污水處理技術概述

污水處理是一項系統性的工程，就是采用各種方法將污水中所含有的污染物質分離出來，或將其轉化為無害和穩定的物質，從而使污水得以凈化。涉及到污水的匯集、沉淀、處理、檢測、排放等一系列的過程，現代的污水處理技術，按其作用原理可分為物理法、化學法、物理化學法和生物處理法四大類?，F代化的污水處理工程會使用到各種自動化的儀器儀表，本文結合液位計原理和污水處理工程特點，闡述了在污水處理工程中較常見的液位計選型及使用維護的經驗。

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

污水處理工程涉及液位（差）、流量、壓力、溫度、濃度(含PH、溶解氧等）、濁度等多種工藝參數的測量。其中液位測量占很大比重，在各個工藝階段幾乎都有液位檢測點。測量介質包含水和溶液兩種。溶液是指用于改善污水水質的溶液如:酸、堿等，一般純溶液于儲罐中貯存，混合溶液存于帶攪拌器的混凝土池內。毋庸多言，水作為污水處理的對象，對其液位的檢測數量是*多的。相對其它工藝流程，污水處理工程的水位測量有它自身的特點：

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

2)生化處理系統使用氣浮工藝的水面上多存在泡沬；

3)調節池、濃縮池等多設有攪拌器。

相對于其它種類的測量儀表，適合污水處理工程使用的液位儀類型眾多。有接觸和非接觸測量兩類，涉及包括差壓式、浮力式、電學式、聲學式等多種測量原理的液位計。這對儀表的選擇提供了很大空間，同時也帶來了合理選型的難度。本文以式液位計、超聲波液位計和雷達液位計為例，結合原理，總結實際工作中液位計選型、安裝、使用和維護的經驗。

四種用于污水處理工程的液位計

1磁翻板液位計

1.1測量原理

主要基于浮力和磁力原理。帶有磁體的浮子(簡稱磁性浮子）在被測介質中的位置受浮力作用影響。液位的變化導致磁性浮子位置的變化、磁性浮子和磁翻柱（也成為磁翻板）的靜磁力耦合作用導致磁翻柱翻轉一定角度(磁翻柱表面涂敷不同的顏色)，進而反映容器內液位的情況。

1.2優缺點及注意事項

1)顯示清晰、讀數直觀，方便現場監控。

2)—般選用帶遠傳功能的磁翻板液位計，不需多組液位計組合，即可同時實現現場和操作室監控，設備開孔少。

定期清洗主導管，清除管內沉積雜質。建議配套排污閥方便檢修。若測量介質含腐蝕性時，須選用耐腐蝕的產品。

4)如圖1示，通常情況下，工藝與儀表專業的設計、維護以法蘭為界，因此，須注意液位計法蘭與工藝接管法蘭配對。另外,液位計根部閥V1、V2屬工藝選型或由儲罐配套。為保證液位計檢修時，不影響生產，V1、V2必須選用優質產品，故在儲罐設計或采購時,儀表專業須向工藝專業提出要求。

1.3使用位置

在污水處理工程中多選用側裝式的磁翻板液位計，常用于需現場和操作室兩地監控的位置，如酸罐、堿罐、部分藥罐液位檢測。

2投入式液位計

2 1測量原理

基于所測液體靜壓與該液體高度成正比的原理，采用多晶硅、陶瓷或電容壓力傳感器，將靜壓轉成電信號。一般由直接投入液體中的傳感器、用于信號放大、校正、補償、結果顯示的變送器和導氣或連接電纜(傳感器與變送器連接)三部分組成。

2 2優缺點及注意事項

1)結構簡單，價格較便宜。

2)傳感器直接投入被測液體內測量，因此不受介質起泡影響。

3)由于傳感器與變送器間為柔性連接，儀表貯存及運輸方便,尤其在大量程的液位測量中，其優勢更突出。安裝方便,只須將傳感器直接投入被測液體，即可實現測量。

4)水流沖擊、摩擦振動(尤其是與液位變化同方向的振動)等因素會改變投入式傳感器在液體中的位置，進而影響測量值，所以*好將液位計安裝于水流相對平穩的地點。受現場條件制約,無法避免時，*好將傳感器置于隔離管中安裝或選擇其它種類的液位計。圖2為加裝隔離管的投入式液位計在某調節池中的應用示例，使用隔離管避免了因攪拌器工作引起的水流沖擊，保證了測量的準確性。

5)使用于水質過差的環境時，傳感器套孔易被污泥堵塞，導致測量值失真，需酌情定期清洗維護。為減少套孔被污泥堵塞的概率，建議將其安裝于離池底硫編的位池底大于100mm 的位置, 并使用隔離管。

6)使用壽命較短。使用一段時間后，易出現零點或量程漂移，現場校準有難度。

2.3使用位置

雖然投入式液位計存在使用壽命較短，傳感器易堵等缺點，但由于它在價格和安裝維護方面的優點，尤其是價格方面，一般僅千元左右，相對于后文提到的超聲波、雷達液位計一般需萬元左右，有較大優勢，目前仍是污水處理工程測量敞口容器液位使用較多的液位計之一。

在上清液集水池、清水池、濾池等水質相對較好的工藝流程中使用時，壽命較長,幾乎免維護?？梢允褂迷谒|差的環境中，但不適合池底淤泥層過厚的池內使用。加裝隔離管后可應用于部分帶攪拌器的調節池、濃縮池等。

3超聲波液位計

3.1測量原理

是利用回波測距原理的非接觸式儀表?；夭y距原理又稱行程時間或傳播時間(TOF，Time ofFlight)測量原理。它是通過一個可以發射能量波(一般為脈沖信號）的裝置發射能量波，能量波遇到障礙物反射，由一個接收裝置接收反射信號。根據測量能量波運動過程的時間差來確定物位變化情況。由電子裝置對能量波信號進行處理，*終轉化成與物位相關的電信號。利用超聲波作為能量波的液位計即是超聲波液位計。其測量原理如圖3示。液位高度計算公式如下：h- H- ~^Ct

其中，C為超聲波在空氣中的傳播速度；£為超聲波由液位計到水面往返一次的時間。由公式可見，液位高度受超聲波傳播速度的影響。而超聲波是利用氣體（絕大多數情況下是空氣)作為傳播介質，空氣的壓力（真空度）、溫度、濕度、氣流等變化會改變超聲波傳播速度。例如，超聲波速度與溫度的近似公式為：C= C〇+ 0. 607X T

式中,Co為零度時的聲波速度332m/S;r為實際溫度(°c)。

可見，溫度變化會產生液位測量誤差。超聲波液位計的超聲放射及接收裝置均安裝于同一探頭中，這就決定了只能在發射引起的傳感器余振基本消失后，接收裝置才能檢測反射回波。另外，超聲發射是以脈沖方式進行，而脈沖具有一定的時間寬度，因此，在超聲發射到余振基本消失的這段時間t’內，液位計不能正常工作，這段時間對應的液位B=ia，B稱為盲區，如圖3示,被測的*高液位如進入盲區，儀表將不能正確檢測。盲區大小取決于發射裝置的功率。一般而言，發射裝置功率越大，發射頻率就越低，余振衰減時間越長，盲區也就越大。

3 2優缺點及注意事項

1)具有工作可靠、精度高、使用周期長、免維護的特點，并具有相對的價格優勢。

2)在污水處理工程中，多可選用一體式液位計，安裝簡便。

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

4)為了盡量減少干擾回波，安裝位置要盡可能選擇液面平穩的位置，同時遠離扶梯、檢修通道、進水口、出水口、攪拌器，盡可能與池壁保持較遠的距離。在探頭規定的波束發射角下，錐形波束在*低測量液面上的投影，不與容器壁及其它能反射聲波的構件接觸。在避開盲區的前提下,盡量貼近*高液面安裝，以減少池壁回波的干擾。為獲得盡可能強的回波，要保證探頭與被測界面垂直。

5)*次投運，須對儀表進行使用位置、介質特性、工藝條件等內容的設定，完成空程、滿量程校正。利用配套軟件進行回波曲線檢查，抑制干擾回波。建議在有條件的情況下,在池壁上分別標注液位滿量程的20%、50%、95%、三點，以方便今后維護和檢驗。

6)為避免因壓力、溫度等特性變化而產生的液位誤差，應選擇有溫度補償的產品。

7)泡沬是聲波反射不充分的表面，會吸收一部分或是全部的聲波脈沖能量，減少或是完全消除回波信號。因此，在被測液面存在泡沬的場合，不能使用。但在泡沬較輕，盲區允許的情況下,可通過加大液位計的功率,來實現測量。

3.3使用位置

超聲波液位計不能使用在測量工況變化劇烈或真空的場合,但污水處理工程一般不存在上述情況，這一優勢使超聲波液位計在污水處理工程中得以廣泛應用。

除了不能使用在有大量泡沬、液位波動劇烈的地方外，幾乎可在污水處理的各個工藝流程中廣泛

使用，用于測量水池液位、液位差等。

4雷達液位計

4.1測量原理

超聲波、雷達液位計都是利用回波測距原理的儀表。利用電磁波作為能量波的液位計即是雷達液位計，又稱微波液位計。雷達液位計按結構可分為天線式和導波式。天線式通過天線發射和接收電磁波,其結構與超聲波液位計*為相似，都屬于非接觸式儀表。導波式是微波液位計的一種變型，英文名稱是Time DomainReflectometry(時域反射法)或簡稱TDR，也俗稱導波雷達，通常采用脈沖波方式工作。與微波液位計不同點在于微波脈沖不是通過空間傳播，而是通過一根(或兩根)從液位上方伸入、直達容器底的導波體低頻雷達具有較大的波束角和較長的波長，使之在有液面擾動或攪拌的情況下能提供*好的回波曲線。但其較大的波束角制約了使用范圍。為彌補這一缺陷，在實際產品中，低頻雷達多與導波管結合。也就是說，一般導波雷達液位計多使用低頻雷達。

4.2優缺點及注意事項

由于雷達液位計與超聲波液位計在測量原理上相同，本文3. 2中1?5同樣適用于雷達液位計。但由于雷達液位計的特殊性,和超聲波液位計相比較，還有以下特點：

1)由于微波（電磁波)傳播不依賴介質，所以雷達液位計不受介質特性如壓力、溫度、真空度等影響，所以測量精度較超聲波液位計高?？梢允褂迷诠r變化較大或有蒸汽等超聲液位計不能正常工作的場合。

2)微波（電磁波）以光速傳播，使得雷達液位計

3)表1示出了不同特性的泡沫,對微波、超聲波信號的不同影響。由于污水處理工程液位測量所涉幾乎全是濕性泡沫，所以雷達液位計可代替超聲波液位計在液面有泡沫的場合使用。

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

5)部分產品配套有智能軟件，可實現不規則池底的液位測量。

6)雷達液位計比超聲波液位計價格稍貴。

4.3使用位置

由于雷達液位計在有泡沫、帶攪拌的測量場合具有優勢，它彌補了超聲波液位計在上述方面的不足?？梢哉f，雷達液位計適合在污水處理的各個工藝流程中使用，測量水池液位、液位差。

5結語

液位儀表是污水處理工程不可缺少的重要儀表。它種類繁多，根據介質和現場條件的不同，各類液位計各具優勢，形成一個多元化的局面。要找到*適合的產品，只有在液位計選型、安裝時，根據各液位計的特點，從測量介質、安裝位置、儀表精度、價格、使用壽命、維護成本等多方面綜合考慮。隨著勞動力和生產成本的不斷提高，儀表高精度、免維護性在儀表選型中所占的比重也隨之不斷增加。因此，在儀表采購成本允許的情況下,建議盡量選擇高精度、免維護的儀表。相對于磁翻板液位計和投入式液位計而言，超聲波、雷達液位計更符合上述要求。隨著電子技術及制作工藝的不斷提咼，超聲波、雷達液位計的價格會不斷下降，性能會不斷提髙，數量會不斷增多。