Automatizarea bazinului de aerare

1. Destinatia bazinului de aerareEpurarea biologică cu nămol activate a apelor uzate în bazine de aerare constiuie, în

present, procedeul cel mai utilizat în staţiile de epurare a apelor uzate.Această extindere a procedeului este justificată de următoarele avantaje, în comparaţie

cu filtrele biologice:- realizarea unei eficienţe de epurare mai ridicate, atât iarna cât şi vara ;- sunt lipsite de mirosul neplăcut şi de prezenţa muştelor Psychoda ;- suprafeţele specifice constituite sunt mai reduse ;- permite o mai uşoară adaptare a procesului tehnologic din staţia de epurare la

modificări de durată ale caracteristicilor apelor uzate.Din punct de vedere constructiv, un bazin de aerare se prezintă sub forma unui bazin

rectangular din beton armat, unde epurare biologică are loc în prezenţa unui amestec de nămol activat şi apă uzată. Pentru asigurarea unui contact intim şi continuu a celor doi componenţi ai amestecului, se impune o agitare permanentă a acestora cu ajutorul aerului are asigură, în acelaşi timp şi oxigenul necesar coloniilor de microorganisme aerobe existente în compoziţia nămolului activ, sub formă de flocoane, figura 1.

În afară de agitare şi aerarea amestecului, în bazin se urmăreşte a se menţine o concentraţie cvasiconstantă a nămolului activat, ca urmare a recirculării unei anumite părţi din nămolul sedimentat în decantorul secundar.

Figura 1. Schema de principiu a unui bazin de aerare

În prezent, la proiectarea acestor bazine se are în vedere şi eliminarea materiilor organice exprimate prin azot total, pe baza proceselor de nitirficare-denitirficare, prevăzându-se spaţii şi echipamente tehnologice corespunzătoare.

Pentru ca procesul de epurare să se desfăşoare normal este necesar ca în bazinele cu nămol active, factorii de bază – microorganismele, substanţele organice din apele uzate şi oxigenul dizolvat – să se găsească într-un anumit raport.

2. Principalele mărimi care trebuiesc monitorizate şi reglate

1

Principalele mărimi care trebuiesc monitorizate şi reglate în cadrul treptei biologice, care include bazinul de aerare, denumit şi reactor biologic aerob, sunt:

- CCO – consumul chimc de oxigen sau oxidabilitate apei, reprezintă cantitatea de oxigen, în mg/dm3, necesară pentru oxidarea tuturor substanţelor organice sau minerale oxidabile fără ajutorul bacteriilor. Oxidabilitatea reprezintă cantitatea de oxigen echivalentă ci consumul de oxidant. Substanţele organice sunt oxidate la cald, iar cele minerale la rece.

- O2 – concentraţia oxigenului dizolvat este un indicator care arată în mod global gradul de poluare al apelor cu substanţe organice. Solubilitatea oxigenului în apă depinde de turbulenţa la suprafaţa apei, de presiunea atmosferică, temperatură, mărimea suprafeţei de contact, cantitatea de oxigen din apă sau atmosferă etc.

- Potenţialul Redox (potenţialul de oxidoreducere) exprimă logaritmul cu semn schimbat al presiunii hidrogenului gazos (în atmosferă) în echilibru cu hidrogenul molecular dizolvat în soluţiw. În scara Redox, notaţia rH dă indicaţii asupra puterii de oxidare sau reducere a apei uzate sau a depunerilor.

- pH-ul apelor uzate poate fi acid sau alcalin şi constituie o cauză importantă perturbatoare a proceselor biologice din cadrul unei staţii de epurare. Acest parametru exprimă numai intensitatea acidităţii sau alcalinităţii, adică nu există o legătură directă între pH-ul unei ape şi cantitatea de acizi sau alcali care este în compoziţia apei respective.

3. Alegerea traductoarelor utilizate pentru monitorizare şi reglare;În evoluţia automatizărilor industriale se manifestă tot mai pregnant, utilizarea

sistemelor de conducere cu calculatorul, ceea ce permite implementarea unor algoritmi de reglare şi de optimizare deosebit de eficienţi.

În condiţiile în care capacitatea de procesare a datelor de către sistemele de calcul este deosebit de extinsă şi nu mai constituie o limitare, necesitatea unei diversităţi de traductoare care să asigure obţinerea unei informaţii primare cât mai complete, precise şi fiabile devine de o importanţă deosebită.

Traductoare de pH şi potenţial Redox rHToate sistemele de determinare a pH-ului se bazează pe principiul celulei

electrochimice: dacă doi electrozi sau doi conductori diferiţi sunt plasaţi într-un electrolit (o soluţie în care există ioni), între cei doi electrozi va apare o diferenţă de potenţial. Valoarea potenţialului depinde de tipul electrozilor şi a electrolitului. Măsurarea pH-ului depinde şi de fenomene asociate cu un anumit tip de sticlă care este sensibilă la concentraţia ionilor de hidrogen. În principiu un senzor de pH este o baterie cu impedanţă ridicată. Impedanţa crescută provine de la electrozii acoperiţi cu sticlă.

Există o mare varietate de traductoare, realizate de firme diferite şi care funcţionează pe principii diferite.

În continuare se va prezenta un sistem de monitorizare a pH-ului şi potenţialului Redox realizat de către firma Endress-Hauser din Germania. Sistemul se compune dintr-un senzor de pH şi rH, un sistem de imersie şi montaj şi un terminal de măsură şi analiză, figura 2.

2

Figura 2. Elementele componente ale unui sistem de monitorizare a pH şi rH

Schema de montaj a unui astfel de sistem este prezentată în figura 3.

Figura 3. Schema de montaj a unui sistem de monitorizare pH şi rH într-un bazin de aerare

3

O serie de caracteristici ale unui astfel de sistem sunt prezentate în continuare:- se poate folosi pentru aplicaţii generale;- posibilitatea afişării meniului în 6 limbi de circulaţie;- valorile de pH şi rH pot fi stocate într-o bază de date şi prelucrate folosind limaje

software specializate;- calibrare facilă;,- posibilitatea configurării alarmei pentru diferite erori ale sistemului.

Traductoare O2

Firma Endress Huaser realizează şi sisteme de monitorizare a concentraţiei de oxigen dizolvat într-un bazin de aerare. Un astfel de sistem este prezentat în figura 4.

Figura 4. Sistem de monitorizare a O2 (concentraţia de oxigen dizolvat)

4. Acordarea regulatorului automat pentru reglarea conţinutului de oxigen

Concentraţia de oxigen dizolvat în procesele aeorbice The dissolved oxygen concentration (DO) in the aerobic part of an activated sludge processshould be su_ciently high to supply enough oxygen to the microorganisms in thesludge. On the other hand, an excessively high DO (which requires a high air ow rate)leads to a high energy consumption and may also deteriorate the sludge quality. A highDO concentration in the internally recirculated water also makes the denitri_cation lesse_cient. Hence, both for economical and process reasons, it is of interest to control theDO.One problem in controlling the DO is that the process dynamics is nonlinear. This means

4

that high control performance for all operating conditions may be hard to achieve witha linear controller. In order to overcome this problem, a design method which gives8a high performance controller for all operating conditions will be described. The keyidea is to explicitly take the nonlinear characteristics of the oxygen transfer functionKLa into account in the control design. The design method consists of two separateparts: an estimation part where the KLa is determined and a controller design part.For simplicity, we only describe the controller design part here and assume that KLa isknown

5. Concluzii (implicaţiile bazinului de aerare asupra funcţinării corecte a staţiei de epurare a apelor uzate)

5