張景春

摘要：介紹了污水處理場污泥脫水單元產(chǎn)出的污泥的特點(diǎn)。根據(jù)污泥的特點(diǎn)制作簡易污泥稱重儀，同時(shí)分析污泥稱重儀的測量誤差并對誤差進(jìn)行修正，提高污泥稱重儀的稱重精度。

關(guān)鍵詞：污泥稱重儀；污水處理；粘度大

1 概述

齊魯石化乙烯污水處理場是齊魯石化公司的主要污水處理裝置，它擔(dān)負(fù)著來自公司內(nèi)部各生產(chǎn)廠以及多家公司外部企業(yè)的污水處理任務(wù)。在污水處理過程中有一個(gè)重要的單元為污泥脫水單元，它把經(jīng)過污水處理裝置處理后含水率為95%～98%的濃縮污水利用帶式壓濾機(jī)進(jìn)行脫水，產(chǎn)出含水率為50%～70%的污泥。該污泥的特點(diǎn)是粘度大、易附著、易結(jié)塊。為提高污水處理場及污泥脫水單元的運(yùn)行管理水平，必須對污泥脫水單元產(chǎn)出的污泥進(jìn)行稱重測量。

2 存在的問題

現(xiàn)在用于對粉狀、顆粒狀和小塊狀等松散物料稱重的專用設(shè)備主要有螺旋秤和皮帶秤。但是，由于污泥具有粘度大、易附著、易結(jié)塊的特點(diǎn)，以上兩類設(shè)備都不適用于污泥的稱重測量。因此，制作一種能對該污泥進(jìn)行稱重測量的設(shè)備顯得尤為重要。

3 簡易污泥稱重儀的制作

3.1 污泥稱重儀的基本要求

由于脫水單元所產(chǎn)生的污泥的重量只是用來評估污水處理場和污泥脫水單元生產(chǎn)運(yùn)行的一般參數(shù)，不是用來進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算的重要參數(shù)，因此污泥稱重儀的測量精度不需要很高。

污泥脫水單元所處的環(huán)境一般非常差，潮濕、腐蝕是該環(huán)境的基本特點(diǎn)。因此，污泥稱重儀必需要防水、耐腐蝕，能在惡劣環(huán)境中長期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 污泥稱重儀的構(gòu)成

污泥稱重儀主要由污泥稱重單元和控制計(jì)量單元組成。

3.2.1 污泥稱重單元

污泥稱重單元的工作原理是利用杠桿原理實(shí)現(xiàn)稱重的。它包括一個(gè)中間有支點(diǎn)的平衡底座，在平衡底座的左邊是稱量配重，右邊是稱量斗。稱量斗是一個(gè)長方體容器，它的底板是可滑動(dòng)的，滑動(dòng)過程依靠控制氣缸來實(shí)現(xiàn)。在底板滑動(dòng)過程中，稱量斗內(nèi)的污泥在重力的作用下可自由落下。污泥稱重單元的結(jié)構(gòu)如下圖。

當(dāng)污泥脫水單元正常運(yùn)行時(shí)，皮帶輸送機(jī)將污泥不斷輸送到稱量斗中，此時(shí)稱量斗的底板是關(guān)閉的。隨著污泥數(shù)量的不斷增多，當(dāng)右側(cè)稱量斗的重量超過左側(cè)稱量配重的重量時(shí)，平衡底座向右側(cè)傾斜，碰觸位置開關(guān)使位置開關(guān)觸點(diǎn)閉合。

當(dāng)位置開關(guān)觸點(diǎn)閉合時(shí)，表示一次稱量的開始。在控制單元的控制下，稱量斗的底板打開，污泥由于重力的作用而自然下落。由于污泥下落，左側(cè)稱量配重的重量又超過了右側(cè)稱量斗的重量，因此平衡底座向左側(cè)傾斜，位置開關(guān)觸點(diǎn)斷開。稱重斗的底板在控制氣缸的作用下關(guān)閉，到此為止已經(jīng)完成了一次完整的稱重過程。

通過調(diào)整稱量配重的重量來調(diào)整每次稱重的污泥重量，一般每次稱重的重量在50公斤比較合適。

3.2.2 控制計(jì)量單元

控制計(jì)量單元可分為繼電器型和PLC型。

（1）繼電器型控制計(jì)量單元

繼電器型控制計(jì)量單元結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低。主要部件包括位置開關(guān)、自鎖繼電器、計(jì)時(shí)繼電器、電磁閥、計(jì)數(shù)器各一個(gè)。繼電器型控制計(jì)量單元可實(shí)現(xiàn)污泥稱重儀的基本控制計(jì)量功能，計(jì)數(shù)器顯示的是污泥稱重儀稱量的次數(shù)，需人工換算出污泥的總重量。該方法不能精確修正稱量斗底板抽出期間的污泥重量。

繼電器型控制計(jì)量單元的電路簡單、易懂。當(dāng)位置開關(guān)觸點(diǎn)閉合時(shí)，觸發(fā)自鎖繼電器得電，然后計(jì)時(shí)繼電器開始計(jì)時(shí)，電磁閥得電，計(jì)數(shù)器增加“1”。當(dāng)計(jì)時(shí)繼電器達(dá)到設(shè)定的時(shí)間后，自鎖繼電器、電磁閥失電，完成一次稱量控制和計(jì)量過程。計(jì)時(shí)繼電器的設(shè)定時(shí)間為稱量斗底板由全關(guān)到全開的行程時(shí)間。

（2）PLC型控制計(jì)量單元

PLC型控制計(jì)量單元制作成本較高、可靠性高。主要部件包括位置開關(guān)、PLC控制器、電磁閥各一個(gè)。PLC型控制計(jì)量單元不但可實(shí)現(xiàn)污泥稱重儀的基本控制計(jì)量功能，還能直接計(jì)算出所稱量污泥的總重量。再就是能精確修正稱量斗底板抽出期間污泥的重量，從而提高稱量精度。

PLC型控制計(jì)量單元需要對PLC進(jìn)行功能組態(tài)。當(dāng)位置開關(guān)觸點(diǎn)閉合時(shí)，由PLC的DI輸入模塊采集開關(guān)的狀態(tài)，然后觸發(fā)計(jì)時(shí)模塊（t1）開始計(jì)時(shí)，將DO控制模塊置“1”并通過DO輸出模塊將信號(hào)輸出到電磁閥，計(jì)數(shù)器累加模塊增加“1”。當(dāng)計(jì)時(shí)模塊（t1）達(dá)到設(shè)定的時(shí)間后，將DO控制模塊置“0”，同時(shí)將計(jì)時(shí)模塊（t2）開始計(jì)時(shí)，直到DI輸入模塊采集的位置開關(guān)觸點(diǎn)狀態(tài)再次閉合時(shí)停止計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)模塊（t1）的設(shè)定時(shí)間為稱量斗底板由全關(guān)到全開的行程時(shí)間，計(jì)時(shí)模塊（t2）所測量的時(shí)間為稱量斗底板全關(guān)時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。

4 污泥稱重儀的誤差分析

可將污泥稱重儀的誤差分為隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差來分析。

4.1 隨機(jī)誤差

4.1.1 稱量斗中污泥的分布影響。由于該污泥稱重儀采用的是杠桿平衡原理，在達(dá)到平衡時(shí)實(shí)際為力矩平衡，即平衡條件不僅與污泥的重量有關(guān)，還與污泥在稱量斗中的分布有關(guān)。這就要求盡量將稱量斗的底面制作成長方形，以減少稱量斗底面在力矩方向上的長度。

盡量保證皮帶輸送機(jī)的位置固定不變，使落下的污泥保持分布一致。在皮帶輸送機(jī)或污泥稱重儀在維修后要按照原位回裝，也可對污泥稱重儀進(jìn)行重新標(biāo)定。

4.1.2 平衡支點(diǎn)的影響。平衡支點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力影響平衡底座的平衡過程，可采用滾動(dòng)軸承來減少平衡支點(diǎn)阻力的影響。

4.1.3 位置開關(guān)的影響。位置開關(guān)的靈敏度對平衡底座的平衡過程有影響，可選擇動(dòng)作靈敏的微動(dòng)開關(guān)用作位置開關(guān)。

4.1.4 稱量斗內(nèi)污泥粘附的影響。在經(jīng)過多次稱量后，由于污泥的粘度大、易附著、易結(jié)塊的特點(diǎn)，稱量斗的內(nèi)壁常有少量污泥粘附在上面，在連續(xù)稱量過程中要定期清理粘附在稱量斗內(nèi)壁的污泥。

4.2 系統(tǒng)誤差

污泥稱重儀的系統(tǒng)誤差主要來自稱量斗底板打開期間，經(jīng)稱量斗落下而沒有進(jìn)行稱重計(jì)量的污泥量。下面以PLC型控制計(jì)量單元為例分析該系統(tǒng)誤差的修正過程。

在上面PLC型控制計(jì)量單元的說明中已經(jīng)假設(shè)稱量斗底板由關(guān)閉到打開的行程時(shí)間為t1，稱量斗底板全關(guān)期間所經(jīng)歷的時(shí)間為t2。

假設(shè)一次稱量斗稱量的污泥重量為：a

則污泥單位時(shí)間內(nèi)的平均量為：a÷t2

在t1時(shí)間內(nèi)未經(jīng)稱量的污泥重量為：（a÷t2）×t1

一次稱量總的污泥重量為：（a÷t2）×t1+a

將上式整理得：a（1+t1÷t2）

由此可得出結(jié)論，系統(tǒng)誤差的大小與t1與t2的比值有關(guān)，比值越小則系統(tǒng)誤差越小。也就是要求t2的數(shù)值要遠(yuǎn)大于t1的數(shù)值。在用PLC實(shí)現(xiàn)的控制計(jì)量單元中，通過功能組態(tài)實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)誤差的修正非常簡單。在用繼電器實(shí)現(xiàn)的控制計(jì)量單元中，可通過人工計(jì)算一個(gè)最常用污泥重的系數(shù)來進(jìn)行誤差修正。

5 結(jié)束語

該簡易污泥稱重儀結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)量小、制作成本低。利用它實(shí)現(xiàn)了對粘度大、易附著、易結(jié)塊物料的稱重計(jì)量，是實(shí)現(xiàn)污泥稱重既簡單又實(shí)用的器具。在實(shí)際應(yīng)用中如采用的是PLC控制計(jì)量單元，如對系統(tǒng)誤差進(jìn)行了修正，則稱量精度可維持在1%～3%范圍內(nèi)，這樣的稱量精度對于稱量污泥來說已經(jīng)足夠了，用這種方法制作的污泥稱重儀可廣泛應(yīng)用于類似粘稠物料的稱重測量。