Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Řízení technologických procesů v čistírnách odpadních vod, požadavky na snížení spotřeby elektrické energie při aeraci, snížení obsahu dusíku ve vyčištěné vodě, úsporu srážedla při eliminaci obsahu fosfátu atd. vedly v posledních přibližně deseti letech výrobce analyzační techniky, společnost Endress+Hauser, k rozšiřování nabídky snímačů i analyzátorů v klasickém smyslu slova. Rostou přitom požadavky na spolehlivost, na omezení nutné údržby a snadné ovládání přístrojů. Nástup digitální techniky napomohl rozšířit možnosti komunikace a diagnostiky: PLC prostřednictvím provozní sběrnice „vidí až do útrob“ snímačů. Každý digitální snímač obsahuje čip s identifikací a pamětí, který „pomáhá a chrání“, protože dokáže upozornit obsluhu na nevhodné nebo rizikové provozní podmínky a proměnné. Diagnostické zprávy jsou striktně tříděny podle doporučení NE 107 NAMUR (Self-Monitoring and Diagnosis of Field Devices) s jasnou identifikací, zda jde o poruchu, nebo je požadována běžná údržba. Indukční přenos dat protokolem Memosens (tento princip letos oslavuje deset let) poprvé umožnil hermeticky zapouzdřit pH elektrodu do celoplastové bajonetové koncovky a galvanicky oddělit měřené médium od kabelu. Vlhkost, koroze v konektoru nebo elektromagnetické rušení už nepředstavují žádné nebezpečí. Memosens umožňuje bez problémů číst údaje z pH metrů i jiných snímačů za použití běžných čtyřvodičových stíněných kabelů na vzdálenost do 100 m. Memosens má v současné podobě dvě roviny: softwarovou a hardwarovou. Protokol Memosens přenáší informace nejen o měřené hodnotě a teplotě, ale i diagnostická data, data potřebná pro identifikaci senzoru, kalibrační údaje, údaje o době provozu a údaje o extrémních hodnotách parametrů, které mohou senzor snímače poškodit. Jestliže je řídicí systém vybaven digitální sběrnicí, lze na ni připojit i další snímače a vytvořit modulární analytický systém.
Měření koncentrace rozpuštěného kyslíku
Typickým snímačem s minimální údržbou je snímač s optickým senzorem a digitálním výstupem Oxymax COS61D (obr. 1), jímž se měří koncentrace rozpuštěného kyslíku ve vodárenství bez nutnosti pravidelné kalibrace. Snímač umožňuje spolehlivě hlídat koncentraci kyslíku v aeraci na kritické úrovni 2,0 mg/l. Využívá metodu přenosu signálů Memosens a je dodáván kalibrovaný a připravený k provozu již z výroby. Díky tomu získala „optika“ obrovské sympatie uživatelů a z vodárenství v podstatě vytlačila klasické ampérometrické snímače rozpuštěného kyslíku.
Měření zákalu
Dalšími snímači na optickém principu vybavené technikou Memosens jsou např. snímače zákalu a koncentrace nerozpuštěných látek. Zákaloměr Turbimax CUS51D (obr. 2) využívá čtyřpaprskovou pulzní metodu: dvě LED vysílají pulzně do média infračervené světlo 860± 30 nm. Měření proto není závislé na barvě. Světlo se odráží od částic a je střídavě vyhodnocováno ve čtyřech detektorech rozmístěných v úhlech po 90° (pro zákal podle ISO 7027 Jakost vod – stanovení zákalu) a 135° (pro koncentraci nerozpuštěných látek nebo sušiny v kalu). Snímač CUS51D matematicky zpracovává celkem osm signálů a eliminuje drift, kolísání intenzity zdroje a rušivé okolní světlo. Tělo robustního snímače je vyrobeno z korozivzdorné oceli, optická část v kontaktu s kapalinou ze safíru. Snímač neobsahuje žádné pohyblivé díly a vyznačuje se téměř nulovými provozními náklady. Stupeň krytí IP68 zaručuje vynikající odolnost i při venkovní instalaci. Proudící médium zajišťuje samočistící efekt, který může být zesílen ofukem při ponorné instalaci nebo ostřikem tlakovou vodou při inline instalaci v kalovém potrubí. K dispozici jsou čtyři kalové křivky běžně používané v čistírnách odpadních vod: proaktivovaný kal (2 až 15 g/l), vyhnilý kal (5 až 100 nebo 5 až 300 g/l), vratný kal (3 až 50 g/l) a zahuštěný kal (0 až 5 g/l). Samozřejmostí je možnost individuální kalibrace na konkrétní kal porovnáním s laboratorními údaji.
Měření koncentrace nitrátů a SAK
Další optický digitální snímač s přenosem signálů Memosens je UV snímač Viomax CAS51D (obr. 3). Jde o robustní snímač z korozivzdorné oceli určený ke sledování substancí absorbujících v UV oblasti. Vyrábí se ve dvou provedeních – buď pro kontinuální měření nitrátového dusíku (N-NO3) pro řízení denitrifikace nebo řízení dávkování externího substrátu při postdenitrifikaci, nebo pro měření absorbance organických látek (parametr SAK – spektrální absorpční koeficient, resp. anglicky SAC – Spectral Absorption Coefficient). Spektrální absorpční koeficient je možné v převodníku korelovat porovnáním s laboratorními údaji na hodnoty celkového obsahu organického uhlíku TOC (Total Organic Carbon), chemické spotřeby kyslíku CHSK nebo biologické spotřeby kyslíku BSK. Korelace dobře odpovídá v komunálních ČOV, na přítoku však tvoří část hodnoty CHSK nerozpuštěné částice, a proto je vhodné se snímačem Viomax CAS51D použít také Turbimax CUS51D a na přítoku sledovat oba parametry.
Filtrace pro přípravu vzorků
Odpadní voda na přítoku ČOV s velkým podílem nerozpuštěných látek, s tuky a dalšími látkami představuje pro snímače nebo analyzátory nelehký úkol. Povrch senzorů, např. pH elektrod, se snadno zanese. Důsledkem je drift hodnoty, a obsluha proto musí senzor pravidelně manuálně čistit nebo kalibrovat. Použití analyzátoru s automatickým čištěním a kalibrací místo běžného pH metru se vzhledem k investičním nákladům zatím prosazuje pouze v kritických provozech. Částice a nežádoucí substance lze také z kapaliny separovat vhodnou filtrační technikou s automatickým čištěním filtračních prvků. Pro úpravu vzorků v ČOV nabízí společnost Endress+Hauser účinné filtrační zařízení Liquline System CAT (obr. 4) v novém provedení. Základním prvkem je válcový keramický modul s filtrační účinností 0,1 μm. Keramika je téměř nezničitelná a má neporovnatelně delší životnost než běžné membrány. Modul je zvenku potažen tenkou vrstvou plastu, která dále zvyšuje jeho chemickou odolnost a umožňuje použít ho na libovolném místě ČOV. Kapalina se jednoduše filtruje pomocí sacího efektu peristaltické pumpy umístěné v malé řídicí jednotce. Filtr se automaticky čistí v pravidelných intervalech tlakovým vzduchem. Účinnost čištění je možné zvýšit zpětným chodem čerpadla, popř. sanačním činidlem. Elektronika řídicí jednotky filtračního zařízení digitálně komunikuje s převodníkem analyzátoru. Kromě toho se na displeji analyzátoru Liquline System CA80AM nové generace zobrazují provozní nebo diagnostické informace filtračního zařízení.
Analyzátor Liquline System CA80AM
Nový analyzátor Liquline System CA80AM (obr. 5) ve spojení s filtrační jednotkou umožňuje spolehlivé a rychlé off-line měření na přítoku, v aeraci anebo na odtoku z ČOV uznanou metodou analýzy amoniakálního dusíku pro komunální ČOV podle ČSN ISO 7150-1 Jakost vod. Stanovení amonných iontů. Část 1: Manuální spektrometrická metoda (popř. podle GB 7481-87 Water quality Determination of ammonium acid spectrophotometric method, DIN 38406-5 Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchung; Kationen (Gruppe E); Bestimmung des Ammonium-Stickstoffs (E 5) nebo analýzou indofenolovým barvivem), která bude poskytovat podobné výsledky jako laboratorní metoda. Vyznačuje se velmi malou spotřebou činidel a vzhledem k jejich přesnému dávkování pístovým čerpadlem také minimálními požadavky na údržbu. Pístová čerpadla s lineárním motorem plně nahradila dřívější peristaltické pumpy, u kterých bylo nutné pravidelně měnit drahé hadičky a rotační nebo přítlačné prvky. Dlouhé životnosti reakčních činidel bylo dosaženo inteligentním a účinným chlazením. Přístroj je dále možné na dálku diagnostikovat, řídit analyzátor a filtraci vzorku a měnit měřicí rozsah. Všechny důležité prvky systému, jako jsou fotodetektor, lineární pístová čerpadla a směšovací jednotka, mají přenos signálů Memosens, prediktivní diagnostiku a možnost konfigurovat je na dálku. Skříň je volitelně dodávána ve venkovním provedení s teplotní izolací a odolností proti mrazu. Do převodníku lze připojit další senzory, a tak se analyzátor může proměnit v inteligentní modulární měřicí stanici.
Snímač koncentrace amoniakálního dusíku (N-NH4)
Analyzátor Liquline System CA80AM s automatickým čištěním a kalibrací se uplatní také při optimalizaci spotřeby energie při řízení aerace. Obvykle je pro tento účel používána ponorná in-situ sonda Isemax CAS40D (obr. 6) s kontinuálním měřením, která je koncipována jako snímač poskytující kontinuální údaje o rychlosti změn koncentrace amoniakálního dusíku (N-NH4+) a hodnoty pH v aeraci a umožňující dynamicky řídit aeraci podle aktuální zatěže.
Závěr
Společnost Endress+Hauser je největší světový výrobce snímačů a většina jejích výrobků má digitální komunikační rozhraní. Autonomní řídicí jednotka Liquiline se schopnostmi malého PLC představuje univerzální vícekanálovou měřicí ústřednu, která komunikuje jednotným rozhraním Memosens se všemi digitálními sondami. Další snímače pro měření průtoku, teploty nebo tlaku lze připojit prostřednictvím analogových vstupů. Řídicí jednotka Liquiline je použita ve vzorkovačích a nově také v analyzátorech a umožňuje konfiguraci a diagnostiku na dálku s využitím protokolu HART, Ethernetu nebo sběrnice Foundation Fieldbus. Dovoluje vytvářet modulární flexibilní analytické systémy bez drahých pohyblivých dílů, které používají uznané analytické metody, mají malé provozní náklady a jednotné uživatelské rozhraní.
Obr. 1. Snímač koncentrace rozpuštěného kyslíku Oxymax COS61D
Obr. 2. Zákaloměr Turbimax CUS51D
Obr. 3. Snímače koncentrace N-NO3 a SAK Viomax CAS51D
Obr. 5. Analyzátor Liquline System CA80AM
Obr. 6. Sonda Isemax CAS40D pro měření koncentrace NH4-N a pH