Авторы Лысюк В.С., фкадемик МАНЭБ, к.т.н., доцент каф. АУТПТЭК ДонГТУ, Рисухин В.В., член-корр. МАНЭБ, директор ООО «ВУМК», Титамир О. Н., член-корр. МАНЭБ, к.т.н., зам. губернатора Луганской обл., Максюта А.В., вед. инженер по новым технологиям ЗАО «Аквасервис»

При использовании в качестве источников водоснабжения подземных или поверхностных вод, у которых показатели качества изменяются во времени в значительном диапазоне по случайному закону и являются инфранизкочастотными случайными процессами, возникает задача обеспечения стабильных показателей качества питьевой воды, соответствующих нормативам ГОСТ 2874-82 или СанПиН. Причем для каждого региона эти показатели еще должны быть оптимальными по качеству, к которому адаптирован организм людей, длительное время принимавших питьевую воду с качеством для данного региона.

Поставленная задача успешно решается при использовании в системах подготовки питьевой воды баромембранной технологии. С появлением низкоэнергетических мембран, называемых нанофильтрационными и характеризующихся размером пор в пределах от 0,001 до 0,1 микрона, получена возможность отфильтровывать растворенные в воде вещества в диапазоне от 20 до 80% в зависимости от величины давления воды на входе нанофильтрационной машины (NF).

Авторами статьи разработана (1) нанофильтрационная система производства питьевой воды, обеспечивающая сбалансированное солесодержание и позволяющая одновременно осуществлять экономию электроэнергии и расход сырой воды, из которой производится вода питьевая.

Статистическим анализом изменения показателей качества воды Исаковского водохранилища за 2000-2003 гг., часть которых приведена на рис. 1 , установлено, что они распределяются по нормальному закону. Так для общего солесодержания плотность вероятности равна:

Проверка гипотезы о нормальном распределении осуществлялась по критерию ÷ 2 :

где F ( x ) вычислялась по формуле:

M — выборочное среднее;

ä — стандартное отклонение.

При постоянном коэффициенте обессоливания воды (например, К = 2) нанофильтрационной установкой, когда давление сырой воды на ее входе постоянное, характер изменения солесодержания питьевой воды будет отображать характер изменения солесодержания исходной воды ( рис. 1 г ).

С целью стабилизации необходимой величины солесодержания, содержания кальция и фтора использован принцип изменения давления воды на входе NF- машин в зависимости от изменения солесодержания исходной воды. Структурная схема системы производства 500 м 3 /ч питьевой воды из воды Исаковского водохранилища приведена на рис. 2 . Здесь используется пять нанофильтрационных машин. Каждая из машин включает в себя по два бустерных насоса БН1 и БН2, картриджные пятимикронные фильтры (на схеме не показаны) и по 2 банка В1 и В2, включающих соответственно 12 и 6 хоузингов (Н1.Н12; Н13.Н18). Каждый хоузинг представляет собой восьмидюймовую трубу, в которую последовательно включены по 6 сепараторов (рулонные мембранные элементы в сборе). Концентрат с выхода двух параллельно включенных хоузингов первого банка В1 поступает на вход одного хоузинга второго банка В2. Пермеат с выходов хоузингов первого и второго банков поступает на общий коллектор пермеата. Выходы концентрата хоузингов второго банка В2 тоже поступают на общий коллектор концентрата NF-машины. В этот коллектор установлен регулирующий орган, изменяющий производительность NF-машины по концентрату. Для изменения давления воды на входе машины используется система частотного управления производительностью насоса в зависимости от изменения солесодержания питьевой воды. При превышении текущего значения солесодержания С П пермеата величины его задания С ПЗ микропроцессорная система частотного регулирования оборотов двигателя насосов повышает давление воды на входе NF-машины и наоборот.

При снижении оборотов двигателя в зависимости от снижения величины С П будет уменьшаться производительность машины по пермеату Q П . Для стабилизации производительности установки по пермеату Q П используется система регулирования расхода концентрата Q K , в которую входят датчик производительности пермеата Q П , задатчик производительности пермеата Q ЗП , пропорционально-интегральный микропроцессорный регулятор и исполнительный механизм с регулирующим органом в коллекторе концентрата.

Система регулирования оборотов двигателя бустерного насоса включает в себя датчик и задатчик солесодержания питьевой воды, микропроцессорный регулятор, микропроцессорную тиристорную систему частотного управления приводом бустерного насоса.

Обе системы являются взаимосвязанными. Структура цифроаналоговой взаимосвязанной системы стабилизации солесодержания и производительности пермеата приведена на рис. 3 .

Здесь W 11 ( Z ) и W 22 ( Z ) — дискретные передаточные функции по основным каналам объекта, W 12 ( Z ) и W 21 ( Z ) — дискретные передаточные функции по перекрестным каналам объекта регулирования. Передаточные функции описывают в динамике связи:

❏ W 11 ( Z ) — общего солесодержания пермеата на выходе RO-машины в зависимости от изменения скорости вращения привода бустерного насоса, изменяющего давление воды на входе RO-машины;

❏ W 22 ( Z ) — производительности RO-машины по пермеату в зависимости от изменения расхода концентрата RO-машины;

❏ W 12 ( Z ) — общего солесодержания пермеата RO-машины в зависимости от расхода концентрата;

❏ W 21 ( Z ) — производительности RO-машины по пермеату в зависимости от изменения скорости вращения привода бустерного насоса.

Принцип действия цифроаналоговой системы взаимосвязанного регулирования расхода пермеата Q П и солесодержания пермеата C П состоит в следующем.

В коллекторе пермеата устанавливаются датчики И1 измерения солесодержания C П и И2 — расхода пермеата Q П . Информация о текущем солесодержании пермеата C П и текущем значении расхода Q П подается на элементы сравнения после аналогово-цифрового преобразователя через такт квантования по времени Т 0 . Сигналы ошибок Е 1 [ n ] и Е 2 [ n ] в цифровом виде подаются на входы цифровых вычислительных устройств W by1 ( Z ) и W by2 ( Z ), формирующих вместе с цифроаналоговыми преобразователями в виде экстраполяторов нулевого порядка с передаточной функцией:

управляющие сигналы Х р1 ( t ) и Х р2 ( t ). Управляющий сигнал Х р1 ( t ) поступает на вход преобразователя частоты для управления электроприводами переменного тока бустерных насосов, изменяющих производительность насосов. А управляющий сигнал Х р2 ( t ) поступает на вход регулирующего органа РО, установленного в коллекторе концентрата. Обе системы взаимосвязаны через объект регулирования. Снижение давления на входе NF-машины приводит к снижению производительности установки. Для ее стабилизации необходимо прикрыть регулирующий орган в коллекторе концентрата. При этом увеличивается поток в канале пермеата.

Для реализации взаимосвязанной системы управления применен преобразователь ЭП-07, работающий на двойном преобразовании энергии промышленной электросети переменного тока напряжением 380 В постоянной частоты f 1 = 50 Гц в энергию постоянного тока ( Ud, Id ) на выходе выпрямителя (В), а затем в энергию переменного тока на выходе автономного инвертора напряжения (АИН) с регулируемой частотой f 2 = 0,5.100 (200) Гц. При этом одновременно с частотой f 2 по определенному закону изменяется и выходное линейное напряжение в пределах U 2 = 10.380 В.

Функциональная схема электропривода ЭП-07 приведена на рис. 4 .

Информация с датчиков солесодержания и расхода пермеата в виде токовых сигналов поступает через модуль вводавывода. Управление элементами силовой части (СЧ) преобразователя (В, АИМ, ТК) и электроприводом осуществляется двухпроцессорной системой управления (микропроцессоры АТ Mega 128L и ADMC 331).

На вход микропроцессорной системы поступают:

❏ команды с пульта управления ПУ;

❏ сигналы от внутренних датчиков тока DI1 или, как вариантное исполнение, DI2 ( Id , Iф ) и напряжения DН ( Ud );

❏ аналоговые управляющие сигналы С П и Q П ;

❏ цифровые сигналы по интерфейсам RS 485 и RS 232 от удаленного пульта управления (УПУ), компьютера (ПК) или АСУТП.

Штатный пульт управления ПУ ( рис. 4 ) предназначен для связи оператора с системой управления ПЧ и обеспечивает ввод параметров Q З и C З и оперативный пуск и останов электродвигателя, а также индикацию на жидкокристаллическом индикаторе текущего состояния электропривода. ■

Литературa

1. Лысюк В.С., Рисухин В.В., Титамир О.Н., Максюта А.В. Спосіб енерго- та ресурсозбереженного баромембранного виробництва питної води з заданим солевмістом при зміні солевмісту сирої води. Бюл. № 9 від 15.09.2005р. Деклараційний патент на корисну модель ((11) 9329, (19) UA, (51) 7В01Д 12/00).