Подземная вода в районе размещения сооружений водоподготовки не отвечает требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 “Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества” по основным показателям и компонентам, а именно: превышение общего железа (1,31 мг/л); превышение мутности (5,4 ЕМФ); превышение цветности (27 градусов); превышение перманганатной окисляемости (5,1 мг/л).

Учитывая требуемую производительность по воде питьевого качества и качество исходной подземной воды, то предусматриваются следующие стадии обработки подземной воды, промывной воды и обезвоживания осадка:

• предварительная подготовка подземной воды;
• фильтрация подземной воды;
• обеззараживание очищенной воды;
• отстаивание промывной воды;
• обезвоживание осадка.

Система подготовки питьевой воды работает в комплексе Водопроводных Очистных Сооружений в составе:

• Насосная станция над артскважиной.
• Станция комплексной подготовки питьевой воды.
• Резервуар чистой воды емкостью 725 м3 — 2 шт.
• Камера переключений.
• Насосная стация второго подъема.
• Выгреб емкостью 25 м3.

Подземная вода из насосных станций над артскважинами перекачивается на очистку, в станцию комплексной подготовки воды. Очищенная и обеззараженная подземная вода из станции комплексной подготовки воды под остаточным напором поступает через камеру переключений в резервуары чистой воды. Из резервуаров чистой воды, очищенная и обеззараженная подземная вода забирается насосами, установленными в насосной станции второго подъема и перекачивается в сеть потребителю.

Должна быть разработана АСУ для выполнения функций автоматического управления (регулирования), контроля и защиты, обеспечивающих безаварийную работу оборудования технологического процесса, сбора и обработки информации с датчиков, ее регистрации и архивирования, формирования отчетных документов за смену, с нарастающим итогом за сутки, с начала месяца и за месяц.

Целями создания АСУ являются:

• улучшение эксплутационных и надёжностных характеристик технологического оборудования, повышение безопасности производства и экологической безопасности за счет современных структурных решений системы управления и ее конструктивного исполнения;
• повышение уровня автоматизации операций управления (регулирования), контроля и защиты за счет применения распределённой системы управления на базе современных микропроцессорных контроллеров и программного обеспечения;
• создание рабочих мест операторов, соответствующих современному подходу к построению автоматизированных рабочих мест на базе персональных компьютеров (АРМ);
• возможность передачи необходимых данных абонентам локальной вычислительной сети (ЛВС);
• возможность приема и передачи необходимой информации по компьютерным сетям от вспомогательных служб, объектов и абонентов ЛВС.

Проектом предусматривается сбор данных со шкафов управления, датчиков давления, уровня, установленных по месту на автоматизированное рабочее место оператора (АРМ).

Взаимодействие с АРМ оператора обеспечивается на уровне контроля состояния и аварии по открытому стандартному протоколу Profibus, предназначенному для дистанционной сигнализации.

Управление основным технологическим оборудованием предусмотрено со шкафов управления, установленных в электрощитовой, либо по месту.

В качестве предварительной подготовки исходной подземной воды предусматривается аэрация воды в резервуаре. По напорному трубопроводу исходная вода поступает в аэрационный бак, состоящий из 2-х секций. Каждая секция разделена на три сообщающихся отделения.

В первом отделении, куда поступает исходная вода, предусматривается установка датчиков уровней воды для автоматизации работы скважинных насосов и насосов подачи воды на фильтрацию.

Во втором отделении установлена система аэрации, которая представляет собой перфорированные трубы уложенные на дне. В процессе аэрации кислород воздуха окисляет двухвалентное железо, при этом из воды удаляется углекислота, что ускоряет процесс окисления и последующий гидролиз с образованием гидроксида трехвалентного железа, который в ходе последующей ультрафильтрационной обработки удаляется из воды. Кроме этого, во второе отделение каждой секции аэрационного бака по трубопроводу предусмотрен возврат циркуляционной воды с ультрафильтрационных мембранных установок, содержащей окисленное железо, что дополнительно повышает окислительную мощность аэрационного бака.

Из третьего отделения каждой секции аэрационного бака происходит забор воды насосами.

Подача воздуха в систему аэрации аэрационного бака предусматривается воздуходувками. Забор наружного воздуха предусмотрен через воздухозаборную камеру.

Автоматическую работу осуществляет Шкаф управления воздуходувками ШУ-9. Пуск и работа производится через устройства частотного регулирования (для каждой воздуходувки). Возможно управление воздуходувками вручную с АРМ диспетчера(оператора), открытие задвижек с электроприводом на всасывающих и напорных патрубках насосов.

Осуществляется контроль давления в напорных и всасывающих линиях воздуходувок и при отклонении давления от рабочего диапазона происходит переключение аварийной воздуходувки на резервную. Все сигналы работы воздуходувок и показания контрольно-измерительной аппаратуры, а так же аварийные сигналы отражаются на дисплее АРМ диспетчера(оператора), с занесением в архивную базу (сохранение точной даты, времени и типа сигнала).

На этапе предварительной очистки подземной воды дополнительно к окислению кислородом воздуха осуществляется также реагентная обработка.

В качестве реагента используется гипохлорит натрия (NaClO) марки “А”.

Приготовление реагента осуществляется в реагентном узле. Реагентный узел состоит из гидробака, электромешалки и насоса-дозатора.

Процессы: подачи воды (в случае разбавления или отмывки гидробака), работа электромешалки и дозирование рабочего раствора автоматизированы. Для этого в гидробаке реагентного узла установлены датчики уровней, которые управляют подачей воды, включением и отключением электромешалки, отключением насоса-дозатора при срабатывании нижнего уровня.

Включение и отключение насоса-дозатора осуществляется от внешнего сигнала поступающего с расходомера. Рабочий раствор реагента дозируется в смеситель, установленный на трубопроводе. Тип смесителя – гидравлический, конструктивно выполненный по типу труба Вентури.

Автоматическое управление реагентным узлом осуществляется с помощью шкафа управления ШУ-РУ1.

Из аэрационного бака аэрированная вода подается насосами на фильтрацию. Автоматическая работа насосов подачи воды на фильтрацию осуществляется согласно уставкам контролера шкафа управления. Возможно управление насосами вручную с АРМ диспетчера (оператора). Шкафом управления постоянно производится диагностика состояния вторичных приборов датчиков уровня и давления. Все сигналы работы насосов, показания контрольно-измерительной аппаратуры, а так же аварийные сигналы отражаются на дисплее АРМ диспетчера (оператора), с занесением в архивную базу (сохранение точной даты, времени и типа сигнала).

Осуществляется контроль уровня жидкости в аэрационных баках. При выходе значений уровня за рабочий диапазон происходит отключение насосов (защита от холостого хода насоса) с закрытием соответствующих задвижек с электроприводом.

В качестве сооружений фильтрации предусмотрены ультрафильтрационные мембранные установки. Установки состоят из ультрафильтрационных мембранных модулей. Мембранный модуль представляет собой фильтрующий элемент, состоящий из пучка тонких и прочных капилляров (полые волокна), имеющих пористую структуру.

Работа ультрафильтрационных мембранных установок включает следующие режимы:

• режим фильтрации;
• режим обратной промывки;
• режим моющей промывки.

Работа ультрафильтрационных мембранных установок обеспечивается в автоматическом режиме, за счет автоматизации работы насосов, установки арматуры с электроприводом на подводящих и отводящих трубопроводах.

Приготовление моющих реагентов для промывки установки фильтрации осуществляется в реагентном узле. Реагентный узел состоит из реагентного бака с электромешалкой и циркуляционного насоса. Из реагентного бака  раствор циркулирует через мембранную установку обратно в реагентный бак.

Автоматическая работа реагентных узлов осуществляется согласно уставкам контролера. Приготовление раствора (перемешивание, наполнение водой), а так же дозирование происходит в автоматическом режиме. Возможно управление работой дозировочных насосов, задвижек с электроприводом, приводов мешалок и эл.магнитных клапанов вручную с АРМ диспетчера(оператора). Так же предусматривается управление работой дозировочных насосов, приводов мешалок и электромагнитных клапанов со шкафов управления по месту непосредственно с шкафа управления.

Отработанные промывные растворы из реагентных баков отводятся в приямок, откуда с помощью погружных насосов перекачиваются в выгреб, где после смешения происходит их нейтрализация.

Автоматическая работа погружных насосов осуществляется согласно уставкам контролера шкафа управления. Возможно управление насосами вручную с АРМ диспетчера(оператора). Постоянно производится диагностика состояния вторичных приборов датчиков уровня. Все сигналы работы насосов, показания контрольно-измерительной аппаратуры, а так же аварийные сигналы отражаются на дисплее АРМ диспетчера (оператора), с занесением в архивную базу(сохранение точной даты, времени и типа сигнала).

Обеззараживание очищенной воды предусмотрено ультрафиолетовым излучением на установках УДВ. Очищенная и обеззараженная вода после установок УДВ под остаточным напором поступает в резервуары чистой воды. Для регулирования работы ультрафильтрационных мембранных установок, а также для учета расхода исходной и очищенной подземной воды предусмотрены электромагнитные расходомеры.

Промывная вода от ультрафильтрационных мембранных установок поступает в отстойник с тонкослойными модулями. Отстойник с тонкослойными модулями представляет собой прямоугольную 2-х секционную стальную емкость с усиленной антикоррозийной изоляцией. Каждая секция оборудована приемными и отводящими лотками в верхней части, конусами в нижней части для сбора осадка, тонкослойными модулями для повышения эффективности осаждения взвешенных веществ. В конце секций предусмотрены отделения для сбора осветленной воды, откуда вода забирается насосами и подается на дальнейшую очистку на ультрафильтрационные мембранные установки.

Для более полного и глубокого выделения из воды взвешенных веществ, гидроксида железа и коллоидов в обрабатываемую воду вводится коагулянт.

Рабочий раствор 5 %-го раствора приготавливается в реагентном узле, который состоит из автоматической станции приготовления и дозирования коагулянта и насосов-дозаторов.

Автоматическая станция приготовления и дозирования коагулянта состоит из:

• 2-х камерной тандем ёмкости (бак над баком) для растворения и созревания раствора в комплекте: со шкафом управления, водной аппаратуры с запорным вентилем, редукционным клапаном, магнитным вентилем и контактным расходомером ультразвукового уровнемера на верхней и нижней камерах;
• электрической мешалки;
• дозатора сухого продукта;
• транспортировочного агрегата;
• насосов-дозаторов

С помощью транспортировочного агрегата коагулянт предварительно расфасованный в контейнер подается в дозатор. В 2-х камерной ёмкости происходит в одном бесперебойном процессе дозирование сухого коагулянта, его смачивание, растворение и созревание до рабочего раствора. Из 2-х камерной емкости готовый рабочий раствор забирается насосами-дозаторами и дозируется в смесители, установленные на трубопроводах.

Процессы загрузки, растворения, разбавления и дозирования коагулянта автоматизированы. С помощью датчиков уровней контролируется и управляется загрузка коагулянта, подача воды для приготовления и разбавления коагулянта, перелив и расход рабочего раствора, работа электрической мешалки, отключение дозировочных насосов. Включение насосов-дозаторов предусмотрено от открытия запорной арматуры на трубопроводах при переключении потоков для сброса грязной промывной воды или концентрата в отстойник с тонкослойными модулями.

Удаление осадка из отстойника предусмотрено с помощью насосов, которые перекачивают его на установки механического обезвоживания.

Автоматическая работа насосов подачи осадка осуществляется согласно уставкам контролера шкафа управления. Возможно управление насосами вручную с АРМ диспетчера(оператора). Осуществляется контроль давления на напорных линиях насосов- при отклонении давления от рабочего диапазона происходит переключение аварийного насоса на резервный. Постоянно происходит диагностика состояния вторичных приборов датчиков давления;

Все сигналы работы насосов, показания контрольно-измерительной аппаратуры, а так же аварийные сигналы отражаются на дисплее АРМ диспетчера (оператора), с занесением в архивную базу (сохранение точной даты, времени и типа сигнала).

Установка механического обезвоживания состоит из восьми специальных контейнеров, установленных на поддоне. Каждый контейнер оборудован фильтрующим мешком. Заполнение мешка осадком производится в автоматическом режиме.

Для интенсификации процесса обезвоживания предусмотрена подача флокулянта. Приготовление реагента осуществляется в реагентном узле. Реагентный узел состоит из гидробака, электромешалки и насоса-дозатора.

Такие процессы, как подача воды (в случае разбавления или отмывки гидробака), работа электромешалки и дозирование рабочего раствора автоматизированы. Для этого в гидробаке реагентного узла установлены датчики уровней, которые управляют подачей воды, включением и отключением электромешалки, отключением насоса-дозатора при срабатывании нижнего уровня.

Включение и отключение насоса-дозатора осуществляется при подаче осадка на обезвоживание. Рабочий раствор реагента дозируется в смеситель установленный на трубопроводе.

Управление задвижками с электроприводам на контурах в трубной обвязке мембранных модулей, в трубной обвязке отстойников, смесителей и установок обезвоживания осуществляется с Главного шкафа управления задвижками.

Возможно управление работой задвижек с электроприводом вручную с АРМ диспетчера(оператора). Так же предусматривается управление работой задвижек с электроприводом вручную с шкафа управления по-месту. Все сигналы положений задвижек с электроприводом, а так же аварийные сигналы отражаются на дисплее АРМ диспетчера (оператора), с занесением в архивную базу (сохранение точной даты, времени и типа сигнала).

Итого в целях автоматизации станции комплексной подготовки питьевой воды специалистами нашей компании были разработаны, изготовлены и запрограммированы следующие шкафы управления:

• ШУ-1z Шкаф управления задвижками;
• ШУ-3 Шкаф управления насосами подачи воды на фильтрацию;
• ШУ-18 Шкаф управления насосами подачи осадка;
• ШУ-20 Шкаф управления дренажными насосами;
• ШУ-9 Шкаф управления воздуходувками;
• ШУ-РУ4 Шкаф управления реагентным узлом.

Разработка программного обеспечения производилась для:

• логические программируемые реле Siemens LOGO!8;
• программируемые логические контроллеры Siemens S7-1200;
• сенсорные орфические панели оператора Weintek.

Для возможности удаленного мониторинга и управления технологическим процессом на станции комплексной подготовки питьевой воды нашими специалистами была разработана и внедрена SCADA система на базе Schneider ClearScada.