Automatizarea Unei Statii de Pompare din Statia de Epurare

CUPRINS

TERMINOLOGIE

ABREVIERI UTILIZATE ÎN LUCRARE

INTRODUCERE

În ultimii 30 de ani problematica protecției mediului a devenit o componentă esențială a strategiei dezvoltării, precum și un criteriu important în opțiunile majorității consumatorilor. Până acum, elementele ce țin de protecția mediului au fost tratate la nivel tehnologic și managerial.

Stabilirea originii și a caracteristicilor calitative ale apelor uzate necesită cunoașterea procesului tehnologic industrial pentru o proiectare judicioasă a stațiilor de epurare. Deci este necesară cunoașterea originii principalilor afluenți și caracteristicilor lor principale pentru definirea modului de epurare.

Apa este un vector important al agenților de poluare. Deși răspândirea lor prin apă se face cu viteză mai redusă decât prin aer ea are toruși unele caracteristici ce sporesc impactul agenților poluanți:

poate dizolva substanțe nocive, care capătă astfel mobilitate;

poate vehicula și substanțe mai dense, care în aer s-a depune ușor;

prezintă condiții favorabile pentru concentrarea agenților poluanți;

fiind cea mai importantă substanță pentru lanțurile trofice, poluarea ei poate influența în cel mai înalt grad poluarea.

Se deosebesc trei categorii de ape:

pentru alimentarea potabilă

pentru arboristică și piscicultură

pentru irigații

Epurarea apelor uzate urbane și industriale este o necesitate a societății contemporane în permanență dezvoltare. Creșterea populației și industrializarea continuă indispenabilă modernizării societății au condus la creșterea consumului de apă, a volumului de ape uzate, a nmărului și complexități poluanților din aceste ape uzate.

Lucrarea urmărește prezentarea stației de epurare din localitatea Baia Mare a apelor uzate urbane, și prezentarea automatizării stației de pompare din stația de epurare.

Ca obiective, în ceea ce privește proiectul de disertație, putem preciza următoarele:

Dobândirea cunoștințelor de specialitate inginerească prin elaborarea unui studiu de caz – stație de epurare a apelor uzate urbane aflate în localitatea Baia Mare.

Însușirea terminologiei

Însușirea valorilor legale precizate prin NTPA 001, 002/2002, reactualizat în 2005 – legea apelor – specifice în calculele inginerești;

Dezvoltarea capacității de calcul inginerești pentru procesele unitare din tehnologia de epurare;

Însușirea principiilor de alegere a echipamentelor specifice conform datelor calculate în procesele unitare;

Cunoașterea modalităților de abordare a aspectelor tehnico-economice (costuri de investiție, costuri de exploatare, bilanț energetic pe stație, preț de cost pe m3 de apă epurată).

STRUCTURA LUCRARII DE DISERTAȚIE

Lucrarea de disertație cuprinde xxx pagini, din care stadiul cunoașterii ocupă xxx de pagini și reprezintă xxx % din lucrare, iar cercetările proprii acoperă xxx de pagini, reprezentând xxx % din lucrare.

Să expunem succint cele cinci capitole ale lucrării de disertație:

În primul capitol este prezentată o introducere în tema propusă.

În al doilea capitol, se face o introducere asupra problemelor generale legate de epurarea apelor uzate industriale, cu referiri directe la epurarea mecanică, epurarea chimică și epurarea biologică a apelor uzate, la clasificarea și prezentarea principalelor compuși organici nebiodegradabili (poluanți refractari sau prioritari).

În capitolul trei este prezentată stația de epurare Baia Mare.

În capitolul patru sunt prezentate automatizările stațiilor de pompare din stația de epurare Baia Mare.

În capitolul cicnci sunt prezentate normativele și reglementările conexe.

Bibliografia

DESPRE EPURARE – STAȚII DE EPURARE

Primele stații de epurare au apărut în Anglia în secolul XIX. Inițial s-au realizat canalizări, care au rezolvat problema epidemiilor hidrice, dar au făcut din Tamisa un râu mort ce degajă miros pestilențial, încât în geamurile parlamentului au trebuit atârnate cârpe îmbibate cu clorură de calciu. Abia atunci s-a trecut la realizarea de stații de epurare.

Tot în Anglia s-au pus bazele monitoringului pentru stațiile de epurare. Parametrul "consum biochimic de oxigen" CBO5 a fost introdus în 1898 – temperatura de 20 C, timp de rezidență în râu 5 zile, tip de poluare predominantă fiind cea fecaloid – menajeră și a devenit foarte important pentru proiectarea unei stații de epurare.

În SUA, în 1984 existau 15438 de stații de epurare care deserveau o populație de 172 mil. locuitori, adică 73,1%. Procentul de epurare a apelor din stațiile de epurare din punct de vedere al încărcării organice măsurate prin CBO5 a fost de 84% iar din punct de vedere al suspensiilor de 86,3%. Pentru anul 2005 se prevede atingerea unui nivel de 16980 de stații epurare care să deservească 243 mil. locuitori, adică 86,6% . Procentul de epurare a apelor în stațiile de epurare din punct de vedere al încărcării organice măsurate prin CBO 5 este planificat să atingă 89,9% iar din punct de vedere al suspensiilor de 88,9%.

În SUA tot mai puține ape din stațiile de epurare se descarcă din nou în emisar. Acestea se infiltrează în sol sau se utilizează pentru irigații, în industrie, pentru recreere (lacuri), pentru piscicultură, și chiar ca sursă de apă potabilă, după descărcare în lacuri sau injectare în sol sau chiar direct, dar cu supunere la preepurare avansată.

De exemplu în SUA se utilizează ape uzate la prepararea de apă potabilă în orașe ca Palo Alto, Denver, El Paso și chiar Washington DC .

Aceasta soluție e destul de scumpă, dar totuși mai ieftină decât desalinizarea apei marine, de aceea tehnologia reciclării apei din stațiile de epurare se răspândește și în țări arabe și africane.

Epurarea – reprezintă procesul complex de reținere și neutralizare a substanțelor dăunătoare dizolvate, în suspensie sau coloidale prezente în apele uzate industriale sau menajere, în stații de epurare. Principalul scop este de a îmbunătății calitatea acestor ape pentru a putea fi deversate în emisar fără a prejudicia flora sau fauna. După ce apa este epurată în stații de epurare, ea poate fi chiar refolosită în anumite domenii sau procese tehnologice.

Considerente privind epurarea apelor

Poluanți caracteristici

Apele uzate cu cea mai mare încărcătură de poluanți sunt apele uzate menajere și cele industriale. O parte din poluanți le sunt comuni:

Principalele categorii de poluanți care conferă apelor ce îi conțin, caracteristici de ape uzate, prin alterarea caracteristicilor fizice, chimice și biologice ale acestora, sunt:

Reziduri organice provenind din apele uzate menajere, industriale și complexe de creștere a animalelor. Cele mai încarcate sunt cele din industria alimentară, cea organică de sinteză și de hârtie. Impactul acestor compuși constă în reducerea concentrației de oxygen dizolvat cu repercursiuni asupra florei, faunei. Prezența acestor compuși este indicată de CBO5.

Nutrienți: azotul, fosforul, compușii cu azot și fosfor, siliciul și sulfații. Principalele surse de generare le constituie apele uzate menajere și efluenții din industria îngrășămintelor chimice. Azotul și fosforul stimulează creșterea algelor provocând fenomenul de eutrofizare.

Substanțe toxice (poluanți prioritari) respectiv metale grele, ciauri, compuși organici clorurați , lignina, proveniți din industria chimică, celulozei și hârtiei, petrochimică. Acești poluanți sunt denumiți și compuși toxici (refractari) și se găsesc în majoritatea cazurilor în apele uzate industriale, fiind însă uneori depistați în cantități foarte mici în apele alimentare fie datorită unor infiltrații, fie epurării necorespunzătoare a apelor din amonte. Impactul este deosebit asupra cursurilor de apă, asupra oamenilor și asupra organismelor acvatice. Încetinesc sau stopează procesele de autoepurare sau epurare biologică și pot da produși de dezinfecție.

Suspensii inerte, materii coloidale sau materiale fin divizate rezultate ca urmare a proceselor de spălare din diverse industrii. Prin depunerea solidelor în suspensie se perturbă viața acvatică normală (înfundarea branhiilor peștilor) în emisarul în care a fost deversată apa uzată.

Alți compuși cum ar fi: sărurile sau agenții reducători (sulfiți sau săruri feroae) acizi, baze, uleiuri, care apar în efluenții rezultați din diverse industrii. În cantități mici, sărurile nu au efecte negative asupra mediului înconjurător, dar compușii reducători, prin consumarea oxigenului dizolvat micșorează capacitatea de autoepurare a emisarului.

Apa caldă produsă de mai multe industrii care utilizează apa ca agent de răcire. Deversarea ca atare a apei calde în emisar perturbă desfășurarea proceselor biologice de autoepurare (temperature maximă admisă 30°C).

Contaminarea bacteriologică poate fi produsă de către industriile alimentare, crescătoriile de animale sau canalizarea apelor menajere și industriale în sistem combinat.

Impactul poluanților asupra mediului

Odată cu creșterea numărului populației și necesității ei se înregistrează o creștere considerabilă a producerii diferitor substanțe și articole sintetice în compoziția cărora intră compuși chimici care în timpul fabricării și utilizării prezintă un pericol mare pentru sănătatea oamenilor și mediul ambient.

O categorie deosebit de periculoasă a compușilor menționați o prezintă poluanții organici persistenți (P.O.P) care se utilizează în industrie și agriculură și în unele cazuri se generează în cadrul proceselor industriale. În majoritatea bazinelor acvatice, cursurilor de apă, mărilor sunt depistate diferite concentrații de pesticide și alte substanțe organice persistente.

În cazul unor cantități mai mari de pesticide apa capătă un miros specific, caracteristic acestor tipuri de substanțe. Datorită proceselor de migrare,pesticidele impreună cu apa de ploaie se infiltrează în straturile freatice și chir în cele arteziene.

Sursa cu cel mai mare număr potențial de poluare este agricultura. Reziduurile netratate de la formele zootehnice sunt împrăștiate pe terenuri și o parte își croiesc drum până la cursul de apă.

Necesitatea epurării apelor uzate

Pentru asigurarea cantitativă și calitativă apei necesare tuturor folosințelor (industrii, irigații, orașe) este necesar, ca pe lângă alte lucrări și măsuri de gospodărire a apelor, să se asigure utilizarea cu randament maxim a instalațiilor de epurare existente și să se dezvolte noi tehnologii de epurare capabile să asigure din apa epurată o nouă sursă de apă pentru alimentarea sistemelor de irigații sau pentru industrii.

Procesul de epurare constă în îndepărtarea din apele uzate a substanțelor poluante, în scopul protecției calității apelor și a mediului înconjurător. Epurarea constitue unul din aspectele poluării apei. Stabilirea comportarii multiplelor substanțe care poluează apele de suprafață, precum și efectelor asupra organismelor vii fac obiectivul epurării apelor.

Epurarea apelor uzate se efectuează în construcții și instalații grupate într-o anumită succesiune tehnologică în cadrul unei stații de epurare. Mărimea stației de epurare va depinde de cantitatea și calitatea apelor uzate ale receptorului, de condițiile tehnice de calitate, care trebuie să le îndeplinească amestecul dintre apa uzată și a receptorului în aval de punctul de deversare a apelor uzate, astfel încât folosințele din aval să nu fie afectate.

O caracteristică a stațiilor de epurare o reprezintă “materia primă” care este apa uzată a cărei puritate este destul de ridicată. Randamentul impus la eliminarea poluanților din apă (gradul de epurare) este adesea la ordinul a 80% și chiar peste 95%, valori superioare celor obișnuite în prelucrărle industriale. Una din metodele de bază aplicate pentru eliminarea poluanților organici din apele uzate, epurarea biologică operează cu populații de microorganisme, cu evoluție deosebit de greu de dirijat.

Stațiile de epurare se realizează cu costuri de investigații mari și cu cheltuieli de exploatare ridicate, care, numai parțial pot fi recuperate. Se impun studii tehnicoeconomice aprofundate în vederea găsirii soluțiilor care să contribuieontribuie la reducerea diferitelor costuri.În acest scop se are în vedere aplicarea unor măsuri preliminarede prevenire a poluării apelor, respective ușurarea epurării apelor uzate.

Variante tehnologice de epurare a apelor uzate

În funcție de caracteristicile apelor uzate definite, la care se adaugă condițiile de calitate la deversare în receptori impuse de STAS 4706-88, procedeele de epurare pot fi:

mecanice,

chimice,

biologice,

Procesele tehnologice de epurare a apelor uzate realizează eliminarea completă a impurităților de natură minerală, organică și bacteriologică astfel încât apele epurate să nu afecteze caracteristicile calitative ale emisarilor în care se evacuează.

Epurarea apelor uzate, indiferent de procedeele utilizate, are ca obiective:

reținerea substanțelor poluante sau a celor ce pot fi valorificate ulterior având ca efect final obținerea apei epurate ce poate fi reintrodusă în circuitul natural sau recirculată în procese tehnologice;

prelucrarea depunerilor (nămolurilor) rezultate din epurarea apelor.

Procedeele tehnologice de epurare realizate în cadrul stațiilor de epurare municipale sau industriale utilizează operații unitare (bazate pe fenomene fizice de reținerea poluanților) sau procese unitare (bazate pe procese chimice și biologice de transformare a poluanților în compuși mai simpli, sau chiar molecule de CO2 și H2O.

Epurarea mecanică

Asigură reținerea prin procese fizice, a substanțelor solide (solide de dimensiuni mari, nisip, pietriș, solide în suspensie) din apele uzate.

Pentru reținerea corpurilor solide de dimensiuni mari se folosesc grătare și site;

Pentru separarea, prin flotație sau gravitațională, a grăsimilor și uleiurilor care plutesc în masa apei uzate, se folosesc separatoare de grăsimi.

Sedimentarea materiilor solide în suspensie, are loc în deznisipatoare, decantoare, fose septice. În epurarea mecanică (decantoare) se reține și o parte din material organică biodegradabilă, datorită asocierii acesteia cu aolidele în suspensie.

Dacă în canalizarea orășenească sunt deversate mari cantități de ape uzate industriale, pentru a proteja desfășurarea normală aproceselor de epurare în treaptă mecanică, se prevede o treaptă preliminară, realizată în bazine de egalizare (uniformizare) a debitelor și a concentrațiilor.

Epurarea chimică

Se aplică pentru poluanți dizolvați în apa, sau în suspensii foarte fine. Înainte de stația de epurare, apele acide, sau alcaline sunt neutralizate.

Epurarea chimică propriu-zisă, constă într-o serie de tratări ale apei, în funcție de natura și concentrația poluanților. Procedeele mai des utilizate sunt:

Oxidarea – se realizează cu oxigenul din aer, sau cu ozon. Se aplică atât apelor acide cât și a celor bazice. Se realizează în cascade sau bazine specifice.

Precipitarea – urmărește realizarea unor particole sedimentabile, folosind reactivi adecvați.

Coagularea – utilizează săruri solubile de fier și aluminiu. În apă, materialele menționate formează precipitate voluminoase, care atrag substanțe coloidale, ce dau tulburența apei și se depun împreună, în decantorul primar.

Clorurarea – utilizează ca reactive clorul într-un utilaj, sau mai multe utilaje, în serie.

Epurarea biologică

Epurarea biologică urmărește eliminarea poluanților organici, biodegradabili cu ajutorul microorganismelor. Au loc pocese de fermentație aerobă, sau anaerobă, din care se formează compușii aglomerați, care se separă de apă, alături de săruri minerale și gaze.

Epurarea biologică se poate realiza pe cale naturală și artificială. Pe cale naturală, apa epurată mecanic este colectată întrun bazin colector și utilizată la irigații. Apa nu trebuie să conțină germeni patogeni, paraziți, să nu aibă miros neplacut și se aplică numai culturilor de porumb și sfeclă de zahar.

Epurarea biologică artificială utilizează fie filtre biologie, fie bazine cu nămol active. Filtrele biologice (biofiltrele) sunt bazine umplute cu roci minerale, cocs, caramidă spartă, material plastic. Biofiltrele au prevăzut sisteme de ventilație, pentru eliminarea gazelor.

Bazinele cu nămol activ utilizează fermentația aerobă a substanțelor organice din apa reziduală. Ca bazine de aerare se mai folosesc: șanțuri în teren impermiabil, gropi, canale de beton.

Principiul constructiv al unei stații de epurare a apelor uzate

Deși diferă prin dimensiuni și tehnologii folosite, cea mai mare parte a stațiilor de epurare a apelor uzate orășenești au o schemă constructivă apropiată. Există și unele realizate pe verticală, tip turn, dar majoritatea sunt pe orizontală. Ocupă relativ mult teren, dar o parte din instalații se pot realiza în subteran, cu spații verzi deasupra.

Distingem o treapta primară, mecanică; o treaptă secundară, biologică; și la unele stații (deocamdată nu la toate!) o treapta terțiară – biologică, mecanică sau chimică.

Fig. 1. Schemă bloc de principiu.

Treapta primară constă din mai multe elemente succesive:

Grătarele rețin corpurile plutitoare și suspensiile grosiere (bucăți de lemn, textile, plastic, pietre etc.). De regulă sunt grătare succesive cu spații tot mai dese între lamele. Curățarea materiilor reținute se face mecanic. Ele se gestionează ca și gunoiul menajer, luând drumul rampei de gunoi sau incineratorului.

Gratarele sunt:

gratare rare, care au interspatii mari care permit trecerea unor materii cu dimensiuni de 50-100 mm, curațarea lor este manuală. Se urmărește avansarea tehnologiei către gratare rare cu interspații cu dimensiuni de 20 mm, prevazute cu un sistem de curațare mecanică.

gratare dese, care au interspații cuprinse între 16 și 20 mm, iar curațarea lor se face manual sau mecanic. Soluțiile moderne includ gratare dese din oțel inoxidabil sau alte materiale rezistente la coroziune, prevăzute cu dispozitive pentru deshidratarea reținerilor.

Fig. 2. Gratare rare și dese.

Fig. 3. Sistem de curățare mecanic.

Sitele au rol identic grătarelor, dar au ochiuri dese, reținând solide cu diametru mai mic.

Fig. 4. Site.

 Deznisipatoarele sau decantoarele pentru particule grosiere asigură depunerea pe fundul bazinelor lor a nisipului și pietrișului fin și altor particule ce au trecut de site dar care nu se mențin în ape liniștite mai mult de câteva minute. Nisipul depus se colectează mecanic de pe fundul bazinelor și se gestionează ca deșeu împreună cu cele rezultate din etapele anterioare, deoarece conține multe impurități organice.

Fig. 5. Deznisipator.

Decantoarele primare sunt longitudinale sau circulare și asigură staționarea apei timp mai îndelungat, astfel că se depun și suspensiile fine. Se pot adăuga în ape și diverse substanțe chimice cu rol de agent de coagulare sau floculare, uneori se interpun și filtre. Spumele și alte substanțe flotante adunate la suprafață (grăsimi, substanțe petroliere etc.) se rețin și înlătură ("despumare") iar nămolul depus pe fund se colectează și înlătură din bazin (de exemplu cu lame racloare susținute de pod rulant) și se trimite la metantancuri.

Treapta secundară constă și ea din mai multe etape:

Aerotancurile sunt bazine unde apa este amestecată cu "nămol activ" ce conține microorganisme ce descompun aerob substanțele organice. Se introduce continuu aer pentru a accelera procesele biochimice.

Fig. 6. Bazin cu nămol activat cu aerare pneumatică

cu tuburi cu membrane elastice perforate.

Decantoarele secundare sunt bazine în care se sedimentează materialele de suspensie formate în urma proceselor complexe din aerotancuri. Acest nămol este trimis la metantancuri iar gazele (ce conțin mult metan) se folosesc ca și combustibil de exemplu la centrala termică.

Treapta terțiară nu există la toate stațiile de epurare. Ea are de regulă rolul de a înlătura compuși în exces (de exemplu nutrienți- azot și fosfor) și a asigura dezinfecția apelor (de exemplu prin clorinare). Această treaptă poate fi biologică, mecanică sau chimică sau combinată, utilizând tehnologii clasice precum filtrarea sau unele mai speciale cum este adsorbția pe cărbune activat, precipitarea chimică etc. Eliminarea azotului în exces se face biologic, prin nitrificare (transformarea amoniului în azotit și apoi azotat) urmată de denitrificare, ce transformă azotatul în azot ce se degajă în atmosferă. Eliminarea fosforului se face tot pe cale biologică, sau chimică.

Fig. 7. Eliminarea azotului și fosforului.

În urma trecerii prin aceste trepte apa trebuie să aibă o calitate acceptabilă, care să corespundă standardelor pentru ape uzate epurate. Dacă emisarul nu poate asigura diluție puternică, apele epurate trebuie să fie foarte curate. Ideal e să aibă o calitate care să le facă să nu mai merite numite "ape uzate" dar în practică rar întâlnim așa o situație fericită. Pe de o parte tehnologiile de epurare se îmbunătățesc, dar pe de altă parte ajung în apele fecaloid-menajere tot mai multe substanțe care nu ar trebui să fie și pe care stațiile de epurare nu le pot înlătura din ape.

În final apa epurată este restituită în emisar – de regulă râul de unde fusese prelevată amonte de oraș. Ea conține evident încă urme de poluant, de aceea este avantajos ca debitul emisarului să fie mare pentru a asigura diluție adecvată.

Alte soluții propun utilizarea pentru irigații a apelor uzate după tratamentul secundar, deoarece au un conținut ridicat de nutrienți. Acest procedeu e aplicabil dacă acele ape nu conțin toxice specifice peste limitele admise și produsele agricole rezultate nu se consumă direct. În acest caz nu mai este necesară treapta a III-a și nu se mai introduc ape în emisar (fapt negativ din punct de vedere al debitului dar pozitiv pentru calitate, deoarece apele epurate nu sunt niciodată cu adevărat de calitate apropiată celor naturale nepoluate antropic). Se experimentează și utilizarea apelor uzate ca sursă de apă potabilă, desigur cu supunerea la tratamente avansate de purificare.

Nămolul din decantoarele primare și secundare este introdus în turnuri de fermentație, numite metantancuri. De obicei sunt rezervoare de beton armat de mari dimensiuni, unde se asigură temperatură relativ ridicată, constantă, și condiții anaerobe, în care bacteriile fermentează

nămolul și descompun substanțele organice până la substanțe anorganice, rezultând un nămol bogat în nutrienți și gaze care, conținând mult metan, se utilizează ca și combustibil.

STAȚIA DE EPURARE BAIA MARE

În septembrie 2011 a fost emis Certificatul de recepție finală pentru Stația de tratare a apei uzate din orașul Baia Mare, oraș situat în județul Maramureș. OTV France SNC este printre puținele firme care au reușit performanța obținerii acestui certificat, care atestă îndeplinirea obligațiilor contractuale.

Dupa 36 luni de lucrări, joi, 7 octombrie 2010, a avut loc inaugurarea stației de tratare ape uzate din orașul Baia Mare, în prezența domnului Istvan Ludescher, primar adjunct al orașului Baia Mare, a domnului Geza Gasparik, director general SC Vital, a subprefectului Gyonkyike Bondi cât și a reprezentanților VWS: Vasile Chindris (Project Manager), Gheorghe Neacșu (Director realizare), Serge Oana (Director VWS Romania) și a domnului Christophe Ploux (vice-presedinte VWS Europa Municipal PECO).

Aceasta stație de tratare ape uzate a fost reabilitată de firma OTV France SNC prin intermediul societatii VWS Romania pentru beneficiarul final SC Vital SA Baia Mare, societate care se ocupă cu distribuția apei potabile la consumatori casnici și industriali, colectarea și epurarea apelor uzate menajere industriale. Valoarea contractului a fost de 11.6 milioane euro. Capacitatea de tratare este de 1 448 l/s adică echivalent 165 000 locuitori. Etapa de pretratare nu există, ea fiind inclusă în proiect. Aceasta etapa de tip OTV este o filiera clasică : grătare grosiere, stație de pompare apa brută, grătare fine, deznisipatoare, degresoare, compactoare reziduuri și separator de nisip. Decantoarele primare, bazinele de nămol activat cu aerator de suprafață, clarificatoarele, au fost reabilitate pentru faza geniu civil, iar partea mecanică este complet nouă. Pentru tratarea nămolurilor, au fost construite două îngroșatoare de 14 m diametru fiecare. Nămolurile sunt îngroșate până la o concentrație de 20 % cu ajutorul unui filtru cu bandă, iar un tratament final cu var conduce la o îngroșare de 35% a nămolului. Stația este în întregime gestionată cu ajutorul unui sistem SCADA.

Fig. 8. Schema bloc a stației de epurare Baia Mare.

Amplasarea stației de epurare

Fig. 9. Amplasarea stației de epurare Baia Mare.

Etapele procesului de epurare

Fig. 10. Etapele procesului de epurare.

6. DESCRIEREA PROCESULUI

DESCRIEREA PROCESULUI DE TRATARE A APEI

Pretratare

Apa uzată ajunge la stația de epurare prin 2 ovoide de tipul colectoare de canalizare, având secțiunea transversală de 150/225 cm și 110/165 cm. O cameră de legatură transmite apa uzată spre clădirea de pretratare.

Lucrările de tratare preliminară includ: camera intrare, grătare grosiere, stația de pompare de intrare, grătare dese, măsurare și reglare debit, bazine de îndepartare pietriș și grăsimi.

Fig. 11. Containere pretratare.

Fig. 12. Pretratare – vedere exterioară.

Camera de intrare, bypass și deversoare de urgență

Camera de intrare direcționează apa uzată la cele 3 grătare grosiere automate. Are două deversoare succesive:

primul permite ocolirea grătarelor grosiere automate în caz de creștere necontrolată a nivelului apei și permite funcționarea grătarului grosier manual;

al doilea (de urgență) permite ca tot debitul de ape uzate care intră, să fie dirijat către by pasul general al stației. Acest preaplin de urgență funcționează automat, în cazul în care debitul de vârf depăsește valoarea de proiectare sau în cazul funcționării necorespunzătoare a echipamentelor: grătare grosiere, pompe de ridicare.

Canal de preaplin este echipat cu debitmetru și descarcă debitul de apă uzată la by pasul general al stației.

Grătare grosiere

Apa brută trece prin trei grătare rare automate, cu distanța dintre bare de 40 mm ce funcționează ca serviciu, asistent și rezerva. Se urmărește protejarea stației de ridicare a apei de particule mari. Fiecare canal cu gratar poate fi închis cu stăvilare.

Grătarele rare sunt construite în asa fel încât dacă unul din ele trebuie închis pentru întreținere întregul debit să poată trece prin celelalte grătare. Pentru a asigura nivelul maxim de funcționare a echipamentelor luând în calcul adâncimea canalelor, operarea gratarelor este în întregime automatizată. Acestea funcționeaza ciclic și la detectarea diferenței de nivel pe grătare.

Fig. 13. Grătare grosiere – vedere din față.

Cele trei grătare pot fi ocolite printr-un canal de urgență dotat cu un grătar manual care are distanța dintre bare de 40 mm.

Particulele reținute de grătarele rare sunt colectate de o banda rulantă care le transportă la un container pentru depozitarea finală.

Fig. 14. Grătare grosiere – vedere din spate.

În stația de pretratare sunt instalate două containere pentru stocarea particulelor reținute de gratarele rare.

Stația de pompare de intrare

Dupa îndepărtarea particulelor la gratare, apa brută este ridicată de șase (cinci operaționale și una în rezerva) pompe centrifugale submersibile proiectate să ridice vârful de debit de 2.832 m³/s la nivelul grătarelor fine.

Fig. 15. Stație de pompare de intrare – exterior.

Fig. 16. Stație de pompare de intrare – interior.

Grătare dese

Apa brută trece prin trei grătare dese automatizate cu distanța dintre bare de 6 mm. Cele trei grătare dese sunt proiectate să trateze un debit maxim de of 2.832 m³/s. Pentru a asigura nivelul maxim de funcționare a echipamentelor, operarea grătarelor este în întregime automatizată. Aceasta funcționează ciclic și la detectarea diferenței de nivel pe grătare.

Dacă unul din grătare trebuie închis pentru întreținere, apa va trece prin celălalt grătar și prin grătarul manual cu distanta dintre bare de 15 mm.

Stăvilare acționate manual sunt instalate în amonte și în aval de grătarele dese pentru a permite izolarea acestora pentru întreținere.

Particulele reținute de grătarele dese sunt colectate de un șnec care le transportă către un șnec bidirecțional de distribuție. Acestea sunt tratate de către două șnecuri de compactare. După compactare, particulele reținute sunt descărcate în două containere pentru depozitare finală.

Măsurare și reglare debit

Apa brută de la grătarele fine curge printr-un stăvilar de reglare către un canal de măsurare echipat cu debitmetru tip venturi. Stăvilarul de reglare este ajustat să limiteze debitul maxim către tratarea primară și secundară la valoarea maximă pentru perioada uscată 1.448 m3/s. Debitul ce depășește această limită este automat deviat către canalul de bypass prin deversorul de urgență.

Stăvilarul de control începe să închidă ușor când debitul reglat de 1.448 m³/s este atins. Aceasta determină creșterea nivelului în amonte astfel încât apa uzată începe să curgă peste deversor.

Eliminarea pietrișului și a grăsimii

În această etapă, apa brută conține cantități mari de pietriș și grăsimi ce pot cauza unele probleme pe parcursul tratării. Pietrișul poate crește uzura mașinăriilor și poate forma depuneri neașteptate în bazinele de tratare.

Pietrișul și grăsimile sunt colectate în două camere de beton aerate. Volumul celor două camere a fost proiectat astfel încât să aibă timpul necesar de retenție pentru a separa pietrișul de solidele organice suspendate și să colecteze grăsimile și uleiul.

Această structură constă într-un bazin dreptunghiular cu colectoare pe fund într-o parte pentru a colecta resturile de pietriș și este dotat cu:

Aeratoare pentru a împinge uleiul la suprafața apei,

Un pod raclor pentru îndepartarea grăsimilor de la suprafață și a pietrișului de pe fund,

Pompe pentru pietrișul uscat pentru a scoate pietrișul adunat în rezervoarele de pe fundul colectoarelor.

Podurile racloare sunt proiectate să funcționeze pe fiecare canal în parte pentru o mai bună fiabilitate.

Fig. 17. Pod deznisipator/degresor.

Fig. 18. Pompe de nisip.

Apa care urmează să fie tratată intră în amonte de camere. Aerul este injectat prin aeratoare care se află la 2, 5 m sub nivelul apei pe ambele parți ale peretelui despărțitor al celor două camere.

Apa intră apoi într-un flux în spirală de-a lungul camerei facilitând astfel decantarea și separarea pietrișului de materie organică. Viteza este factorul cheie pentru o bună funcționare a acestui echipament de proces.

Spuma și grăsimile plutesc la suprafață și sunt înlăturate spre un spălător la partea opusă intrării. Pietrișul și nisipul decantate pe fund, sunt colectate de racloare spre cele două colectoare. De acolo sunt aspirate de pompe aflate în camera de lângă bazine și pompate către spălătorul de pietriș.

Spalator de pietriș

Pietrișul este pompat spre un spălător ceea ce reduce volumul apei și a materialului organic. Acesta se află în zona containerelor.

Spălătorul este format dintr-un rezervor în care se decantează pietrișul și de unde acesta este ridicat de un melc și descarcat într-unul din cele două containere, de o pâlnie rotativă.

Supernatantul curge gravitațional spre intrarea în canalele de deznisipare degresare.

Colectare grăsimi și spumă. Statța de pompare retur intrare

Grăsimea și uleiul scoase din colectorul de spumă sunt descărcate în colectorul general, apoi sunt pompate de o pompa specială de grăsimi instalată lângă colectorul general către un container pentru evacuare.

Apa separată în colectorul de grăsimi, apa uzată provenită din spalarea grătarelor fine, de la compactoare și de la platforme, curge prin gravitație în stația de pompare retur intrare.

Două pompe (una rezervă) pompează periodic apa uzată colectată către intrarea în bazinele de deznisipare degresare. Pompele pornesc și se opresc automat în funcție de nivelul de apă din colector.

Tratare primară

Camera de distribuție către decantoarele primare

După ce trece prin etapa de pretratare și este stabilit debitul maxim de 1.448 m³/s (5213 m³/h) în condiții normale, apa intră în instalația de tratare primară.

O cameră de distribuție circular prevazută cu deversoare este construită în apropierea decantoarelor primare de 45 m diametru, să împartă debitul în cantități egale. Fiecare linie de tratare poate fi izolată folosind stăvilare acționate manual. Un stăvilar de bypass (normal închis) permite devierea întregului debit, dacă este necesar, către tratarea secundară.

Decantoare primare și pompe nămol primar

Nămolul primar se decantează și se adună pe fundul decantoarelor. Un pod raclor dirijează nămolul din decantor spre centru de unde acesta este pompat spre îngroșatorul static de nămol de către stația de pompare nămol primar.

Sunt instalate două pompe, una în funcțiune și cealaltă în rezervă, astfel încât, dacă una dintre pompe este neoperațională temporar, nămolul să poată fi extras.

După decantare, apa e îndreptată spre bazinele biologice printr-un canal de ieșire. La capătul acestui canal există o cameră de distribuție care direcționează debitul de apă decantată către cele patru linii de tratare biologică.

Fig. 19. Decantor primar.

Fig. 20. Stație de pompare nămol primar.

Tratare secundară

Camera de distribuție pentru bazinele de aerare

În fața bazinelor de aerare este construită o cameră de distribuție circulară prevazută cu deversoare. Camera de distribuție este prevăzută cu patru stăvilare de izolare, câte unul pentru fiecare linie care dirijează debitul către bazinele de aerare.

Distribuția egală a debitului este realizată de un sistem de deversoare ajustabile, fiecare descărcând în câte o linie de tratare.

Debitul se distribuie într-o singură unitate când cealaltă este închisă. Bazinele și deversoarele sunt proiectate hidraulic să preia debitul de 8596 m³/h care include vârful de debit pentru perioada uscată plus debitul de nămol recirculat.

Bazine de aerare

Tratarea biologică are la bază procesul de încărcare medie a nămolului activ care ajută la dezvoltarea culturii bacteriene într-un bazin de nămol activ alimentat cu apă brută. Coloniile de bacterii prezente în stare latentă în apă, absorb poluarea din apă și o folosesc ca nutriment pentru dezvoltarea lor.

Există două bazine de aerare fiecare având un volum total util de 8,000 m³ împărtit în două linii egale. Aerarea este realizată cu aeratoare de suprafață (turbine). Aerarea nu asigură numai oxigenul necesar bacteriilor și funcționarea optimă, dar ajută și la păstrarea în suspensie a amestecului.

Efluentul este deversat continuu din bazinele biologice și este dirijat spre decantoarele secundare prin cădere gravitațională. Acolo, nămolul activ se decantează și supernatantul curge peste deversor spre gura de ieșire a stației.

Nămolul activ este extras de pe fundul decantoarelor secundare și direcționat către stația de pompare nămol activat. Două pompe (una rezervă) recirculă nămolul activat către camera de distribuție de la intrarea în bazinele de aerare. Ambele fluide: apa de la decantoarele primare și nămolul recirculat de la decantoarele secundare, se amestecă în camera de distribuție înainte de a fi distribuite către cele patru linii de tratare biologică.

Concentrația de oxigen din bazin este controlată automat prin senzori de oxigen dizolvat în fiecare linie de tratare care stabilește succesiunea de lucru a aeratoarelor.

Fig. 21. Bazin de aerare.

Fig. 22. Aerator.

Decantoare secundare

Ca urmare a procesului biologic nămolul activ trebuie separat de amestec pentru ca efluentul să atingă limitele de deversare stabilite. Acest proces are loc în cele trei decantoare secundare cu fund plat și sistem de aspirație de năamol. Acest sistem dotat cu tuburi și sifon permite colectarea rapidă a nămolului sedimentat.

Un raclor de metal în “V” cu lame de cauciuc împinge nămolul spre unghiul interior al racloarelor unde se află conductele. Acesta formează structura pe care se mișcă racloarele, cu cuve pentru primirea nămolului care sunt fixate sub pod.

Nivelul nămolului în cuve este menținut prin intermediul sifonului la un nivel sub nivelul de deversare a efluentului din tanc, permițând astfel, curgerea hidraulică a nămolului în cuve.

Un raclor de suprafață fixat de podul circular, colectează particulele plutitoare într-un colector de spumă.

Fig. 23. Decantor secundar.

Stația de pompare nămol activat

Nămolul provenit de la decantoarele secundare este colectat de conducte cu diametru adecvat în stația de pompare nămol activat.

Sunt instalate două pompe de recirculare nămol și două pompe de surplus de nămol prevăzute cu conducte de refulare, vane manuale de izolare și clapete de sens ce sunt operate în sistemul serviciu rezervă.

Pompele de recirculare nămol sunt prevăzute cu variatoare de frecvență care permit modificarea debitului de nămol recirculat pentru un tratament biologic optim.

Pe conductele de refulare ale pompelor de nămol recirculat și surplus de nămol sunt instalate debitmetre pentru a permite controlul individual al debitului. Folosirea debitmetrelor permite controlul și reglarea debitului de la distanță.

DESCRIERE TRATARE NĂMOL

Scopul principal în tratarea nămolului este concentrarea particulelor organice și solide prin îngroșare și deshidratare prin tehnologii simple și economice.

Cantitatea totală de nămol ce trebuie tratată include nămolul primar și surplusul de nămol biologic.

Fig. 24. Instalația tratare nămol – schema bloc.

Instalația de tratare a nămolului funcționează 5 zile pe saptamână și 12 ore pe zi, cu excepția îngroșatoarelor de nămol ce funcționează 24 ore pe zi și include următorii pași de tratare:

Îngroșarea nămolului

Nămolul se decantează gravitațional pe fundul îngroșatorului. Îngroșarea nămolului este îmbunătățită cu un mecanism cu bare instalat în bazinul de beton.

Acesta ajută în special apa interstițială să iasă din nămol. Supernatantul, (apa plus o cantitate foarte mică de nămol primar), curge peste deversorul periferic existent de jur împrejurul îngroșatorului. Mecanismul cu bare transferă nămolul de pe fundul îngroșatorului spre centru de unde este pompat spre următoarea etapă de tratare: deshidratarea.

O stație de pompare de lângă îngroșatoare scoate nămolul îngroșat și îl trimite spre filtrele presă în timpul săptămânii sau spre rezervorul de stocare în timpul sfârșitului de săptămână.

Fig. 25. Îngroșătoare de nămol.

Fig. 26. Acționare îngroșător de nămol.

Rezervor de stocare nămol

Un rezervor cu capacitatea de 1050 m3 este prevăzut pentru a stoca nămolul îngroșat în timpul sfârșitului de săptămână.

Rezervorul este echipat cu un agitator submersibil care împiedică sedimentarea nămolului.

Stație de pompare nămol, deshidratare și manevrare nămol

Două linii de extracție nămol de la îngroșatoare prevăzute cu două pompe (1 + 1 de rezervă pe fiecare linie) sunt utilizate pentru alimentarea cu nămol a echipamentelor de deshidratare. Aceste pompe extrag direct de la îngroșatoare sau de la rezervorul de stocare nămol, folosind vane automate cu burduf. În timpul sfârșitului de săptămână pompele extrag nămolul din îngroșatoare și îl trimit la rezervorul de stocare. Debitul pompelor este ajustat de la distanță, după cum este necesar.

Deshidratare se face prin două filtre presă cu bandă, instalate la etajul unu al clădirii deshidratare nămol. Nămolul este primit de fiecare dintre filtrele presă cu bandă într-un compartiment special de admisie în care nămolul reacționează cu polimerul.

Benzile sunt transportate peste și între mai multe role între care nămolul este presat și stors. Fiecare bandă este echipată cu un dispozitiv de tensionare automată cu reglare mecanică. Nămolul este apoi ghidat între cele două benzi și prin presare și forfecare se determină scăderea conținutului de umiditate. Acest lucru este determinat de alunecarea alternativă a unei benzi față de cealaltă.

Fig. 27. Filtre presă cu bandă.

Fig. 28. Descărcare nămol deshidratat.

Fig. 29. Pompe de alimentare cu nămol filtre presă.

Fig. 30. Pompe spălare filtre presă.

Doar o singură bandă este condusă de către o acționare cu viteză variabilă, cealaltă este condusă prin frecare de către prima bandă.

Datorită stratului de nămol presat între cele două benzi, viteza lor unghiulară variază și poate provoca alunecarea laterală a unei benzi față de cealaltă. Prin urmare sunt prevăzute role reglabile, echipate cu cilindri ajustabili ce modifică unghiul benzii dintre rolele fixe.

Nămolul deshidratat este apoi rașchetat de pe benzi și descărcat în șnecul de evacuare. Instalația de deshidratare a nămolului funcționează 5 zile pe săptamână și maximum 12 ore pe zi.

Tratarea nămolului cu var

După deshidratarea în cele două filtre presă cu bandă, nămolul este preluat de șnecul de evacuare nămol către clădirea tratării cu var. Nămolul deshidratat este amestecat cu pudra de var stins într-un mixer mecanic. Nămolul deshidratat amestecat cu var este preluat de către un snec de transport către un șnec de distribuție ce poate transporta nămolul alternativ către două containere de stocare de 14 mc fiecare.

Șnecul de distribuție este prevăzut cu o acționare electrică ce permite deplasarea mecanică a acestuia către oricare container de stocare.

Pudra de var stins necesară pentru tratarea nămolului deshidratat provenit de la cele două filtre presă cu bandă, este stocată într-un siloz de stocare de 80 mc.

La baza silozului de formă cilindrică-conică este instalat un dispozitiv mecanic de amestec ce împiedică întărirea și extragerea normală a varului. La ieșirea silozului este instalat un șnec de măsurare a cantității de pudră cu turație variabilă ce alimentează un șnec de injecție a pudrei în mixerul mecanic.

Programul de funcționare a instalației de tratare cu var este același ca al instalației de deshidratare, de 12 ore pe zi și 5 zile pe săptămână.

Dacă instalația de tratare cu var este temporar indisponibilă, instalația de deshidratare poate dirija nămolul deshidratat către 5 containere de stocare de 14 mc fiecare prin schimbarea sensului de rotație a șnecului de evacuare.

Manevrare și stocare nămol deshidratat

Nămolul deshidratat produs de filtrele presă cu bandă, este descărcat pe un șnec prevăzut cu două colectoare metalice. Acest șnec funcționează în două direcții:

o direcție pentru descărcarea în trei containere instalate afară sub un acoperiș metalic, la nivelul solului;

cealaltă direcție pentru tratarea nămolului cu var.

Pentru distribuția nămolului în containerele instalate este prevăzut un al doilea șnec rotativ. Rotirea necesară este asigurată de un mecanism pivotant motorizat.

Este prevăzut un număr total de 5 containere a câte 14 m3 fiecare pentru evacuarea nămolului deshidratat.

Un sistem de drenaj este construit și conectat la stația de pompare retur ape uzate a clădirii de deshidratare.

ALTE SERVICII

Apa de serviciu

Un grup de suprapresiune, dotat cu trei pompe este instalat lângă debitmetrul de la gura de ieșire. Apa de serviciu este distribuită în incinta stației la clădirea pre-tratare pentru grătarele fine și pentru sistemul de deznisipare degresare.

Apa potabilă

Apa potabilă este luată din rețeaua de apă potabilă a orașului. O rețea de distribuire asigură apa potabilă în diferite zone ale stației.

În clădirea de deshidratare, la nivelul solului este construit un rezervor de stocare apă potabilă cu o capacitate de 25 m3. Această capacitate este folosită în special pentru pompele de spălare filtre presă.

Ventilație și încălzire

Ventilația aduce aer proaspăt și evacuează aerul poluat din clădire. În unele camere, pentru a evita riscul de îngheț există aeroterme industriale.

Următoarele zone sunt dotate cu ventilație:

Camera de deshidratare nămol;

Camera rezervorului de apă potabilă;

Cameră stocare și preparare polimer;

Stația de pompare nămol îngroșat;

Camera spălătorului de nisip.

Următoarele zone sunt dotate cu încălzire:

Camera de deshidratare nămol;

Camera rezervorului de apă potabilă;

Cameră stocare și preparare polimer;

Stația de pompare nămol îngroșat;

Camera spălătorului de nisip.

AUTOMATIZAREA STAȚIILOR DE POMPARE

Stația este controlată în mod normal de la camera de comandă printr-un sistem SCADA. Toate echipamentele trebuie selectate pe “AUTO” ca să permită controlul și operarea de la distanță. În caz de avarie la sistemul SCADA instalația poate fi operată local de la stațiile de control local sau tablourile de comandă locale.

Sistemul SCADA

SCADA este prescurtarea pentru monitorizare, control și achiziții de date (Supervisory Control And Data Acquisition). Termenul se referă la un sistem amplu de măsură și control. Automatizările SCADA sunt folosite pentru monitorizarea sau controlul proceselor chimice, fizice sau de transport.

Fig. 31. Sistemul SCADA.

Complexitatea unui sistem SCADA variază de la monitorizarea condițiilor de mediu a unui spațiu de birouri, până la monitorizarea tuturor activităților dintr-o centrală nucleară sau dintr-un sistem de alimentare cu apă a unui oraș (ajungând până la zece mii de canale Input/Output).Un sistem SCADA este, așadar, un sistem de colectare și analiză de date în timp real și este folosit pentru monitorizarea și controlul centralelor sau echipamentelor industriale.

Acest sistem se caracterizează prin:

adunare de informații (de exemplu, detecție de scurgere la o conductă);

transmiterea informațiilor înapoi la serverul central;

generarea de alerte referitoare la problemele apărute;

executarea procedurilor de analiză și control necesare situației respective (de exemplu, determinarea nivelului critic a problemei identificate);

afișarea informațiilor într-o formă organizată.

Termenul SCADA se referă de obicei la un centru de comandă care monitorizează și controlează un întreg spațiu de producție. Cea mai mare parte a operațiunilor se execută automat de către RTU – unități terminale comandate la distanță (Remote Terminal Unit) sau de către PLC- unități logice de control programabile (Programmable Logic Controller).

Funcțiile de control ale centrului de comandă sunt de cele mai multe ori restrânse la funcții decizionale sau funcții de administrare generală.

Achiziția de date începe la nivelul RTU sau PLC și implică citirea indicatoarelor de măsură și a stării echipamentelor care apoi sunt comunicate la cerere către SCADA. Datele sunt apoi restructurate într-o formă convenabilă operatorului care utilizează o HMI, pentru a putea lua eventuale decizii care ar ajusta modul de lucru normal al RTU/PLC. (Un sistem SCADA include componentele: HMI, controllere, dispozitive de intrare-ieșire, rețele, software și altele).

Un sistem SCADA tipic implementează o bază de date distribuită care conține elemente denumite puncte. Un punct reprezintă o singură valoare de intrare sau ieșire monitorizată sau controlată de către sistem. Punctele pot fi fie hard, fie soft. Un punct hard este reprezentarea unei intrări sau ieșiri conectată la sistem, iar un punct soft reprezintă rezultatul unor operații matematice și logice aplicate altor puncte hard și soft. Valorile punctelor sunt stocate de obicei împreună cu momentul de timp când au fost înregistrate sau calculate. Seria de puncte plus timp reprezintă istoricul acelui punct.

Componentele sistemului SCADA

Sistemele SCADA sunt alcătuite din componente de natură diferită, acestea fiind conectate între ele. Astfel, putem vorbi despre:

componente de măsurare – în cazul rețelelor de transport și distribuție fluide se măsoară presiunea, temperatura și debitul, iar pentru rețele electrice se măsoară tensiunea, curentul și frecvența.

componente de acționare și automatizare – exemple pentru rețele de transport și/sau distribuție de fluide: vane și robinete comandate, pompe prevăzute cu comandă; pentru rețele electrice: comutatoare, întrerupătoare, disjunctoare comandate.

componente hardware – panouri de comandă, calculatoare, imprimante, plottere, monitoare, afișaje sinoptice, module de conducere a proceselor inteligente, module de comandă cu logică programată, unități de stocare (discuri și/sau benzi magnetice).

componente software – sisteme de operare (în timp real sau nu), sisteme de culegere a datelor, sisteme de gestionare a bazelor de date, programe de simulare, programe de comunicații, programe de arhivare/incriptare/restaurare a datelor.

componente de comunicații – comunicațiile se pot efectua pe diferite căi:

rețele LAN – cablurile rețelelor (cabluri coaxiale, UTP, optice), plăci de rețea;

linii telefonice (închiriate sau proprietare) – linii telefonice,modemuri

mijloace de comunicații radio terestre – stații de emisie – recepție, relee de transmisie

mijloace de comunicații prin sateliți – stații de emisie-recepție sateliți

RTU sau PLC

RTU – unitățile terminale comandate la distanta – Remote Terminal Unit realizează conexiunea cu echipamentele supravegheate:

citesc starea acestora (cum ar fi poziția deschis / închis a unui releu sau valve);

citesc mărimile măsurate cum ar fi presiunea, debitul, tensiunea sau curentul.

RTU pot controla echipamentele trimițând semnale, cum ar fi:

închidere a unui releu sau valve;

setarea vitezei unei pompe.

RTU pot citi stări logice digitale sau măsurători analogice și pot trimite comenzi digitale sau setări de valori analogice de referința.

O parte importantă a implementarilor SCADA sunt alarmele. O alarmă este starea logică a unui punct care poate avea valoarea NORMAL sau ALARMAT. Alarmele pot fi create în așa fel încât ele se activează atunci când condițiile sunt îndeplinite.

Alarmele îndreaptă atenția operatorului SCADA spre partea sistemului care necesită o intervenție. La activarea alarmelor, un manager de alarme poate trimite mesaje email sau text operatorului.

PLC -Controllere logice programabile – Pogrammable Logic Controller

Un PLC, este un mic calculator cu un microprocesor folosit pentru automatizarea proceselor cum ar fi controlul unui utilaj într-o linie de asamblare. Programul unui PLC poate adesea controla secvențe complexe și de cele mai multe ori este scris de către un inginer. Programul este apoi salvat în memoria EEPROM.

Ceea ce diferențiază un PLC de alte calculatoare este faptul că este prevăzut cu intrări / ieșiri către senzori și relee.

PLC-urile citesc:

starea comutatoarelor;

starea indicatoarelor de temperatură;

starea indicatoarelor de poziție, ș.a.

PLC-urile comandă motoare electrice, pneumatice sau hidraulice, relee magnetice.

Funcționalitatea unui PLC s-a dezvoltat de-a lungul anilor pentru a include controlul releelor, controlul mișcării, controlul de proces, etc.

În prezent, linia ce delimitează un calculator programabil de un PLC este tot mai subțire. PLC-urile s-au dovedit a fi mai robuste, în timp ce calculatoarele au încă deficiențe. Folosind standardul IEC 61131-3 acum este posibilă programarea PLC folosind limbaje de programare structurată și operații logice elementare. La unele PLC este disponibilă programarea grafică denumită Sequential Function Charts bazată pe Grafcet.

HMI – Interfața om-mașină – Human Machine Interface

Industria de HMI/SCADA a aparut din nevoia unui terminal prietenos pentru utilizator într-un sistem alcătuit cu unități PLC.

Un PLC este programat să controleze automat un proces, însă faptul că unitățile PLC sunt distribuite într-un sistem amplu, colectarea manuală a datelor procesate de PLC este dificilă. De asemenea, informațiile din PLC sunt de obicei stocate într-o formă brută, neprietenoasă.

HMI/SCADA are rolul de a aduna, combina și structura informațiile din PLC printr-o forma de comunicație. Încă din anii 1990 rolul sistemelor SCADA în sistemele inginerești civile s-a schimbat, necesitând o mai mare cantitate de operațiuni executate automat. Un HMI elaborat, poate fi de asemenea conectat la o bază de date pentru realizarea de grafice în timp real, analiza datelor, proceduri de întreținere planificate, scheme detaliate pentru un anumit senzor sau utilaj, precum și metode de depanare a sistemului. Din 1998, majoritatea producătorilor de PLC oferă sisteme HMI/SCADA integrate, cele mai multe folosind sisteme de comunicație și protocoale deschise, neproprietare. Majoritatea sistemelor HMI/SCADA oferă compatibilitate cu PLC-urile.

Stația Master și HMI

Termenul se referă la serverele și software-ul responsabil de comunicarea cu echipamentele amplasate la distanță (RTU, PLC, etc) și apoi cu software-ul HMI care rulează pe stațiile de lucru din camera de control. În sistemele SCADA mici, stația master poate fi un singur PC. În sistemele mari, stația master poate include mai multe servere, aplicații software distribuite și unități de salvare în caz de dezastre.

Un sistem SCADA prezintă de regulă informația operatorului sub forma unei schițe sugestive. Aceasta înseamnă că operatorul poate vedea o reprezentare a instalației supravegheate. De exemplu, o imagine a unei pompe conectate la o conductă poate afișa operatorului faptul că pompa lucrează și cât fluid este pompat prin conductă, la un moment dat. Operatorul poate apoi opri pompa. Software-ul HMI afișează debitul fluidului în scădere în timp real.

Pachetul HMI/SCADA include de obicei un program de desenare pe care operatorul sau personalul de întreținere îl folosește pentru a schimba modul în care punctele sunt reprezentate în interfața utilizator.

Infrastructura de comunicație

Sistemele SCADA folosesc combinate conexiuni radio, seriale sau conexiuni modem în funcție de necesități. Pentru amplasamente mari cum ar fi stații de alimentare sunt folosite de asemenea conexiuni Ethernet și IP/Sonet.

Protocoalele SCADA sunt concepute foarte compacte și multe sunt concepute ca să poată trimite informații stației master chiar și când stația master interoghează RTU.

Protocoalele inițiale SCADA de bază sunt Modbus, RP-570 și Conitel. Aceste protocoale sunt dependente de producător.

Protocoalele standard sunt IEC 60870-5-101 sau 104, Profibus și DNP3. Acestea sunt protocoale standardizate și recunoscute de majoritatea producătorilor SCADA.

Multe dintre aceste protocoale conțin acum extensii pentru operarea pe TCP/IP, cu toate acestea securitatea cerută în practică, sugerează evitarea conexiunii la internet, pentru a reduce riscurile unor atacuri.

SISTEMUL DE MONITORIZARE, ACHIZIȚIE A DATELOR ȘI CONTROL (SCADA) ÎN STAȚIA DE EPURARE

Fig. 32. Schema de principiu – automatizare reglare debit și nivel.

T1 – traductor de debit, T2 – traductor de nivel

MA3~ – mașină asincronă trifazată, f – frecvență, U – tensiune.

Măsurarea parametrilor de ieșire se realizează prin intermediul unei rețele de traductoare, conectate la instalația de automatizare. Sistemul SCADA citește valorile măsurate ale debitului și nivelului și trimite la unitățile logice de control (PLC1 și PLC2), valorile de referință.

PLC1 este elementul de reglare în buclă închisă a debitului realizat de către pompă. Pentru o anumită valoare stabilită a debitului, PLC1 stabilește o anumită frecvență la ieșirea convertorului, aceasta impune o anumită viteză de funcționare a motorului de antrenare iar pompa realizează debitul impus. Orice abatere a debitului fată de valorile stabilite (în plus sau în minus), va determina prin intermediul PLC-ului schimbarea frecvenței de ieșire a convertorului și prin aceasta, modificarea vitezei de antrenare a pompei (în minus sau în plus).

PLC2 este elementul de reglare în buclă închisă a nivelului fluidului din bazin. Pentru o anumită valoare stabilită a nivelului, PLC2, funcție de valarea de referință, stabilește închiderea sau deschiderea valvei.

Instalația de automatizare se structurează în jurul automatului programabil principal care conduce în mod automat procesul de epurare, de la nivel ierarhic primar. În structura sistemului există și un automat programabil subordonat ierarhic celui principal, care gestionează buna funcționare a stației de pompare. La nivel ierarhic superior, se află sistemul de achiziție a datelor, supervizare și control (SCADA), care este interconectat la nivel informatic cu memoria internă a automatelor programabile din proces și care permite conducerea automată a procesului, atât la nivel local, de la stația principală cu rol de server, cât și de la distanță.

Arhitectura sistemului

Elementele componente principale ale sistemului de automatizare sunt prezentate în figura 33.

Fig. 33. Arhitectura sistemului de automatizare.

Funcțiile sistemului SCADA

culegerea datelor prin intermediul controllere-lor de teren sau direct de la senzori sau echipamente de măsură;

stocarea datelor în baze de date, împreună cu informațiile de timp și stare proces;

prezentarea măsurătorilor în mai multe formate (digital, analogic, bar-graph, grafic tendința);

generarea automată a alarmelor la praguri prescrise de utilizator;

trimiterea automată sau la comandă manuală a alarmelor și comenzilor la distanță (prin rețea LAN);

rapoarte de activitate generate zilnic ce conțin parametrii de funcționare ai instalației și rapoarte ce conțin parametrii apelor epurate la evacuarea acestora;

controlul accesului utilizatorilor la configurări și comenzi (pe bază de parole);

jurnal de operații efectuate de către utilizatori.

Funcționarea sistemului

Conducerea automată a procesului are la bază un automat programabil (PLC1) care conduce la nivel primar procesul tehnologic, pe mai multe fire de execuție. Funcțiile de bază pe care acesta le îndeplinește sunt, pe lângă conducerea procesului, conversia și transmiterea mărimilor de proces, algoritmi de control PID, comunicarea cu serverul SCADA, cu automatul programabil al stației de pompare (PLC2) și cu modulul operator. Automatul programabil de la stația de pompare asigură conducerea locală a stației de pompare, în mod autonom (când legătura cu PLC1 este întreruptă) sau în mod “SLAVE” în situația de funcționare normală. Acesta asigură atât conversia mărimilor de proces (analogice sau digitale) citite de la traductori, cât și trimiterea acestora spre PLC1 și sistemul SCADA.

Prin definiție, sistemul informatic SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) reprezintă un sistem informatic modern, destinat urmăririi și conducerii operative a proceselor, pe baza datelor achiziționate on-line.

Din punct de vedere software, sistemul SCADA este o aplicație client-server, formată dintr-un server de aplicație care asigură în principal funcțiile de achiziție, stocare, prelucrare și transmisie de date și un număr de aplicații client care asigură funcțiile de vizualizare a mărimilor achiziționate și raportate. Monitorizarea și comanda stației se realizează atât de la distanță folosind rețeaua VPN și aplicații tip client, cât și local folosind serverul SCADA sau interfețele HMI existente. Aplicația este configurată în scopul urmăririi permanente a evoluției procesului, semnalizând orice incident de tip alarmă sau avarie. Istoricul acestor evenimente va fi accesibil pentru operator prin intermediul unei liste de alarme. De asemenea, aplicația va genera automat rapoarte de activitate periodice sau de evacuare, sub forma unor tabele de valori. Aceste rapoarte sunt stocate pe hard-disk-ul stației server, ca fișiere în format ”.rtf”, fiecare fișier conținând câte un raport.

Din punct de vedere al interfeței, aplicația SCADA are ca punct de plecare o schemă sinoptică a întregului proces, prin intermediul căreia operatorul poate să identifice cu ușurință starea în care se află atât procesul tehnologic, cât și elementele componente ale acestuia.

SISTEME AUTOMATE (SRA) DE REGLARE DEBITE ȘI NIVELE

Pentru măsurarea mărimilor fizice care intervin într-un proces tehnologic este necesară, de cele mai multe ori, convertirea (traducerea) acestora în mărimi de o altă natură fizică, convenabile pentru celelalte elemente din cuprinsul SRA. De exemplu, o temperatură sau o presiune sunt convertite în mărimi de natură electrică: tensiune, curent electric, proporționalecu mărimile generale care pot fi utilizate și prelucrate de celelalte elemente de automatizare ale SRA (comparatoare, regulatoare automate,etc.).

Se numește TRADUCTOR acel element al SRA care realizează convertirea unei mărimi fizice, de obicei neelectrică, în mărime de altă natură fizică, de obicei electrică, proporțională cu prima sau dependentă de aceasta, într-un fel prestabilit, în scopul utilizării într-un sistem de automatizare. Structura generală a unui traductor este prezentată în figura de mai jos:

Fig. 34. Structura generală a unui traductor.

ES─ element sensibil; AD─ adaptor; SE─ sursă de energie inclusă

Mărimea de la intrarea traductorului i (reprezentând valori de presiune, temperatură, turație, etc.) este convertită de elementul sensibil ES într-o mărime intermediară l care se aplică adaptorului AD (convertorul de ieșire). Acesta transformă mărimea l în mărime de ieșire y de obicei de natură electrică(tensiune, curent, rezistentă, etc.) ce poate fii observată sau prelucrată mai ușor în circuitul de reglare. Convertorul de ieșire are totodată rolul de a realiza și o adaptare cu celelalte elemente din cadrul SRA.

Elementul sensibil ES (denumit și detector, captor sau senzor) este elementul specific pentru detectarea mărimii fizice pe care traductorul trebuie să o măsoare. Sub acțiunea mărimii de intrare, are loc o modificare de stare a elementului sensibil, care, fiind o consecință a unor legi fizice cunoscute teoretic sau experimental, conține informația necesară determinării valorii acestei mărimi.

Fig. 35. Funcțiile elementelor componente traductorului.

Modificarea de stare presupune un consum energetic preluat de la proces, în funcție de fenomenele fizice pe care se bazează detecția. Modificarea de stare se poate manifesta sub forma unui semnal la ieșirea ES (de exemplu t.e.m. a unui termocuplu în funcție de temperatură), în alte situații, modificarea de stare are ca efect variații ale unor parametri de material a căror evidențiere printr-un semnal necesită o energie de activare externă. Indiferent cum s-ar manifesta modificarea de stare a ES, de obicei, informația furnizată nu poate fi folosită ca atare, necesitând prelucrări ulterioare.

Adaptorul A are rolul de a adapta informația obținută (simbolic) la ieșirea ES la cerințele impuse de aparatura de măsurare care o utilizează, respectiv să o convertească sub forma impusă pentru semnalul y.

Funcțiile realizate de adaptor sunt complexe. Ele determină ceea ce se înțelege în mod curent prin adaptare de nivel sau de putere (impedanță) cu referire la semnalul de ieșire în raport cu dispozitivele sistemului de măsurare. Totodată, adaptorul este cel care asigură conversia variațiilor de stare ale ES în semnale calibrate reprezentând valoarea mărimii de intrare. Prin urmare, se poate spune că adaptorul este elementul în cadrul căruia se efectuează operația specifică măsurării – comparația cu unitatea de măsură adoptată. Comparația se poate face în raport cu o mărime etalon care exercită o acțiune permanentă și simultană cu mărimea de intrare (comparație simultană). În cele mai multe cazuri comparația este nesimultană, în sensul că mărimea etalon este inițial aplicată din exterior în cadrul operației de calibrare, anumite elemente constructive memorând efectele sale și utilizându-le ulterior pentru comparația cu mărimea de măsurat, singura care se aplică din exterior în aceste cazuri (comparație succesivă)

SRA pentru reglarea nivelului

Nivelul se măsoară în unități de lungime. Valoarea lui este indicată în raport cu un nivel de referință. Măsurarea nivelului poate fi:

continuă, atunci când evaluarea măsurandului se face în permanență;

în puncte, atunci când se urmăreste doar atingerea unor nivele critice ale nivelului.

Metodele de măsurare pot fi:

directe în cazul în care se determină lungimea substanței a cărei nivel se măsoară;

indirecte, când nivelul se determină prin intermediul unor mărimi intermediare, ca: presiunea, masa, atenuarea unei radiații etc.

Măsurarea nivelului presupune cunoașterea unor date suplimentare privind relația nivel, volum, densitate.

Aparatele pentru măsurarea nivelului se numesc nivelmetre și pot fi: cu indicare directă, cu plutitor, cu imersor, hidrostatic, capacitive, rezistive, radioactive.

Traductoare de nivel ultrasonice

Traductoarele de nivel ultrasonice funcționează pe principiul emiterii unui impuls ultrasonic care se reflectă de suprafața lichidului. Se măsoară timpul în care unda reflectată ajunge înapoi la traductor. Deoarece viteza undelor ultrasonice este dependentă de temperatură, de regulă se măsoară și temperatura, pentru a compensa variațiile de viteză.

Traductorul ultrasonic noncontact de ultimă generație pentru aplicații grele este un traductor performant, des utilizat pentru măsurarea nivelului apei sau a lichidelor bazate pe apă, solvenți, produse chimice, produse alimentare etc. Circuitul electronic emite un impuls ultrasonic care se propaga în aer. Când impulsul ajunge la suprafața mediului care trebuie măsurat, o parte din energie este reflectată înapoi. Nivelul lichidului este calculat pe baza diferenței de timp dintre momentul emisiei impulsului și momentul recepției undei reflectate.

Reglarea nivelului

În general, reglarea nivelului nu cere o precizie ridicată a modalității de menținere a nivelului la anumite cote. Din aceasta cauză regulatoarele bipoziționale sunt cele mai des utilizate. Depinde de instalația tehnologică în care se impune păstrarea nivelului și în ce condiții acest nivel trebuie menținut.

De regulă viteza de variație a înălțimii unui lichid într-un rezervor este proporțională cu diferența debitelor de intrare și ieșire și invers proporțională cu suprafața rezervorului. Acest lucru permite utilizarea unui regulator continuu de tip P.

Schemele cele mai utilizate pentru reglarea automată a nivelului sunt date în figura 3.7.a și 3.7.b. Dacă acțiunea perturbatoare este variația debitului de ieșire, organul de reglare se montează pe conducta de intrare (fig. 3.7.a). Dacă acțiunea perturbatoare este variația debitului de intrare, organul de reglare se montează pe conducta de ieșire (fig. 3. 7.b). Cele mai utilizate sisteme de reglare sunt cele cu acțiune continuă (regulator de tip PI sau P), precum și sistemele de reglare bipoziționale.

La recipientele sub presiune, variația nivelului se poate produce datorită variațiilor bruște ale presiunii. În aceste situații este recomandabilă utilizarea schemei de reglare automată din fig. 3.7.c.

În această schemă există o buclă de reglare a debitului de evacuare, formată din traductorul de debit Tr2, regulatorul R2 și elementul de execuție EE. Mărimea de intrare pentru regulatorul R2 este dată de regulatorul de nivel R1, pe baza informațiilor primite de la traductorul de nivel Tr1 și de la elementul de referință Rf.

Figura. 36. Reglarea automată a nivelului.

Dacă presiunea p crește brusc, debitul de evacuare tinde să crească. În consecință, regulatorul de debit reacționează imediat, dând comanda de micșorare a debitului de evacuare, înainte ca nivelul să varieze în mod substanțial. Dacă perturbația constă într-o creștere a debitului de intrare, regulatorul de nivel R1 impune o mărime de intrare mai mare la regulatorul de debit R2. În acest fel, bucla de reglare a debitului realizează creșterea impusă a debitului de evacuare, astfel încât nivelul să se stabilească la valoarea prescrisă. Un asemenea sistem de reglare automată, în care o buclă principală subordonează o buclă de reglare interioară, se numește sistem de reglare în cascadă.

Fig. 37. Reglarea nivelului de lichid într-un rezervor.

SRA pentru reglarea debitului

Traductoare de debit electromagnetice

Debitmetrele electromagnetice măsoară viteza de deplasare a fluidelor bune conducătoare de electricitate, principiul lor de funcționare bazându-se pe legea inducției.

Schema de principiu a unui debitmetru electromagnetic este prezentată în figura 7.6. Tubul nemagnetic, prin care are loc curgerea lichidului cu viteza v, este plasat în câmpul magnetic B realizat de un electromagnet alimentat cu tensiunea u. Din cauza curgerii, în timpul de tranzit Δt, între electrozi va lua naștere o tensiune electromotoare.

Fig. 38. Debitmetru electromagnetic.

Deoarece tensiunea obținută este redusă, de ordinul microvolților, pentru a se putea folosi detecția sincronă se folosește un câmp magnetic alternativ B. Tensiunea generată are două componente în cuadratură; cu ajutorul detecției sincrone se extrage doar prima componentă, realizând în acest fel și o reducere a efectului perturbațiilor.

Aceste debitmetre nu conțin piese mecanice în mișcare, astfel lichidul nu va lovi nici o obstrucție în timp ce curge. Aceasta permite evitarea posibilelor daune provocate de elemente solide în lichid. Partea internă a senzorului de măsurare este izolată electric. Lichidul prelucrat nu este niciodată în contact cu materialul senzorului sau cu materialul flanșei (aceasta permite măsurarea oricărui tip de lichid compatibil cu garnitura internă). Posibilitatea de instalare în aproape fiecare poziție împreună cu pierderea de presiune extrem de joasă, face utilizarea acestui model potrivită pentru cele mai diverse sectoare: chimic, hârtie, industria alimentară și hidraulică.

Reglarea debitului

În figura 4.7. este reprezentat un proces tehnologic în care trebuie să se asigure un debit Ia presiunea p1 întrun recipient R și un altul a presiunea p2 diferită de p1, la ieșirea instalației. Cu cât diferența dintre presiuni este mai mare, cu atât regliarea se poate realiza mai ușor și performanțele sunt mai ridicate.

Fig. 39. Reglarea debitului

Regulatoarele folosite sunt de tip PI, datorită capacitații lui de a anula eroarea staIionară Ia intrare treaptă.

Debitul la presiunea P2, obținut la ieșirea din pompa centrifugă PC, este reglat de regulatorul automat RA care acționează ventilul reglabil (robinetul) r. Referința este i0 = q0. Măsurarea parametrului reglat, debitul Q, la ieșire, la presiunea P4 este realizată de debitmetrul D. Se obține o reglare bună cu cât căderea de presiune ∆p = P2 – P1 este mai mare.

Schemele de reglarea automată a debitului fluidelor în conducte se aleg în funcție de modul de alimentare a conductelor.

Atunci când se utilizează pompe centrifuge sau când alimentarea conductelor se face prin cădere liberă sau de la un recipient sub presiune, schema utilizată este cea din figura 4.8.

Se remarcă faptul că organul de reglare este montat chiar pe conducta în care se reglează debitul. Organul de reglare este astfel comandat de regulator, prin intermediul elementului de execuție, încât prin ajustarea rezistenței hidraulice pe care o introduce în circuitul fluidului, debitul prin conductă să se păstreze la o valoare prescrisă. Cele mai utilizate sisteme de reglare automată de acest fel sunt sistemele cu acțiune continuă, cu regulator PI.

Fig. 40. Reglarea debitului

Dacă alimentarea conductei se face de la o pompă cu debit constant, utilizarea unui organ de reglare pe conductă, ca în schema din figura 4.8.a, nu permite ajustarea debitului, în scopul obținerii unei valori dorite a acestuia. În acest caz, ajustarea la valoarea prescrisă a debitului în conductă se poate face prin recircularea unei părți din fluidul de la ieșirea pompei. Schema bloc a sistemului de reglare automată este dată în figura 4.8.b. Dacă traductorul sesizează o creștere a debitului față de valoarea prescrisă, regulatorul E comandă mărirea debitului recirculat, astfel încât debitul prin conducta pe care este montat traductorul să revină la valoarea impusă.

Procedura de reglarea debitului în stația de epurare Baia Mare

NOTE:

Nivelul este controlat automat de către programul PLC-ului dacă vana este pe poziția “Distanță” și modul de operare este pe “Auto”.

SRA în cascadă

SRA în cascadă sunt sisteme de reglare automată cu mai multe bucle de reglare. În cazul în care mărimile perturbatoare pot fi măsurate, funcția de reglare se poate realiza prin eleborarea unor comenzi în funcție de perturbație, rezultă un SRA cu acțiune directă.

Dacă se realizează atât compensarea influenței perturbației cât și realizarea funcției de reglare în raport cu mărimea/mărimile de referință rezultă o structură de sistem de reglare combinată prezentată în figura 41.

Fig. 41. SRA combinat – reglare după referință și perturbație.

Această structură permite realizarea funcției de reglare pe baza analizei făcute de regulatorul R1 asupra mărimii de eroare ε și de regulatorul R2 asupra perturbației v sesizate de traductorul T.

Sistemele de reglare în cascadă au o largă aplicabilitate în practică, în figura 6.2 este reprezentată schema de conexiune a elementelor unui astfel de sistem

Fig. 42. Structura unui sistem de reglare în cascadă pentru două mărimi z1 și z2.

Se poate alcătui o structură de reglare în cascadă folosind un număr de regulatoare egal cu numărul variabilelor măsurate din procesul tehnologic pentru că întreg procesul poate fi descompus în subprocese interconectate cauzal, cu variabile accesibile măsurării.

În situația prezentată în figura 6.2. cele două subprocese sunt conectate cauzal, mărimea de execuție (unică – m ) determinând cauzal evoluția variabilei intermediare z1, care la rîndul ei, determină cauzal evoluția variabilei de ieșire a procesului.

Regulatorul RA1 este destinat reglării variabilei z1 și compensării acțiunii perturbației v1, iar regulatorul principal RA2 are rolul de a asigura realizarea funcției de reglare în raport cu referina yr, furnizând în acest scop referința pentru regulatorul secundar RA1. Cele două regulatoare din cadrul acestei structuri funcționează în regim de urmărire.

Regulatoarele tipizate nu pot asigura decât eliminarea a cel mult două constante de timp importante, regulatorul tipizat cu funcțlia de transfer cea mai complicată fiind regulatorul PID. In cazul în care se dorește eliminarea mai multor constante de timp ar fi nevoie de un regulator cu o structură mai complicată decât a regulatorului PID. Dacă ar fi regulatoare cu structuri mai complicate ar apărea dezavantajul amplificării zgomotelor suprapuse peste semnalul util de Ia intrarea regulatorulul. De aceea, in practică nu se adoptă pentru regulatoarele tipizate structuri și legi de reglare mai complicate decât ale regulatorulul PID, recurgându-se Ia o complicare a schemei de reglare, realizată cu elemente tipizate.

În cazul reglării în cascadă se folosesc de asemenea mai multe regulatoare tipizate, însă totodată partea fixă a sistemului este împărțită în mai multe porțiuni între care se transmit anumite mărimi intermediare: fiecare mărime intermediară este reglată de un regulator tipizat suplimentar, regulatorul destinat mărimii de ieșire a sistemului existând ca în orice sistem de reglare.

Cel mai important avantaj al reglării în cascadă constă în faptul că o asemenea reglare simultană a mai multor mărimi din cadrul instalației tehnologice conduce la o reducere însemnată a duratei procesului de reglare, îndeosebi dacă mărimile intermediare răspund mai repede decât mărimea de ieșire la perturbările care acționează asupra instalației tehnologice. La reglarea în cascadă, trebuie să se țină cont de rapiditatea cu care diversele mărimi din cadrul instalației tehnologice răspund la perturbări. Mărimile intermediare trebuie alese și din considerente tehnice, legate de posibilitatea instalării traductoarelor pentru măsurarea mărimilor respective spre a fi transmise regulatoarelor suplimentare.

Un alt avantaj important al reglării în cascadă este reprezentat de posibilitatea limitării simultane a variațiilor mărimilor intermediare.

Dezavantajele structurilor de reglare în cascadă sunt determinate de alegerea și acordarea optimă a regulatoarelor, deoareace regulatoarele buclelor interioare au referințele fixate de către un alt regulator.

Scheme posibile de SRA în cascadă

Nivelul se reglează în procese de umplere-golire, iar sistemul de reglare automată pentru nivel SRA-L, este reprezentat convențional ca în figura 6.3. Astfel, se calculează modelul dinamic al procesului de umplere-golire la un rezervor cu secțiune constantâ S, alimentat cu debitul Fa , din care se extrage debitul Fe.

Fig. 43. SRA a nivelului.

unde:

L – nivelul de lichid din rezervor;

Fa – debitul de alimentare;

Fe – debitul de evacuare;

L0 – valoarea prescrisă pentru nivel.

Se consideră doua cazuri posibile:

evacuarea la debit constant, Fe= ct;

evacuarea la debit variabil, în funcție de nivelul din rezervor, Fe(L).

Estimarea parametrilor acestui model se bazează pe ecuația de conservare a cantităților de fluid care se vehiculeazâ în proces.

Fig. 44. Reglare de nivel în cascadă cu debit

Reglarea în cascadă este mai eficientă dacă bucla secundară de debit este mult mai rapidă decât bucla principală de nivel (timpul de răspuns al SRA pentru debit se propune de circa zece ori mai mic decât timpul de răspuns al SRA pentru nivel, în faza de proiectare a structurii de cascadă). Dacă se respectă aceasta cerință, perturbațiile datorate modificării debitului de fluid sunt anihilate de bucla secundară și nu mai pot modifica mărimea principală reglată, care este nivelul L.

O implementare cu aparatura electronică cu semnal unificat de curent (4-20 mA) este dată în figura 45 pentru o structură de reglare în cascadă. Se poate constata conexiunea caracteristică de cascadă, prin care regulatorul din bucla principală de nivel prescrie referința regulatorului din bucla secundară de debit (comanda primului regulator devine mărime de referință pentru cel de al doilea regulator).

Rezultă deci, că această structură cu prețul unui efort al costului datorat traductorului de debit și regulatorului din bucla secundară, oferă un regim dinamic superior, fiind robustă la perturbațiile datorate modificărilor arbitrare ale debitului de alimentare.

Fig. 45. Implementare cu aparatura electronică cu semnal unificat de curent (4-20 mA).

SRA în cascadă a nivelului și debitului

STAȚIILE DE POMPARE DIN STAȚIA DE EPURARE BAIA MARE

Moduri de operare și citirea organigramelor

Unele proceduri sunt scrise sub formă de organigramă. Astfel, a fost necesară reprezentarea operațiilor sub formă și culori diferite, funcție de importanța lor. Următoarele forme și culori sunt utilizate în toate organigramele prezentate în continuare.

Fig. 46. Explicarea culorilor și formelor în organigrame.

Stația de pompare de intrare

Sarcini de rutină pre-tratare ale stației de pompare de intrare, sunt:

monitorizarea nivelului apei în bazinul de aspirație folosind sistemul SCADA;

verificarea acumulărilor de pietriș în bazinul de aspirație;

verificarea flotanților în bazinul de aspirație;

verificarea zgomotelor neobișnuite în funcționare.

Pornire stație de pompare de intrare

Fig. 47. Procedură de pornire stație pompare de intrare.

Scoaterea unei pompe din funcțiune

Fig. 48. Scoaterea unei pompe din funcțiune.

Moduri de operare ale stației de pompare de intrare.

Fig. 49. Moduri de operare ale stației de pompare de intrare.

Stație de pompare de intrare – control nivel bazine

NOTE:

Nivelul este controlat automat de către programul PLC-ului dacă pompele sunt în poziția Auto

Nivelul maxim max. în bazinul de refulare declansează hard toate pompele.

Nivelul minim în bazinul de aspirație declanșează hard toate pompele în orice mod de funcționare.

Pompa de rezervă pornește automat dacă una din pompele în serviciu sau asistentă, declanșează.

Fig. 50. Control nivel bazine.

Stație de pompare de intrare – funcționarea în by-pass

Următoarele evenimente pot determina funcționare în by-pass a stației:

Pană de curent pe o durată mai lungă de 5 minute;

Avarie sau blocarea completă a grătarelor grosiere automate și manuale;

Avarie la toate pompele IPS;

Avarie sau blocarea totală a grătarelor dese automate și manuale;

Debitul de intrare mai mare de 5200 m3/h.

Stația de pompare retur intrare

Pornire stație de pompare retur intrare

NOTE:

Nivelul este controlat de către PLC dacă pompele sunt în poziția Distanță și Auto.

Pompa de rezervă pornește automat dacă pompa de serviciu este în avarie.

Fig. 51. Procedură de pornire stație pompare retur intrare.

Stație de pompare retur intrare – control nivel bazine

NOTE:

Nivelul este controlat automat de către programul PLC-ului dacă pompele sunt în poziția “Auto”.

Nivelul minim în bazinul de aspirație declanșează hard toate pompele în orice mod de funcționare.

Pompa de rezervă pornește automat dacă pompa în serviciu declanșează.

Fig. 52. Control nivel bazine.

Scoaterea din funcțiune a stației de pompare retur intrare

Fig. 53. Stația de pompare retur intrare – scoatere din funcțiune.

Defecțiune pompă retur intrare

Fig. 54. Defecțiune pompă retur intrare.

Punere în funcție a stației de pompare nămol primar

Următoarele evenimente pot determina funcționare în by-pass a stației:

Pană de curent pe o durată mai lungă de 5 minute;

Avarie sau blocarea completă a grătarelor grosiere automate și manuale;

Avarie la toate pompele IPS;

Avarie sau blocarea totală a grătarelor dese automate și manuale;

Debitul de intrare mai mare de 5200 m3/h.

Fig. 55. Punere în funcție a stației de pompare nămol primar.

CONCLUZII

Sistemul SCADA pentru rețele urbane este un sistem telematic distribuit pe nivele ierarhice, constituind suportul informatic pentru supravegherea parametrilor funcționali ai rețelei și a instalațiilor tehnologice (sțatii de pompare, rezervoare de înmagazinare, puncte de măsurare și comandă). Sistemul pune la dispozitia operatorilor din Dispeceratele locale ale Stației de epurare prin stațiile de lucru, interfețe utilizator specializate pentru elaborarea telecomenzilor în scopul coordonării operațiilor necesare din stația de epurare. Transmisia de date între sistemele SCADA amplasate în dispeceratele locale și componentele funcționale ale sistemului de alimentare cu apa se realizează prin modemuri GSM/GPRS.

Pe baza informațiilor furnizate de sistemul tip SCADA, operatorul poate îndeplini funcțiile principale care îi revin:

supravegherea funcționării sistemului;

impunerea și supravegherea realizării programului automat de funcționare a stațiilor de pompare;

pornirea, oprirea și supravegherea funcționării normale a pompelor;

gestionarea consumului de energie pentru pompare și eficientizarea pompări;

iefectuarea manevrelor în regim normal și de avarie prin telecomandă a vanelor cu acționare electrică;

supravegherea stării funcționale a echipamentelor de comandă-control și comunicație de date;

stocarea într-o bază de date a mărimilor și stărilor sistemului de distribuție, a rezervoarelor și a stațiilor de pompare.

FUNCȚIILE STATIEI PC OPERARE – LA DISPECERUL LOCAL

Consolă operator bazată pe schema sinoptică;

Configurarea resurselor aplicației;

Supravegherea valorilor parametrilor tehnologici;

Transmiterea comenzilor de închidere/deschidere a vanelor cu acționare electrică;

Transmiterea comenzilor pentru pornirea/oprirea pompelor;

Măsurarea mărimilor analogice de semnal unificat (presiune, nivel, debit, etc);

Achiziția mărimilor de la traductoare electronice de mărimi electrice și energetice;

Stocarea într-o memorie tampon a informațiilor privind parametrii tehnologici, manevrele efectuate.

CARACTERISTICILE SISTEMUL DE AUTOMATIZARE DIN STAȚIILE DE POMPARE

• Asigură următoarele regimuri de operare ale stației de pompare:

􀂃 Regim Manual

􀂃 Regim Comanda locala-comanda

􀂃 Regim Distanta

􀂃 Regim Automat

• Pornirea și oprirea fără șocuri ale pompelor stației

• Protecția electrică și termică a electropompelor și a vanelor cu acționare electrică

􀂃 Supravegherea și comanda echipamentelor stației de pompare prin intermediul unui automat programabil cu:

intrări analogice: max.8 canale semnal unificat (I,U, RTD) izolate galvanic

ieșiri analogice: max.8 canale (I,U)

intrări numerice: max. 128

ieșiri numerice: max.128

interfata operator: touch panel color

2 porturi de comunicație seriala RS232 sau RS485

protocoale de comunicație de tip: PROFIBUS DP, MPI, PPI, MODBUS, TCP/IP

rată de investigare a mărimilor numerice: 5 ms

rată de investigare a mărimilor analogice: 5 – 100 ms

interfețe logice și fizice pentru aparate inteligente cu protocol Modbus, Profibus sau definit de utilizator

măsurători multiple prin contoare electronice de energetice:maxim 31 unitati

comunicație de date GSM/ GPRS

viteză de comunicație de date statie pompare – dispecer: 44 – 64 kbit/s

NORMATIVE ȘI REGLEMENTĂRI CONEXE

Normativ pentru proiectarea construcțiilor și instalațiilor de epurare a apelor uzate orășenești – Partea I: Treapta mecanică, Indicativ NP 032 – 1999, aprobat cu Ordinul M.L.P.A.T. nr. 60/N/25.08.1999;

Normativ pentru proiectarea construcțiilor și instalațiilor de epurare a apelor uzate orășenești – Partea a II–a : Treapta biologică, Indicativ NP 088 – 03, aprobat cu Ordinul M.T.C.T. nr. 639/23.10.2003;

Normativ pentru proiectarea construcțiilor și instalațiilor de epurare a apelor uzate orășenești – Partea a III–a : Stații de epurare de capacitate mică (5 < Q ≤ 50 l/s) și foarte mică (Q ≤ 5 l/s) Indicativ NP 089 – 03, aprobat cu Ordinul Ministrului M.T.C.T. nr. 640/23.10.2003;

Normativ pentru proiectarea construcțiilor și instalațiilor de epurare a apelor uzate orășenești – Partea a IV–a : Treapta de epuarare avansată a apelor uzate Indicativ NP 107-04, aprobat cu Ordinul Ministrului M.T.C.T. nr. 163/15.02.2005;

Legea Protecției Mediului nr. 137/1995, cu modificările ulterioare;

Legea Apelor nr. 107/1996, cu modificările ulterioare;

Legea privind calitatea în construcții nr. 10/1995, cu modificările ulterioare;

NTPA 011/2005 – Norme tehnice privind colectarea, epurarea și evacuarea apelor uzate orășenești (HG nr. 352/2005);

NTPA 001/2005 – Normativ privind stabilirea limitelor de încărcare cu poluanți a apelor uzate industriale și orășenești la evacuarea în receptorii naturali (HG nr. 352/2005);

NTPA 002/2005– Normativ privind condițiile de evacuare a apelor uzate în rețelele de canalizare ale localităților și direct în stațiile de epurare (HG nr. 352/2005);

Normativ privind obiectivele de referință pentru clasificarea calității apelor de suprafață, aprobat cu Ordinul ministrului M.A.P.M. nr. 1146 din 10.12.2002;

Ordinul nr. 49 din 14.01.2004 pentru aprobarea normelor tehnice privind protecția mediului și în special a solurilor, când se utilizează nămoluri de epurare în agricultură.

Potrivit HG 622/2004 la executarea construcțiilor și instalațiilor de epurare a apelor uzate sunt admise echipamente, produse, procedee care au certificate de conformitate acordate de organisme notificate, solicitate de producător sau de utilizator.

După punerea în funcțiune, la intervale de doi ani este necesară inspecția tehnică de terță parte efectuată de organisme de inspecție acreditate RENAR care să confirme atât capabilitatea echipamentelor cât și calitatea apei pe baza unui Raport de Inspecție. Raportul de Inspecție va fi solicitat de către deținătorii de Stații de Epurare.

Potrivit HG 622/2004 la executarea construcțiilor și instalațiilor de epurare a apelor uzate sunt admise echipamente, produse, procedee care au certificate de conformitate acordate de organisme notificate, solicitate de producător sau de utilizator.

După punerea în funcțiune, la intervale de doi ani este necesară inspecția tehnică de terță parte efectuată de organisme de inspecție acreditate RENAR care să confirme atât capabilitatea echipamentelor cât și calitatea apei pe baza unui Raport de Inspecție.

Raportul de Inspecție va fi solicitat de către deținătorii de Stații de Epurare.

BIBLIOGRAFIE

Androne I., s.a., Epurarea apelor uzate industrial, vol. II, Editura Tehnica, Bucuresti, 1989;

Antoniu R., s.a., Epurarea apelor uzate industrial, vol. I, Editura Tehnica, Bucuresti, 1987;

Negulescu M., Secară E., Expoatarea instalațiilor de epurare a apelor uzate;

Rusu Tiberiu, Tehnologii și echipamente pentru tratarea și epurarea apelor, Editura UTPRESS, Cluj-Napoca, 2008;

Blitz E. -Epurarea apelor uzate menajere, Ed. Tehnica;

Negulescu M – Epurarea apelor uzate industriale, vol I, Ed. Tehnica;

Dan Robescu & Co- Tehnologii, instalatii și echipamente pentru epurarea apei;

Ordinul MAPM nr. 860/2002 pentru aprobarea Procedurii de evaluare a impactului asupra mediului și de emitere a acordului de mediu, modificat prin Ordinul MAPAM nr. 210/2004 și prin Ordinul MMGA nr.1037/2005;

HG nr. 188/2002 pentru aprobarea unor norme privind conditiile de descarcare în mediul acvatic a apelor uzate, modificata și completata prin HG nr. 352/2005;

Ordinul MMGA și MAPDR nr. 344/708/2004 pentru aprobarea normelor tehnice privind protectia mediului și în special a solurilor când se utilizeaza nămolurile de epurare în agricultura;

Prospect Sisteme compacte pentru epurarea apelor uzate municipale și industriale, EEC EUROPE LTD;

27.Normativul NP 08912003 -pentru proiectarea constructiilor și instalatiilor de epurare a apelor uzate orășenești – stații de epurare de capacitate mica și foarte mică;

Stația de epurare Baia Mare – ORD-00-KOM-001-A – Manual de exploatare.

ILIESCU, C. s.a. Masurari electrice si electronice, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1984.

NICOLAU, E. s.a. Manualul inginerului electronist, Editura Tehnica, Bucuresti, 1979.

Nițu, C., ș.a., Echipamente electrice și electronice de automotizare, EDP București.

Ionescu, G., ș.a., Traductoare pentru automatizări industriale, Vol.I, ET București.

Gheorghe, G., Măsurarea debitelor de fluide, ET București.

Grigore Vlad, Bogdan Humoreanu, Ciprian Pop, Sisteme de monitorizare, achiziție a datelor și control (SCADA)

Ghid practic de intelegere a solutiilor de tip SCADA, © Copyright 2009 BlueNote Communications SA

BIBLIOGRAFIE

Androne I., s.a., Epurarea apelor uzate industrial, vol. II, Editura Tehnica, Bucuresti, 1989;

Antoniu R., s.a., Epurarea apelor uzate industrial, vol. I, Editura Tehnica, Bucuresti, 1987;

Negulescu M., Secară E., Expoatarea instalațiilor de epurare a apelor uzate;

Rusu Tiberiu, Tehnologii și echipamente pentru tratarea și epurarea apelor, Editura UTPRESS, Cluj-Napoca, 2008;

Blitz E. -Epurarea apelor uzate menajere, Ed. Tehnica;

Negulescu M – Epurarea apelor uzate industriale, vol I, Ed. Tehnica;

Dan Robescu & Co- Tehnologii, instalatii și echipamente pentru epurarea apei;

Ordinul MAPM nr. 860/2002 pentru aprobarea Procedurii de evaluare a impactului asupra mediului și de emitere a acordului de mediu, modificat prin Ordinul MAPAM nr. 210/2004 și prin Ordinul MMGA nr.1037/2005;

HG nr. 188/2002 pentru aprobarea unor norme privind conditiile de descarcare în mediul acvatic a apelor uzate, modificata și completata prin HG nr. 352/2005;

Ordinul MMGA și MAPDR nr. 344/708/2004 pentru aprobarea normelor tehnice privind protectia mediului și în special a solurilor când se utilizeaza nămolurile de epurare în agricultura;

Prospect Sisteme compacte pentru epurarea apelor uzate municipale și industriale, EEC EUROPE LTD;

27.Normativul NP 08912003 -pentru proiectarea constructiilor și instalatiilor de epurare a apelor uzate orășenești – stații de epurare de capacitate mica și foarte mică;

Stația de epurare Baia Mare – ORD-00-KOM-001-A – Manual de exploatare.

ILIESCU, C. s.a. Masurari electrice si electronice, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1984.

NICOLAU, E. s.a. Manualul inginerului electronist, Editura Tehnica, Bucuresti, 1979.

Nițu, C., ș.a., Echipamente electrice și electronice de automotizare, EDP București.

Ionescu, G., ș.a., Traductoare pentru automatizări industriale, Vol.I, ET București.

Gheorghe, G., Măsurarea debitelor de fluide, ET București.

Grigore Vlad, Bogdan Humoreanu, Ciprian Pop, Sisteme de monitorizare, achiziție a datelor și control (SCADA)

Ghid practic de intelegere a solutiilor de tip SCADA, © Copyright 2009 BlueNote Communications SA