← Terug naar categorie Water en afvalwaterbehandeling

Zo helder als MODDER!

Per definitie, waterzuiveringsinstallaties zijn extreem hoog energieverbruikers en hun efficiënt verloop vereist een fijne balans van biologische en hydraulische parameters gedurende het gehele proces. Echter, het handhaven van dat evenwicht kan een ontmoedigende taak zijn; vooral als de bedrijfsvoering geen toegang tot lopende betrouwbare en zinvolle gegevens over essentiële-interface niveaus in kritieke fasen van de behandeling processen, waaronder primaire clarifiers, nabezinktanks en bindmiddelen hebben.

Hycontrol’s Nigel Allen investigates the complex process control and automation problems associated with sludge blanket level and interface monitoring within waste water treatment and allied industries. Allen further outlines how the latest sonar technologies overcome traditional interface monitoring shortcomings by simultaneously monitoring RAS and FLOC levels to optimise plant control and bring significant energy savings.

Inleiding
Accurate measurement of interface levels is a complex problem in the murky, turbid settling tank environment and without extensive sample extraction and subsequent lab analysis it can be extremely difficult to obtain a clear picture of the all-important density profiles. The sludge within the tank decreases in density as you move from the bottom of the tank towards the top water level. The densest sludge, sitting at the bottom of the tank, can range from 3000 to over 6000 mg/L and in a stable tank the sludge will gradually decrease in density to around 200 mg/L at the top of the column. Generally, treatment works are interested in ‘quality’ sludge which has a density greater than 2,500 mg/L. This sludge at the bottom of the tank is referred to as RAS (Returned Activated Sludge). Sludge at this density is heavy enough not to move up the tank when hydraulic or biological problems occur and is also dense enough to be termed “good quality” biomass, which can be returned to the aeration lanes to help with the pre-treatment process or diverted to waste. However, when a change occurs to the site loading process problems can occur and operators need to know the dynamics of the different interfaces to assess and effectively control the ongoing process.

Het probleem
Many sonar systems struggle to provide comprehensive and reliable information under these difficult conditions because they do not have the power and the correct frequency to penetrate through the suspended solids. In the absence of anything better, the only other way of gaining a full ‘top to bottom’ picture has been to use manual dipping products such as a ‘Sludge Judge’ or a gap sensor.

Maar deze arbeidsintensief apparaten voorzien niet in een continu vermogen voor trending en controle. Ze een visuele momentopname van de interface lagen geven slechts in de tanks, terwijl de gezondheid en veiligheid met bijbehorende en onwenselijk.

Zoals hierboven uiteengezet, voldoen de traditionele sonarinterfacemonitoringsystemen ruimschoots aan de vereiste vereisten. Hun frequentiebereik en gebrek aan kracht betekent dat ze niet veel verder kunnen doordringen dan dichtheden van ongeveer 1200-1500 mg / L, waardoor ze alleen de bovenste FLOC-interface met enige mate van zekerheid kunnen identificeren. Op basis van deze informatie wordt vervolgens een enorme en mogelijk catastrofale veronderstelling gemaakt dat de overeenkomstige, dichtere RAS-interface de FLOC-interface onder alle omstandigheden volgt. Onder stabiele omstandigheden is dit inderdaad wat er gebeurt (zie Fig. 2 & Fig. 3). Als er echter onevenwichtigheden ontstaan ​​als gevolg van veranderingen in het laden van de site, maakt voortzetting van deze aanname de zaak nog erger.

Als de site wordt met een instrument dat alleen de lichtere dichtheid FLOC laag als basis voor de controle van de RAS pompen, gaan de FLOC laag, toeneemt door een onbalans kan controleren, de operatoren automatisch uitgaande dichtere RAS laag stijgt eveneens. Als gevolg van de site zal onvermijdelijk ofwel verhoging van de RAS pompsnelheid of laten vallen van de mez in een poging om de stijgende deken terug onderaan de tank te brengen.

However, what is actually happening is that the denser ‘good quality’ biomass has remained at the bottom of the tank and it is only the lighter FLOC layer which has lifted.

Increasing the pumping rate or dropping the bell mouth will have very little affect on the lighter FLOC layer, which has risen up the tank and these actions will very quickly remove all of the ‘good quality’ biomass from the tank and then begin to pump back a lighter density ‘poor quality’ biomass. This will subsequently increase the problem by having a negative effect on the F:M ratio (Food to Micro-organisms Ratio*).

*The F:M Ratio is one of the fundamental control parameters for the activated sludge process. The ‘food’ in the ratio is the CBOD (Carbonaceous Biochemical Oxygen Demand or Carbonaceous Biological Oxygen Demand) entering the process, the ‘micro-organisms’ are the activated sludge solids in the aeration tanks, which are measured as ppm or mg/L of MLSS (mixed liquor suspended solids). To establish and maintain a consistent CBOD and secondary waste removal from raw sewage, an activated sludge process must maintain the weight of food to weight of microorganisms under aeration.

On some sites it could take weeks to fully rectify the situation and during this time increased aeration may have been required increasing energy consumption at the plant and therefore energy costs. To optimise plant efficiency it is essential to monitor the ‘good quality’ biomass at 3,000 to 6,000 mg/L and the FLOC level simultaneously. This allows the possibility of automatic control of RAS pumps and bellmouth valves to ensure that ONLY ‘good quality’ biomass is returned back to aeration or to the thickener for wasting.

De oplossing
There is now a highly effective sonar system which ensures such situations cannot occur, by simultaneously monitoring both interfaces. Sonarflex’s submerged high power transducer sends ultrasonic pulses through the liquid, which are then reflected back from the different density interfaces and are even powerful enough to penetrate densities in excess of 6000 mg/L and detect the tank floor. These signals are processed by the specialist software to provide outputs relating to both the FLOC and RAS levels within the tank. This vital information forms the basis of improved process and control to enable the site to optimise energy consumption and site operations. Alarm levels can be set so that in the event of the FLOC level lifting, operators can make the necessary process changes in plenty of time to prevent the problem continuing and avert a breach of consent.

The key to the success of this innovation is the availability of a wide range of transducers, with frequencies ranging from 30 kHz to 700 kHz. Comparing the theory for ‘through air’ ultrasonics, (which is a well established technology for level measurement) it is possible to understand the need for multiple frequencies in sonar applications. Measuring the level of a simple liquid in a vessel 10 metres deep is very straightforward and almost any high frequency (40-50 kHz) transducer will give reliable and repeatable results. However, if we use this same frequency on a similar size silo that contains a solid such as cement, with high airborne dust concentrations, then the results are far from successful. It will inevitably struggle to penetrate more than a few metres and would be highly unstable in fill conditions because the suspended particles will attenuate the high frequency short wavelength signal.

By comparison, if a lower frequency (5-10 kHz) is used with a longer wavelength, then the sound wave can pass through the suspended particles more easily. A perfect example of this is the use of a foghorn. In bad weather conditions visibility is poor because the air is saturated with moisture. A high frequency – short wavelength would be far less effective in this scenario as the sound would be attenuated by the moisture particles and only travel a short distance. Foghorns use a low frequency – long wavelength to project the sound through the moisture particles miles out to sea to warn ships. This is known as the ‘Foghorn Principle’.

This same analogy remains true for sonar. Whilst traditional designs adopt a ‘one size fits all’ philosophy for sludge blanket systems (adopting a range around 600-700khz), the optimum transducer frequency needs to be selected to ensure the best engineered solution across a treatment works. Sonarflex uses a different frequency transducer for primary sedimentation, primary and secondary clarifiers, sludge thickeners, lamella clarifiers and sequential batch reactors (SBRs).

SBR”s
SBRS worden meestal geïnstalleerd waar de ruimte of de kosten zijn op een premie. Ze combineren de primaire sedimentatie tank, de beluchting proces en de uiteindelijke / secundaire nederzetting alles in een tank. Door de aard van het beginsel van hun werking, de vloeistofniveaus te veranderen binnen de tanks en een traditionele vaste transducer kan niet inspelen op deze veranderingen. Om dit te overwinnen, is een unieke drijvende transducer gebruikt waardoor zij de afwikkeling deken-interface volgen als decanteren niveaus veranderen. Hierdoor kan insteltijden veel nauwkeuriger worden gecontroleerd en de verbeterde productietijden kan de doorvoer verhogen met maximaal 20%.

Schoonmaken Mechanism
The waste water treatment environment is harsh and standard instrumentation designs stand little chance of surviving more than a few weeks. The ultrasonic transducers (either submerged or floating) need regular cleaning to avoid unreliable performance due to signal attenuation caused by the build up of scum, scaling, air bubbles or fats. However mechanical cleaning systems, such as wipers, have a finite life and require constant maintenance and components can often need changing as often as every few weeks. To overcome this, the Sonarflex uses a patented actuator lever arm system. (Cleaning image somewhere here) The automatic cleaning cycle is triggered on a time basis or by a predetermined reduction in signal level. When this occurs the actuator pushes the transducer support arm through the water to an angle of 45° and then returns it to the vertical. This sharp shearing action through the water removes any debris or scum from the front face and ensures optimum performance, without the need for any operator involvement.

De aandacht voor detail in het ontwerp van de Sonarflex omvat elektronische en mechanische operationele kenmerken. Er is een gevaarlijke omgeving ATEX uitvoering, die kan worden gebruikt voor het groeiende aantal ingesloten bezinktanks, gebouwd om geur te minimaliseren vrijkomen in de atmosfeer of het methaangas vangen en te hergebruiken. Een breed scala aan communicatie-protocollen waaronder Fieldbus, Profibus, HART en DeviceNet, zorgen voor een naadloze integratie met moderne fabriek instrumentatie en DCS. De transducer kan zich tot 500m van de besturingseenheid en een robuuste draadloze verbinding optie kan communicatie voor het draaien van de brug gemonteerd eenheden, terwijl de GSM-connectiviteit biedt directe toegang tot alle parameters voor onderhoud, technische ondersteuning en inbedrijfstelling. Meerdere uitgangen en relais kunnen worden gebruikt voor alarm en controle functies en schonere arm bediening.

Veelzijdigheid
Door zowel analoge als uitgebreide lijst van BUS communicatieprotocol opties uitgangen Sonarflex kan helpen om de efficiëntie van het proces te maximaliseren. Bij gebruik van de analoge versie van het instrument, twee 4-20 mA-uitgangen beschikbaar voor het toezicht op de verschillende dichtheden binnen de tank. Op een primaire tank van de interface kan worden gecontroleerd met behulp van een uitgang, terwijl zwevende stoffen tussen de transducer en de interface kan worden gecontroleerd met behulp van de DUIDELIJKHEID uitgang, een indicatie van hoe goed de tank wordt de afwikkeling. Deze tweede uitgang kan worden gebruikt om het doseren te optimaliseren door toediening alleen wanneer nodig en niet op een traditionele getimede basis de hoeveelheid vlokkige of coagulant gebruikt kan worden verminderd en belangrijke kostenbesparingen.

Op een secundaire tank (het secundaire reservoir ergens hier) twee uitgangen worden gebruikt om de RAS laag en de FLOC laag, die controle over de RAS pompen of mez controleren om de optimale dichtheid wordt teruggegeven om beluchting en een consistente dichtheid verspild het verdikkingsmiddel. De lichtere dichtheid FLOC uitgang kan indicatie van proces problemen bieden en bieden ook een vroege waarschuwing van een mogelijke schending van de toestemming. In een verdikkingsmiddel kunnen de twee uitgangen worden gebruikt om BED niveau en de helderheid van het water te controleren. Monitoring van de BED-niveau zorgt het filter persen of de vergister ontvangt slib van een consistente dichtheid met een laag watergehalte, uit de onderstroom pompen. Dit vermindert schuimen en mechanische slijtage, dus waardoor het proces efficiënter. Monitoring DUIDELIJKHEID (zwevend stof tussen de transducer en de BED-niveau) een controle voor het doseren waarbij het instrument een uitgang met vermelding van de concentratie van zwevende stoffen zal bieden. Als zwevende stoffen te verhogen, kan de dosering worden verhoogd en als ze verminderen, kan de dosering worden verlaagd, het maximaliseren van de dosering proces en het verminderen van afval van meer dan doseren.

Als alternatief, als het instrument wordt gebruikt met behulp van de comms opties dan de plant PLC kan drie uitgangen ontvangen met een combinatie van RAS, FLOC, BED (niveau), en duidelijkheid beschikbaar zijn. Of de exploitatie van het instrument met behulp van de twee analoge uitgangen of de vier comms uitgangen, kan de waardevolle informatie die de controle te verbeteren door de werken, zorgen voor een snelle indicatie van proces problemen, inbreuken op de lozingsvergunning, controle doseren in primaire tanks en bindmiddelen voorkomen en het verminderen slijtage van filter persen. Al het bovenstaande kan helpen algemene energieverbruik, onderhoudskosten en chemische kosten op sites verlagen.

As Allen concludes: “Until now operators have been literally ‘operating in the dark’ when it comes to having reliable data on critical interface levels in a range of tanks at various parts of their process. Our solution now gives them data they can use with absolute confidence for the betterment of their process. Energy savings at plants where Sonarflex has been installed around the world are very impressive and we expect UK companies to see similar advantages within a relatively short period.”

Hycontrol Limited
Redditch
Worcs.

Is bereikbaar op

Tel: 01527 406800
Fax: 01527 406810
www.hycontrol.com
[Email protected]

Procesindustrie Informer

Gerelateerd nieuws

Laat een reactie achter

Uw e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd *

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Ontdek hoe uw reactiegegevens worden verwerkt.