Die Wasseraufbereitungsindustrie umfasst vier Kernphasen: "Rohwasserentnahme - Reinwasseraufbereitung - Abwasserbehandlung - Wiederverwendung von aufbereitetem Wasser". Die Füllstandüberwachung in jeder Phase wirkt sich direkt auf die Prozessstabilität, die Qualität des Abwassers und die Betriebskosten aus. Herkömmliche Füllstandmessgeräte (wie Schwimmer- und Tauchgeräte) versagen in Wasseraufbereitungsszenarien häufig aufgrund von Problemen wie Mediumkontamination (Sedimente, Schwebstoffe), Umwelteinflüssen (Schaum, Korrosion) und häufigem Wartungsbedarf. Durch den Einsatz von berührungsloser Messung, starken Anti-Interferenz-Fähigkeiten und geringem Wartungsaufwand sind Ultraschall-Füllstandmessgeräte zu Kernausrüstungen für die vollständige Prozessfüllstandüberwachung in der Wasseraufbereitung geworden. Ihre Anwendung erfordert eine kundenspezifische Auslegung basierend auf den Betriebseigenschaften jeder Phase.
Die Rohwasserentnahme markiert den Ausgangspunkt der Wasseraufbereitung, wobei gängige Szenarien Reservoirs, Flüsse und Grundwasserentnahmestellen umfassen. Die Kernanforderung der Überwachung besteht darin, die Rohwasserspeicherung in Echtzeit zu verfolgen, um Prozessschwankungen durch unzureichende oder übermäßige Wasserentnahme zu vermeiden. Im Folgenden werden die betrieblichen Probleme dieser Phase und die Anpassungslösungen für Ultraschall-Füllstandmessgeräte aufgeführt:
- Trübes Medium: Rohwasser enthält große Mengen an Sedimenten und Algen (z. B. übersteigt die Flusstrübung in der Hochwassersaison 500 NTU). Sonden herkömmlicher Tauchfüllstandmessgeräte sind anfällig für Verschmutzungen, was zu erheblichen Messabweichungen führt.
- Extreme Wetterbeeinflussung: Wetterereignisse wie Starkregen und Taifune verursachen plötzliche Anstiege und Abfälle des Rohwasserpegels. Turbulente Wasserströmung erzeugt ebenfalls Wellen, die die Messstabilität beeinträchtigen.
- Harte Außenumgebung: Entnahmestellen befinden sich meist im Freien und sind Temperaturschwankungen von -20 °C bis 40 °C, hoher Luftfeuchtigkeit und Blitzschlagrisiken ausgesetzt. Die Ausrüstung muss über hohe Schutz- und Blitzschutzeigenschaften verfügen.
- Wählen Sie Modelle mit einem unbelasteten Bereich, der 30 % höher ist als die tatsächliche Wassertiefe (z. B. ein 15-Meter-Bereich für eine 10-Meter-Entnahmestelle), um Redundanz für die Signalabschwächung durch Wellen und Sedimente zu reservieren.
- Verwenden Sie Sonden aus 316L-Edelstahl (beständig gegen Korrosion im Freien) mit der Schutzart IP68. Einige Modelle sind mit Blitzschutzmodulen ausgestattet (gemäß GB/T 17626.5-Standard), um Blitzstörungen zu widerstehen.
- Verwenden Sie ein 24-V-DC-Weitbereichsnetzteil, um sich an Spannungsschwankungen von Generatoren oder Solaranlagen im Freien anzupassen.
- Aktivieren Sie den "Wellenfilteralgorithmus": Glätten Sie Füllstandschwankungen, die durch Wellen verursacht werden, indem Sie 10 Datensätze innerhalb von 10 Sekunden mitteln, wodurch der Datenfluktuationsbereich von ±10 cm auf ±2 cm reduziert wird.
- Dynamische Schwellwertanpassung: Passen Sie den Echodetektionsschwellwert basierend auf der Rohwassertrübung an (verknüpft mit Trübungsmessgeräten vor Ort an der Entnahmestelle). Der Schwellwert erhöht sich automatisch, wenn die Trübung ansteigt, um Fehlurteile durch sedimentgestreute Signale zu vermeiden.
- Installieren Sie die Sonde an einer Position der Entnahmestelle, die von der Wasserströmung entfernt ist (z. B. die Entnahmeturmplattform), und fügen Sie darunter einen Wellenschutz (aus Metall oder PVC) hinzu, um die Auswirkungen von Wasserströmungsstörungen auf den Schallwellenstrahl zu reduzieren.
- Verwenden Sie für Tiefbrunnenentnahmestellen eine Kombination aus "Sonde + Wellenleiterrohr". Das Wellenleiterrohr hat einen Innendurchmesser von 100-150 mm, um Reflexionen an der Brunnenwand und Wasserströmungsstörungen zu vermeiden, wodurch der Fehler innerhalb von ±1 cm für einen 10-Meter-Bereich kontrolliert wird.
- Betriebsbedingungen: Die Entnahmetiefe des Reservoirs beträgt 8 Meter, die Trübung erreicht in der Hochwassersaison 800 NTU, und die Mindesttemperatur im Winter beträgt -15 °C. Herkömmliche Schwimmer-Füllstandmessgeräte müssen aufgrund von Sedimentverwicklungen zweimal im Monat gereinigt werden, mit einem Messfehler von ±15 cm bei starkem Regen.
- Lösung: Wählen Sie ein Ultraschall-Füllstandmessgerät mit einem 12-Meter-Bereich, IP68-Schutz und einem Blitzschutzmodul, kombiniert mit einem Wellenschutz und einem Wellenfilteralgorithmus.
- Ergebnisse: Die Messgenauigkeit wird stabil bei ±2 cm gehalten, mit 18 Monaten wartungsfreiem Betrieb. Bei starkem Regen treten keine Datensprünge auf, und das Gerät funktioniert im Winter bei niedrigen Temperaturen normal, wodurch die Wartungskosten um 90 % gesenkt werden.
Die Reinwasseraufbereitung ist die Kernphase der Reinigung von Rohwasser zu Leitungswasser. Zu den wichtigsten Überwachungsszenarien gehören Sedimentationsbecken, Filterbecken und Reinwasserbecken. Die Kernanforderung besteht darin, eine stabile Sedimentationseffizienz, Filtrationsleistung und Reinwasserspeicherung durch genaue Füllstandkontrolle sicherzustellen. Im Folgenden werden die betrieblichen Probleme und Anpassungslösungen für diese Phase aufgeführt:
- Technische Anpassung: Verwenden Sie eine 25-kHz-Niederfrequenzsonde (mit starker Penetration, um dünne schwimmende Schlackeschichten zu durchdringen) und aktivieren Sie den "Schwimmschlacke-Filteralgorithmus" — beseitigen Sie automatisch Störungen durch schwimmende Schlacke, indem Sie Unterschiede zwischen Schwimmschlacke-Echos (geringe Amplitude, lange Dauer) und Flüssigkeitsoberflächen-Echos (hohe Amplitude, steile Anstiegsflanke) identifizieren.
- Praktische Ergebnisse: Nach der Anwendung in einem 8-Meter-Sedimentationsbecken eines Wasserwerks wird der Messfehler auch dann innerhalb von ±1 cm gehalten, wenn die Dicke der schwimmenden Schlacke 10 cm erreicht. Der Sedimentationseffekt ist stabil, und die Trübung des Abwassers wird von 0,5 NTU auf 0,3 NTU reduziert.
- Technische Anpassung: Verwenden Sie den "Zwei-Punkt-Füllstandauslösemodus" — lösen Sie den Rückspülvorgang aus, wenn der Filterbeckenfüllstand auf 1 Meter sinkt (erhöhter Filtrationswiderstand); stoppen Sie die Rückspülung, wenn der Füllstand nach Abschluss der Rückspülung auf 3 Meter ansteigt. Der gesamte Vorgang wird vom Ultraschall-Füllstandmessgerät in Echtzeit zurückgemeldet.
- Praktische Ergebnisse: Nach der Anwendung in den Filterbecken eines Wasseraufbereitungswerks wird die Reaktionszeit der Rückspülung von 10 Sekunden auf 1 Sekunde reduziert, der Rückspülwasserverbrauch um 15 % gesenkt und die Lebensdauer der Filtermedien um 2 Jahre verlängert.
- Technische Anpassung: Wählen Sie hochpräzise Modelle (Genauigkeit ±0,2 % FS), die die Modbus-RTU-Kommunikation zur Integration in das Wasserversorgungsplanungssystem unterstützen. Echtzeit-Füllstandsdaten werden zur Verknüpfung mit Wasserpumpen übertragen, wodurch die automatische Steuerung von "Wassernachfüllung bei niedrigem Füllstand und Pumpenabschaltung bei hohem Füllstand" ermöglicht wird.
- Praktische Ergebnisse: Nach der Anwendung in einem 15-Meter-Reinwasserbecken einer Gemeinde wird die Druckschwankung der Wasserversorgung von ±0,2 MPa auf ±0,05 MPa reduziert, wodurch die Wasserverwendungserfahrung der Bewohner erheblich verbessert und die Überlaufunfallrate von 3 Mal pro Jahr auf Null reduziert wird.
Die Abwasserbehandlung ist eine Schlüsselphase im Wasserkreislauf. Zu den wichtigsten Überwachungsszenarien gehören Ausgleichsbecken, Belüftungsbecken, Nachklärbecken und Schlammverdickungsbecken. Die Betriebsbedingungen sind komplex und rau und erfordern hohe Anti-Verschmutzungs-, Anti-Korrosions- und Anti-Interferenz-Fähigkeiten von Füllstandmessgeräten.
- Schmerzpunkt: Während der Belüftung bildet sich eine stabile Schaumschicht von 20-30 cm auf der Flüssigkeitsoberfläche. Herkömmliche Füllstandmessgeräte identifizieren fälschlicherweise die Schaumoberfläche als tatsächliche Flüssigkeitsoberfläche, was zu einem Fehler von ±15 cm führt.
- Lösung:
- Hardware: Verwenden Sie eine 15-W-Hochleistungs-Sendesonde (zur Verbesserung der Schallwellenpenetration), wobei die Sondenoberfläche mit Polytetrafluorethylen (PTFE) beschichtet ist, um ein Anhaften von Schaum zu verhindern.
- Algorithmus: Aktivieren Sie den "erweiterten Schaumfiltermodus" — verlängern Sie die Echodetektionszeit auf 100 ms, um das reale Flüssigkeitsoberflächenecho unter dem Schaum zu erfassen, und korrigieren Sie die Schallgeschwindigkeit durch Temperaturkompensation (die Temperatur des Belüftungsbeckens schwankt um 5-10 °C).
- Ergebnis: Nach der Anwendung in einem 10-Meter-Belüftungsbecken eines Chemiepark-Abwasserbehandlungswerks wird der Messfehler von ±15 cm auf ±2 cm reduziert, was die Prozesskontrollanforderung von ±5 cm vollständig erfüllt.
- Schmerzpunkt: Industrieabwasser (z. B. Galvanikabwasser, Beizabwasser) enthält starke Säuren und Laugen (pH=1-13) und Schwermetallionen. Herkömmliche Metallsonden korrodieren innerhalb von 3-6 Monaten.
- Lösung:
- Sondenmaterial: Verwenden Sie vollständig PTFE-beschichtete Sonden (einschließlich Gehäuse und Kabelanschlüsse) mit Korrosionsbeständigkeit gemäß ISO 10289-Standard, die extremen Bedingungen von pH=1-14 standhalten können.
- Explosionsgeschützte Ausführung: Wählen Sie für explosionsgeschützte Anforderungen in Chemieparks Ultraschall-Füllstandmessgeräte mit der Ex d IIC T6-Explosionsschutzklasse, um Sicherheitsunfälle durch Öl-Gas-Gemische zu vermeiden.
- Ergebnis: Nach der Anwendung in einem 5-Meter-Beizabwasserbehälter einer Galvanik arbeitet die Sonde 24 Monate ohne Korrosionsschäden. Seine Lebensdauer ist viermal länger als die herkömmlicher Geräte, und die Wartungskosten werden um 80 % gesenkt.
- Schmerzpunkt: Die Schlammkonzentration übersteigt 10.000 mg/l, und Schwebstoffe streuen leicht Schallwellen, was zu schwachen Echosignalen und Messausfällen führt.
- Lösung:
- Wellenleiterrohrunterstützung: Installieren Sie ein Wellenleiterrohr aus 316L-Edelstahl (Innendurchmesser 120 mm) unterhalb der Sonde. Schallwellen werden entlang des Wellenleiterrohrs übertragen, um eine Streuung durch Schwebstoffe zu vermeiden.
- Dynamische Leistungsanpassung: Erhöhen Sie die Sendeleistung automatisch basierend auf der Schlammkonzentration (verknüpft mit Konzentrationsmessgeräten vor Ort). Je höher die Konzentration, desto größer die Leistung (bis zu 20 W), um die Stärke der Echosignale sicherzustellen.
- Ergebnis: Nach der Anwendung in einem 8-Meter-Schlammverdickungsbecken eines kommunalen Abwasserbehandlungswerks wird die effektive Messrate von 60 % auf 99,8 % erhöht, der Fehler wird innerhalb von ±3 cm kontrolliert, und die Schlammentwässerungseffizienz wird um 10 % verbessert.
- Abgedeckte Szenarien: 5-Meter-Ausgleichsbecken, 10-Meter-Belüftungsbecken, 8-Meter-Nachklärbecken, 6-Meter-Schlammverdickungsbecken.
- Einheitliche Lösung: Verwenden Sie Ultraschall-Füllstandmessgeräte derselben Marke, die über das Modbus-RTU-Protokoll in das SCADA-System des Parks integriert sind, um eine vollständige Prozessfüllstandsdatenvisualisierung und eine verknüpfte Steuerung zu erreichen.
- Umfassende Ergebnisse:
- Die Messgenauigkeit jeder Phase beträgt ≤±2 cm, und die Prozessstabilität wird um 30 % verbessert.
- Die durchschnittliche mittlere Betriebsdauer (MTBF) der Geräte erreicht 18 Monate, und die Wartungskosten werden um 92 % gesenkt.
- Durch die Verknüpfung mit Wasserzufluss-, Belüftungs- und Entwässerungssystemen wird die Abwasserbehandlungskapazität um 20 % erhöht, und die Konformitätsrate des Abwassers wird von 95 % auf 100 % erhöht.
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