотборник и физико-химически сензори.

Автоматизирана система за контрол на качеството на водата работи по следния начин. Ултразвуков разходомер и физико-химични сензори предават данни за обема на подаваната във водоснабдителната система питейна вода със съответното качество в съответствие с нормативните документи, както и промените в качеството на водата, към програмируем логически контролер (programmable logic controller PLC). Сигналът се предава към пробоотборник и към диспечерския пулт на оператора в пречиствателната станция за питейни води, за да се вземе проба в случай, че измерените показатели са надхвърлили нормативните настройки за качеството, които са вградени в програмируемия логически контролер.

PLC е компютър, който е пригоден за работа в тежки условия и адаптиран към нуждите на производствения пречиствателен процес. Този уред е основен източник на данни за автоматизираната система за качество на питейната вода. Благодарение на новите технологии, допълнителен сигнал за факта на подаване и вземане на проба може да дойде чрез SMS-известие, или по друг начин. Така се контролират основните показатели за качество на природната вода-мътност, цвят, амоняк, фосфати, желязо, pH, разтворен кислород, електропроводимост, хлориди, температура. Тези физико-химически показатели се извеждат на автоматизирано работно място.

Контролният интервал, в зависимост от анализирания показател, варира от няколко секунди (за електрическа проводимост) до 18 минути (за желязо). Включени са алармени сигнализации за отклоняване на показатели за качество на водата извън границите на допустимите стойности, както и за неизправност на станцията за наблюдение, липса на захранване, загуба на комуникация. Включени са също и възможности за формиране на отчетни форми и аварийни дневници за качеството на естествените природни води.

Внедряването на автоматизирана система за мониторинг на качеството на водата от водоизточниците, води до намаляване на времето за определяне на замърсяването от няколко часа до няколко минути. Създава се и възможност за моделиране на промените в качеството на природната вода и тяхното прогнозиране в пречиствателните станции за питейни води. Осигурява се централизиран мониторинг на качеството на водата.

Съвременни автоматични анализатори и контролери

Анализаторът контролер MFC на Wallace & Tiernan предлага разнообразие от комбинации от анализ на питейната вода и контрол на дезинфекцията/химическата обработка, в един уред. Функцията за контрол предлага избор от прости програмируеми режими на управление-пропорционален контрол на потока, корекция на остатъчно ниво, комбиниран контрол на веригата и корекция на зададената стойност. Осигурява се прецизен контрол на хлоратора или дозиращата помпа за поддържане на желаното ниво на дезинфекция и качество на водата.

До 4 показателя за качество на водата в режим он-лайн могат да бъдат непрекъснато измерени с един или повече измервателни елементи в потока. Определяните физико-химически показатели са електропроводимост, температура, свободен и общ хлор, хлорен диоксид, озон, флуорид, окислително-редукционен потенциал, pH. Предлагат се различни елементи, включително вече доказания „Depolox 5”- измервателен елемент с непокрити електроди за измерване на свободен хлор, калиев перманганат, хлорен диоксид и озон, както и блок за поток „VariaSens” с вътрешно буферирани сензори за оксидант. Тази гъвкавост позволява почти неограничена комбинация от технологии за непрекъснат анализ на една проба или множество проби в целия процес.

Анализаторите от серията Siemens SFC могат непрекъснато да измерват и наблюдават широк спектър от показатели на качеството на водата. Като еднократно входно устройство, SFC може да се използва за наблюдение от различни технологии за измерване и контрол, на всяка поставена специфична задача. SFC-анализаторът/контролерът, е модулна система, която се състои от електронен модул за поток и включващ се измервателен сензорен модул, монтиран на стена или панел. Той може да бъде конфигуриран да работи, като анализатор с над 10 различни избора на измерван показтел, като контролер на зададен показател или регулатор на потока, или като комбиниран анализатор/контролер.

Допълнителна функция за контрол, улеснява избора на различни режими на управление-от контрол на потока, до управление на многоверижни мрежи с функция за автоматична настройка на контролер с помощта на софтуер. Използването на CAN-шината, позволява на електронните модули да обменят данни при измерване на повече от един параметър. Това може да бъде особено полезно при измерване на pH-коригиран свободен хлор с „DEPOLOX 5 pH”(сензорен елемент за поток).

Системата SFC може да управлява дозиращи елементи с V-образен канал в газови дозатори, като системите V10kTM и V2000TM, или автоматични дозиращи елементи и задвижвания с променлива скорост в дозиращи помпи, за да поддържат желаната концентрация. Предимствата на SFC-уредите, са че те дават възможност за използването на потенциостатични сензори-като DEPOLOX 5, Micro/2000 и Deox/2000, обмен на данни със SCADA-системата, чрез изходни сигнали 4-20mA(свързването се осигурява чрез опционалния ChemWeb-Server и PROFIBUS DP, Profitnet IO или Modbus TCP, чрез допълнителни промишлени мрежи).

Анализаторът контролер на Siemens SFC серия Evoqua Water Technologies SFC ВА е идеален за приложения за хлориране на вода. Този анализатор изисква най-малко разходи за поддръжка-липса на необходимост от използване на скъпи реагенти или буферни разтвори, програмируемо и в същото време просто обслужване, значително намаляване на оперативните разходи за поддръжка на чувствителния елемент. Анализаторът е достатъчно чувствителен и надежден, за да отговори на всички нормативни изисквания. Предимствата му са най-ниската цена в сравнение с други анализатори на хлор, намаляване на консумацията на вода с 200 хиляди литра годишно, подобряване на качеството на дозиране на химикалите, като минимизира отпадъците и свързаните с тях рискове.

SCU Signal-Conditioning Unit - модул за преобразуване на сигнал, е микропроцесор осигуряващ автоматично управление на мощността на системите за доставка на газ и дозиращи помпи. SCU-контролерът, е проектиран специално за системи за хлориране дехлориране и химическо захранване. Той също така е идеален за ръчно управление на хлоратори или дозиращи помпи и може да се използва за управление на мощността на помпата и промяна на скоростта на газовия поток.

PCU (Process-Control Unit) блок за контрол на производствения пречиствателен процес, е микропроцесор,  разработен специално за автоматичен контрол на цикъла за управление на дезинфекция, дехлориране и химическа обработка на водата. Обикновено използван като контролер на задачи, той осигурява прецизен контрол на газовото оборудване по същия начин, по който химическата дозираща помпа осигурява дължина на хода или скорост на газовия поток. PCU е лесен за инсталиране, използване и калибриране. Дори и най-сложните операции стават лесни с него. 

V600 Disinfection Controller, e контролер за дезинфекция. Той е най-новата разработка в електрониката и системите за контрол.  Проектиран е да контролира точно количеството остатъчен хлор във водата и  дозата хлор или серен диоксид по време на хлориране и дехлориране. Контролерът предоставя пълен и несравним набор от възможности за автоматично и ръчно управление, което го прави лесен и удобен за използване.

Контролерът ChemТrim  Controller, е една от последните иновационни разработки на Wallace & Tiernan. Оборудван е с най-новите електронни системи и възможности за управление на производствения дезинфекционен процес. Проектиран е също да контролира точното количеството остатъчен хлор във водата и да регулира дозата хлор или серен диоксид по време на хлориране и дехлориране. Контролерът ChemTrim подобно на V600 Disinfection Controller, също предоставя пълен и несравним набор от възможности за автоматично и ръчно управление, което го прави лесен и удобен за използване.

DCU (Dosing Changeover Controller) е контролер за превключване на дозиране, е ефективен метод за контрол на превключването между ръчни или автоматични системи за дозиране в резултат на опасна ситуация при възникване на авария. Устройството се управлява лесно, а диодните индикатори "Режим", "Операции", Грешки" показват състоянието на всеки компонент в съответните стойности.

Тestomat 2000 е автоматичен анализатор за определяне на твърдостта на водата. Той автоматично определя остатъчна/обща твърдост, карбонатна твърдост, алкалност (minus-m-value,p-value) чрез колориметрично титруване. Характеристиките на анализатора са LCD текстов дисплей за показване на измерени показатели, програмиране и управление на анализатора, изчисляване на твърдостта на водата в различни единици-°dH, °f, mg/l калциев карбонат, mmol/l. Особено прецизно е титруването, постигнато чрез използването на дозираща помпа с бутало. Надеждна е измервателната система, изискваща минимална поддръжка.

PowerMon е многофункционален автоматичен анализатор. Той гарантира постоянно качество на водата чрез непрекъснато измерване на показатели. В допълнение към по-високата точност и намаляване цикъла на измерване се предлага специална функция, като възможност за включване на допълнителни сензори за измерване на много параметри- кислород, pH, окислително-редукционен потенциал, електропроводимост и др. Анализаторът автоматично поема функции на вторичен измервателен уред при свързване на отделни сензори.

Дистанционният мониторинг осигурява възможност за постоянно наблюдение на работата на технологичното оборудване. Съвременен е трансфера на данни чрез различни видове интерфейси. Управлението на анализатора е чрез сензорен екран (с докосване) и интуитивно меню за потребителя. Модулният дизайн на анализатора е компактен(до шест измервателни канала), като е изключително икономичен и ергономичен.