L'industria del trattamento delle acque comprende quattro fasi principali: "prelievo di acqua grezza - trattamento dell'acqua purificata - trattamento delle acque reflue - riutilizzo dell'acqua rigenerata". Il monitoraggio del livello in ogni fase influisce direttamente sulla stabilità del processo, sulla qualità dell'acqua in uscita e sui costi operativi. I dispositivi tradizionali di misurazione del livello (come quelli a galleggiante e sommergibili) spesso falliscono negli scenari di trattamento delle acque a causa di problemi come la contaminazione del mezzo (sedimenti, solidi sospesi), le interferenze ambientali (schiuma, corrosione) e le frequenti esigenze di manutenzione. Sfruttando la misurazione senza contatto, le forti capacità anti-interferenza e i bassi requisiti di manutenzione, i trasmettitori di livello a ultrasuoni sono diventati l'apparecchiatura principale per il monitoraggio del livello dell'intero processo nel trattamento delle acque. La loro applicazione richiede una progettazione personalizzata in base alle caratteristiche operative di ogni fase.
Il prelievo di acqua grezza segna il punto di partenza del trattamento delle acque, con scenari comuni che includono bacini idrici, fiumi e punti di prelievo di acque sotterranee. Il requisito principale di monitoraggio è quello di monitorare in tempo reale lo stoccaggio dell'acqua grezza per evitare fluttuazioni del processo causate da un prelievo insufficiente o eccessivo di acqua. Di seguito sono riportati i punti critici operativi di questa fase e le soluzioni di adattamento per i trasmettitori di livello a ultrasuoni:
- Mezzo torbido: L'acqua grezza contiene grandi quantità di sedimenti e alghe (ad esempio, la torbidità del fiume supera i 500 NTU durante le stagioni delle piene). Le sonde dei tradizionali trasmettitori di livello sommergibili sono soggette a incrostazioni, con conseguente significativa deriva della misurazione.
- Interferenze meteorologiche estreme: Eventi meteorologici come forti piogge e tifoni causano improvvisi aumenti e cali dei livelli di acqua grezza. Il flusso turbolento dell'acqua genera anche onde, che influiscono sulla stabilità della misurazione.
- Ambiente esterno ostile: I punti di prelievo si trovano per lo più all'aperto, con variazioni di temperatura da -20℃ a 40℃, elevata umidità e rischi di fulmini. L'apparecchiatura deve avere elevate capacità di protezione e resistenza ai fulmini.
- Scegliere modelli con un intervallo a vuoto superiore del 30% rispetto alla profondità effettiva di prelievo dell'acqua (ad esempio, un intervallo di 15 metri per un punto di prelievo di 10 metri) per riservare la ridondanza per l'attenuazione del segnale causata da onde e sedimenti.
- Utilizzare sonde in acciaio inossidabile 316L (resistente alla corrosione esterna) con grado di protezione IP68. Alcuni modelli sono dotati di moduli di protezione contro i fulmini (conformi allo standard GB/T 17626.5) per resistere alle interferenze dei fulmini.
- Adottare un design di alimentazione a tensione continua a 24 V ad ampio voltaggio per adattarsi alle fluttuazioni di tensione provenienti da generatori esterni o sistemi di alimentazione solare.
- Abilitare l'"algoritmo di filtraggio delle onde": attenuare le fluttuazioni del livello causate dalle onde mediando 10 set di dati entro 10 secondi, riducendo l'intervallo di fluttuazione dei dati da ±10 cm a ±2 cm.
- Regolazione dinamica della soglia: regolare la soglia di rilevamento dell'eco in base alla torbidità dell'acqua grezza (collegata ai misuratori di torbidità in loco nel punto di prelievo). La soglia aumenta automaticamente quando la torbidità aumenta per evitare errori di giudizio causati da segnali sparsi dai sedimenti.
- Installare la sonda in una posizione del punto di prelievo lontana dall'impatto del flusso d'acqua (ad esempio, la piattaforma della torre di prelievo) e aggiungere uno schermo anti-onde (in metallo o PVC) al di sotto per ridurre l'impatto del disturbo del flusso d'acqua sul fascio di onde sonore.
- Per i punti di prelievo di pozzi profondi, utilizzare una combinazione "sonda + tubo guida d'onda". Il tubo guida d'onda ha un diametro interno di 100-150 mm per evitare la riflessione della parete del pozzo e le interferenze del flusso d'acqua, controllando l'errore entro ±1 cm per un intervallo di 10 metri.
- Condizioni operative: La profondità di prelievo del bacino idrico è di 8 metri, la torbidità raggiunge gli 800 NTU durante le stagioni delle piene e la temperatura minima in inverno è di -15℃. I tradizionali trasmettitori di livello a galleggiante richiedono la pulizia due volte al mese a causa dell'attorcigliamento dei sedimenti, con un errore di misurazione di ±15 cm durante le forti piogge.
- Soluzione: Selezionare un trasmettitore di livello a ultrasuoni con un intervallo di 12 metri, protezione IP68 e un modulo di protezione contro i fulmini, combinato con uno schermo anti-onde e un algoritmo di filtraggio delle onde.
- Risultati: L'accuratezza della misurazione viene mantenuta stabilmente a ±2 cm, con 18 mesi di funzionamento senza manutenzione. Non si verificano salti di dati durante le forti piogge e il dispositivo funziona normalmente a basse temperature in inverno, riducendo i costi di manutenzione del 90%.
Il trattamento dell'acqua purificata è la fase principale della purificazione dell'acqua grezza in acqua potabile. Gli scenari di monitoraggio chiave includono vasche di sedimentazione, vasche filtranti e vasche di acqua limpida. Il requisito principale è quello di garantire un'efficiente sedimentazione, prestazioni di filtrazione e stoccaggio di acqua limpida attraverso un accurato controllo del livello. Di seguito sono riportati i punti critici operativi e le soluzioni di adattamento per questa fase:
- Adattamento tecnico: Utilizzare una sonda a bassa frequenza da 25 kHz (con una forte penetrazione per attraversare sottili strati di scorie galleggianti) e abilitare l'"algoritmo di filtraggio delle scorie galleggianti" — eliminare automaticamente le interferenze delle scorie galleggianti identificando le differenze tra gli echi delle scorie galleggianti (ampiezza debole, lunga durata) e gli echi della superficie del liquido (ampiezza forte, bordo anteriore ripido).
- Risultati pratici: Dopo l'applicazione in una vasca di sedimentazione da 8 metri di un acquedotto, l'errore di misurazione è ancora controllato entro ±1 cm anche quando lo spessore delle scorie galleggianti raggiunge i 10 cm. L'effetto di sedimentazione è stabile e la torbidità dell'effluente viene ridotta da 0,5 NTU a 0,3 NTU.
- Adattamento tecnico: Adottare la modalità "attivazione del livello a due punti" — attivare il processo di controlavaggio quando il livello della vasca filtrante scende a 1 metro (aumento della resistenza alla filtrazione); interrompere il controlavaggio quando il livello sale a 3 metri dopo il completamento del controlavaggio. L'intero processo viene restituito in tempo reale dal trasmettitore di livello a ultrasuoni.
- Risultati pratici: Dopo l'applicazione nelle vasche filtranti di un impianto di depurazione dell'acqua, il tempo di risposta all'attivazione del controlavaggio viene ridotto da 10 secondi a 1 secondo, il consumo di acqua di controlavaggio diminuisce del 15% e la durata dei mezzi filtranti viene prolungata di 2 anni.
- Adattamento tecnico: Selezionare modelli ad alta precisione (accuratezza ±0,2% FS) che supportano la comunicazione Modbus-RTU per l'integrazione nel sistema di programmazione dell'approvvigionamento idrico. I dati sul livello in tempo reale vengono trasmessi per collegarsi alle pompe dell'acqua, consentendo il controllo automatico di "reintegro dell'acqua a bassi livelli e arresto della pompa ad alti livelli".
- Risultati pratici: Dopo l'applicazione in una vasca di acqua limpida da 15 metri di una contea, la fluttuazione della pressione di alimentazione idrica viene ridotta da ±0,2 MPa a ±0,05 MPa, migliorando significativamente l'esperienza di utilizzo dell'acqua da parte dei residenti e il tasso di incidenti da trabocco viene ridotto da 3 volte all'anno a zero.
Il trattamento delle acque reflue è una fase chiave nel ciclo dell'acqua. Gli scenari di monitoraggio principali includono vasche di equalizzazione, vasche di aerazione, vasche di sedimentazione secondaria e vasche di ispessimento dei fanghi. Le condizioni operative sono complesse e gravose, richiedendo elevate capacità anti-inquinamento, anti-corrosione e anti-interferenza dei trasmettitori di livello.
- Punto critico: Durante l'aerazione si forma uno strato di schiuma stabile di 20-30 cm sulla superficie del liquido. I tradizionali trasmettitori di livello identificano erroneamente la superficie della schiuma come l'effettiva superficie del liquido, con un errore di ±15 cm.
- Soluzione:
- Hardware: Utilizzare una sonda di trasmissione ad alta potenza da 15 W (per migliorare la penetrazione delle onde sonore), con la superficie della sonda rivestita con politetrafluoroetilene (PTFE) per prevenire l'adesione della schiuma.
- Algoritmo: Abilitare la "modalità di filtraggio della schiuma migliorata" — estendere il tempo di rilevamento dell'eco a 100 ms per catturare l'eco della superficie del liquido reale al di sotto della schiuma e correggere la velocità del suono attraverso la compensazione della temperatura (la temperatura della vasca di aerazione fluttua di 5-10℃).
- Risultato: Dopo l'applicazione in una vasca di aerazione da 10 metri di un impianto di trattamento delle acque reflue di un parco industriale chimico, l'errore di misurazione viene ridotto da ±15 cm a ±2 cm, soddisfacendo pienamente il requisito di controllo del processo di ±5 cm.
- Punto critico: Le acque reflue industriali (ad esempio, acque reflue di galvanica, acque reflue di decapaggio) contengono acidi e alcali forti (pH=1-13) e ioni di metalli pesanti. Le tradizionali sonde metalliche si corrodono entro 3-6 mesi.
- Soluzione:
- Materiale della sonda: Utilizzare sonde completamente rivestite in PTFE (compresi gli alloggiamenti e le interfacce dei cavi) con resistenza alla corrosione conforme allo standard ISO 10289, in grado di resistere a condizioni estreme di pH=1-14.
- Design antideflagrante: Per i requisiti antideflagranti nei parchi industriali chimici, selezionare trasmettitori di livello a ultrasuoni con classificazione antideflagrante Ex d IIC T6 per prevenire incidenti di sicurezza causati da miscele olio-gas.
- Risultato: Dopo l'applicazione in una vasca di acque reflue di decapaggio da 5 metri di una fabbrica di galvanica, la sonda funziona per 24 mesi senza danni da corrosione. La sua durata è 4 volte superiore a quella delle apparecchiature tradizionali e i costi di manutenzione sono ridotti dell'80%.
- Punto critico: La concentrazione dei fanghi supera i 10.000 mg/L e i solidi sospesi disperdono facilmente le onde sonore, con conseguenti segnali di eco deboli e guasto della misurazione.
- Soluzione:
- Assistenza del tubo guida d'onda: Installare un tubo guida d'onda in acciaio inossidabile 316L (diametro interno 120 mm) sotto la sonda. Le onde sonore si trasmettono lungo il tubo guida d'onda per evitare la dispersione da parte dei solidi sospesi.
- Regolazione dinamica della potenza: Aumentare automaticamente la potenza di trasmissione in base alla concentrazione dei fanghi (collegata ai misuratori di concentrazione in loco). Maggiore è la concentrazione, maggiore è la potenza (fino a 20 W) per garantire la forza dei segnali di eco.
- Risultato: Dopo l'applicazione in una vasca di ispessimento dei fanghi da 8 metri di un impianto di trattamento delle acque reflue municipali, il tasso di misurazione efficace viene aumentato dal 60% al 99,8%, l'errore è controllato entro ±3 cm e l'efficienza di disidratazione dei fanghi viene migliorata del 10%.
- Scenari coperti: vasca di equalizzazione da 5 metri, vasca di aerazione da 10 metri, vasca di sedimentazione secondaria da 8 metri, vasca di ispessimento dei fanghi da 6 metri.
- Soluzione unificata: Utilizzare trasmettitori di livello a ultrasuoni dello stesso marchio, integrati nel sistema SCADA del parco tramite protocollo Modbus-RTU per ottenere la visualizzazione dei dati di livello dell'intero processo e il controllo collegato.
- Risultati completi:
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