摘    要：綜述水污染現狀及污水處理的液位測量方法, 各類污水流量計液位測量儀表之工作原理及優缺點。幫助污水處理企業正確選用適合自己的流量計儀表設備，提高測量準確率節省企業資金。

 

　　1 概述

 

　　隨著我國社會經濟的迅速增長, 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, 以及嚴重的水體污染, 制約了社會的可持續發展。因此, 污水處理系統具有巨大的社會效益。伴隨自動化技術的飛速進步, 在污水處理系統中采用自動監控, 可調整設備和工藝參數, 加強系統的準確性和可靠性, 降低能耗, 減低人力勞動強度和成本, 具有很好的經濟效益和社會效益。

 

　　1.1 水資源緊缺的成因

 

　　(1) 科技發展依托資源的過分掠奪, 污染排放過度, 全球總人口逐年不斷增加, 導致的用水量過大, 都使水體污染日益嚴重, 現有的資源無以為繼。

 

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

 

　　(3) 城市化進程加快, 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冷卻排放廢水造成的熱污染, 以及冶煉開采放射性物質造成的放射性污染等等。

 

　　(2) 化學型污染, 主要分為有機物污染和無機物污染兩類。有機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生存。無機物污染主要是酸堿類污染和重金屬污染, 造成身體機能的損害。還有些植物會產生過量的營養元素污染, 造成水域的富營養化。

 

　　(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都是無害的, 但是也有對人體造成傷害的病原體[4]。如果產生病毒、致病性微生物, 會使水域成為病菌的載體, 發生多種傳播性疾病。

 

　　1.3 污水處理工程

 

　　污水處理工程一般包含污水預處理系統、生化處理系統、污泥處理系統三部分。污水預處理系統主要由進水泵、粗細格柵、砂水分離器等構成;生化處理系統是污水處理的核心, 一般含沉淀、絮凝、厭氧、缺氧、好氧等工藝流程;污泥處理系統由污泥濃縮池、污泥脫水機等組成, 包括污泥勻質、濃縮、脫水、處置四道基本工序。

 

　　污水處理工程自控系統涉及液位 (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。如預處理中的格柵系統, 通過格柵前后的液位差, 來顯示格柵堵塞程度, 控制格柵運行, 既可保障正常過水, 又可合理減少設備的磨損。

 

　　污水處理中的測量介質包含水和溶液兩種。溶液是指用于改善污水水質的溶液如:酸、堿等, 一般純溶液于儲罐中貯存, 混合溶液存于帶攪拌器的混凝土池內。毋庸多言, 水作為污水處理的對象, 對其液位的檢測數量是***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:

 

　　(1) 測量介質一般是含泥沙、油污等多種無機、有機污染物的污水, 大多存于室外敞口池中;

 

　　(2) 生化處理系統使用氣浮工藝的水面上多存在泡沫;

 

　　(3) 調節池、濃縮池等多設有攪拌器。

　　2 污水處理液位測量方法及優缺點

 

　　污水處理中很重要的一個環節就是污水池的液位控制。液位控制系統在工業生產中已得到大量應用, 尤其是在化工領域, 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、電學式、聲學式等多種測量原理的液位計。本文以實際使用***普遍的投入式液位計、超聲波液位計和雷達液位計為例, 結合原理, 總結實際工作中液位計選型、安裝、使用和維護的經驗。

 

　　2.1 投入式液位計

 

　　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、補償、結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 優缺點及注意事項

 

　　(1) 結構簡單, 價格較便宜。

 

　　(2) 傳感器直接投入被測液體內測量, 不受介質起泡影響。

 

　　(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, 進而影響測量值, 所以***好將液位計安裝于水流相對平穩的地點。受現場條件制約, 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。

 

　　(5) 使用于水質過差的環境時, 傳感器套孔易被污泥堵塞, 導致測量值失真, 需酌情定期清洗維護。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, 易出現零點或量程漂移, 現場校準有難度。

 

　　在水質相對較好的工藝流程中使用時, 壽命較長, 幾乎免維護。可以使用在水質差的環境中, 但不適合池底淤泥層過厚的池內使用。加裝隔離管后可應用于部分帶攪拌器的調節池、濃縮池等。

 

　　2.2 超聲波液位計

 

　　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射能量波 (一般為脈沖信號) 的裝置發射能量波, 能量波遇到障礙物反射, 由一個接收裝置接收反射信號。根據測量能量波運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行處理, ***終轉化成與物位相關的電信號。利用超聲波作為能量波的液位計即是超聲波液位計。實現非接觸液位測量, 適合于腐蝕性強、高黏度、密度不確定液體, 價格較電容式和靜壓式液位計貴。

 

　　2.2.2 優缺點及注意事項

 

　　(1) 具有工作可靠、精度高、使用周期長、免維護的特點, 并具有相對的價格優勢。

 

　　(2) 在污水處理工程中, 多可選用一體式液位計, 安裝簡便。

 

　　(3) 回波反射產生的干擾回波和假回波, 可通過軟件來排除, 但有效回波強度也同時被衰減。因此, 設計選型時, 要考慮衰減因素, 選擇量程要留有一定的余量。

 

　　超聲波液位計的安裝主要是注意避免干擾:液位計探頭安裝位置避開進水口和加藥口, 距離池壁要有一定距離, 且與池壁保持平行, 避免波束發射到池壁或其他物體上造成的干擾信號。當液面有水花波動或有大量泡沫狀物質時, 可以考慮做一個輔助套管插入水中, 這要求套管內液面平穩且沒有泡沫。對于密封的水池, 安裝液位計前要預留孔洞, 注意直徑盡量留大一些, 防止波束打在孔洞壁上產生干擾。另外, 超聲波液位計一般有20 cm的測量盲區, 注意水池***高液位不能超過液位計的測量盲區, 更不能高出液位計探頭, 防止液體浸泡探頭內電子元件, 造成損壞。

 

　　超聲波液位計在使用中要保持探頭的清潔干燥。如果探頭表面粘上雜物, 發射的波束會被雜物反射, 造成干擾;寒冷地區冬季注意保持探頭的干燥, 否則探頭結冰, 同樣會產生虛假信號。現場出現的噪聲、振動、潮濕等惡劣環境也會對液位計產生干擾, 在選型時應留有一定的功率余量, 以免出現測量響應慢、回波丟失、精度低等現場。

 

　　超聲波液位計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, 這一優勢使超聲波液位計在污水處理工程中得以廣泛應用。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 雷達液位計

 

　　2.3.1 測量原理

 

　　雷達液位計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即是雷達液位計。雷達液位計按結構可分為天線式和導波式。天線式通過天線發射和接收電磁波。導波式通過一根 (或兩根) 從液位上方伸入、直達容器底的導波體傳播脈沖波。導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向下傳播, 在被測液面上被反射, 回波被天線接收, 由發射脈沖與回波脈沖的時間差即可計算出傳播距離。

 

　　低頻雷達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。為彌補這一缺陷, 在實際產品中, 低頻雷達多與導波管結合。也就是說, 一般導波雷達液位計多使用低頻雷達。

 

　　2.3.2 優缺點及注意事項

 

　　(1) 雷達液位計不受介質特性如壓力、溫度、真空度等影響, 測量精度較超聲波液位計高, 可以使用在工況變化較大或有蒸汽等超聲液位計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, 雷達液位計可代替超聲波液位計在液面有泡沫的場合使用。

 

　　(4) 使用導波雷達, 可在帶攪拌、液面擾動等復雜工況或安裝空間有限的場合實現測量。導波雷達液位計安裝在有攪拌器的液體中, 若液體流速過快, 建議將導波管末端固定, 以減少導波管受力。

 

　　(5) 部分產品配套有智能軟件, 可實現不規則池底的液位測量。

 

　　(6) 雷達液位計比超聲波液位計價格稍貴。

 

　　由于雷達液位計在有泡沫、帶攪拌的測量場合具有優勢, 它彌補了超聲波液位計在上述方面的不足。可以說, 雷達液位計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 結束語

 

　　水資源惡化、水資源的短缺, 影響了環境, 制約了目前可持續發展的大好局面。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, 根據介質和現場條件的不同, 各類液位計各具優勢, 形成一個多元化的局面。因此, 在液位計選型、安裝時, 應從測量介質、安裝位置、儀表精度、價格、使用壽命、維護成本等多方面綜合考慮, 選取***合適的產品。既可安全可靠地實現污水處理中的各種工藝流程, 保證污水處理效果, 實現良好的環境效應;又可提高勞動效益, 節約能源和人力, 提高生產運行及管理水平。