Аннотация работы: Создана автоматизированная опытно- промышленная установка биохимической очистки промышленных сточных вод в мембранном биореакторе с использованием аппаратуры National Instruments, программа управления разработана в среде LabVIEW для КПК, установка работает под управлением КПК Aser300 через модуль сбора данных USB-6008, рассчитана на круглосуточную работу с автоматическим сохранением технологических параметров.

1. Постановка задачи

В рамках совместного российско-германского проекта «Подготовка промышленной сточной воды до показателей технической воды с помощью анаэробной и мембранной техники», в котором участвуют Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет (ННГАСУ) и Ганноверский университет была поставлена задача создания автоматизированной опытно-промышленной установки аэробной очистки промышленных сточных вод в мембранном биореакторе.

Технология очистки сточных вод в мембранных биореакторах интенсивно развивается. Она имеет ряд преимуществ перед традиционными сооружениями. Применение мембранных биореакторов позволяет увеличить нагрузку на сооружения, увеличить эффективность очистки воды за счет увеличения концентрации биомассы в реакторе, получать обеззараженную воду, которую можно повторно использовать, уменьшить объем, занимаемый сооружениями в 4-8 раз. Для установки был использован погружной модуль немецкой фирмы ItN Nanovation с керамическими мембранами низкого давления площадью 1 м². Керамические мембраны обладают рядом преимуществ перед мембранами из полимерных материалов. Они отличаются повышенной прочностью и устойчивостью к химическим воздействиям, долговечностью и требуют меньших энергетических затрат.

При создании установки были поставлены следующие задачи: автоматический мониторинг и управление процессом, мобильность и компактность с целью транспортировки ее на различные предприятия для проведения испытаний, возможность сохранения требуемых параметров через определенные интервалы времени.

К данной научно- исследовательской работе привлечены магистранты и аспиранты специальностей «Водоснабжение и водоотведение» и «Экология и природопользование».

2. Описание решения, используемое оборудование и ПО

Установка работает под управлением КПК Aser300 через модуль сбора данных USB-6008 (National Instruments). Программа управления и мониторинга была разработана в среде графического программирования LabVIEW 8.2 и программного модуля PDA for Windows Mobile. Схема автоматизированной опытно- промышленной установки представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема автоматизированной опытно-промышленной установки очистки воды в мембранном биореакторе

1- емкость с исходной водой; 2- подающий насос в мембранный биореактор; 3-компрессор; 4- ротаметр; 5- мембранный биореактор; 6- погружной мембранный модуль; 7- аэратор; 8- тройник для сбора воздуха; 9,11,12- магнитные клапаны; 10, 13- насосы для режимов фильтрования и промывки; 14- емкость очищенной воды; 15- преобразователь частоты; 16- КПК; 17- плата сбора данных USB-6008.

Для связи слаботочного USB-6008 с внешними устройствами и обеспечения питания всех узлов в среде программ Multisim 10 и Utilboard были разработаны и изготовлены следующие устройства:

1. Плата усиления и гальванической развязки дискретных сигналов.

2. Плата датчиков уровней (на проводимость воды) - 7 каналов +1 канал для включения/выключения вентилятора охлаждения пространства внутри ящика управления.

3. В расходомер, который выдавал 1 импульс на 10 литров воды, для повышения разрешения изготовлена и установлена плата оптического считывания скорости вращения контрольного лепесткового диска, предназначенного для визуального контроля работы. В результате этих дополнений разрешающая способность расходомера увеличена в 250 раз и составила 25 имп./л.

4. Плата выпрямителей и стабилизаторов напряжений. Внешний вид всех аппаратных средств, представлен на рис. 2. и рис.3.

Для осуществления ввода/вывода использовался пакет утилит и драйверов DAQmx base v.2.1. Стоит отметить, что программное обеспечение, входящее в данный пакет имеет недоработки. Так, например, в некоторых случаях трудно корректно сохранить конфигурацию каналов. Кроме того, алгоритм программы должен быть выстроен определённым образом. Небольшое отступление от правил приводит к ошибке. Отладка программы занимает много времени. Тем не менее, готовая программа работает стабильно.

Рис. 2

3. Внедрение и развитие решения

Предлагаемая технология очистки сточных вод в мембранных биореакторах представляет интерес для предприятий пищевой, текстильной, перерабатывающей промышленности, коммунальных предприятий больших и малых населенных пунктов, занимающихся очисткой бытовых сточных вод. Созданная установка в настоящее время проходит испытания на сточной воде макаронной фабрики. Целью проводимой научно- исследовательской работы является создание новых высокоэффективных и надежных систем очистки производственных сточных вод.

Созданная система автоматизации отличается повышенной надежностью, низкой стоимостью и удобством в эксплуатации, позволяет сократить эксплуатационные расходы на установку, в системе могут использоваться датчики любого типа. Программа управления легко может быть изменена при изменении условий в системе или подключении к ней новых элементов.

Рис. 3 КПК с программой

4. Список литературы

1. Катраева И.В., Кутузов А.Г., Кутузов Н.А. Применение аппаратно- программных средств National Instruments для автоматизации процесса биохимической очистки промышленных сточных вод» // Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments: Сборник трудов, междунар. науч.-практ. конф. / Москва. Издательство Российского университета дружбы народов, 2006. С. 444

2. Суранов А.Я. Справочник по функциям. - Москва: ДМК Пресс, 2005, 512 с.