Aplicações de Transmissores Ultrassônicos de Nível em Processos de Tratamento de Água: Da Água Bruta à Água Reutilizada, Abordando Desafios de Monitoramento em Todo o Processo

I. Fase de admissão de água crua: monitorização do nível para ambientes turvos e extremos

(I) Pontos de dor operacionais

• Médio turvo: A água crua contém grandes quantidades de sedimentos e algas (por exemplo, a turbulência dos rios excede 500 NTU durante as estações de inundação).levando a um desvio significativo da medição.
• Interferências meteorológicas extremas: Eventos meteorológicos como chuvas fortes e tufões causam subidas e quedas repentinas nos níveis de água crua.
• Ambiente externo hostil: Os pontos de admissão encontram-se, na sua maioria, ao ar livre, enfrentando variações de temperatura de -20°C a 40°C, umidade elevada e riscos de raios.O equipamento deve ter uma elevada protecção e resistência ao raio.

(II) Soluções técnicas de adaptação para transmissores de nível ultrasónico

Seleção de hardware

• Escolher modelos com um intervalo de carga vazia 30% superior à profundidade de admissão de água real (por exemplo,um intervalo de 15 metros para um ponto de entrada de 10 metros) para reservar redundância para atenuação do sinal causada por ondas e sedimentos.
• Usar sondas de aço inoxidável 316L (resistentes à corrosão exterior) com classificação de proteção IP68.5 padrão) para resistir às interferências do relâmpago.
• Adotar um projeto de fonte de alimentação de grande tensão de corrente contínua de 24 V para se adaptar às flutuações de tensão dos geradores externos ou dos sistemas de energia solar.

Optimização de algoritmos

• Ativar o "algoritmo de filtragem de ondas": flutuações de nível suaves causadas por ondas, através da média de 10 conjuntos de dados em 10 segundos, reduzindo o intervalo de flutuação de dados de ± 10 cm para ± 2 cm.
• Ajuste dinâmico do limiar: ajustar o limiar de detecção de eco com base na turbidez da água crua (ligada a medidores de turbidez no local no ponto de admissão).O limiar aumenta automaticamente quando a turbidez aumenta para evitar erros de julgamento causados por sinais espalhados pelo sedimento.

Projeto de instalação

• Instalar a sonda numa posição do ponto de admissão longe do impacto do fluxo de água (por exemplo, a plataforma da torre de admissão),e adicionar um escudo de onda (feito de metal ou PVC) abaixo para reduzir o impacto da perturbação do fluxo de água no feixe de ondas sonoras.
• Para pontos de entrada de poços profundos, utilize uma combinação de "sonda + tubo de guia de ondas".controlo do erro dentro de ± 1 cm para um intervalo de 10 metros.

(III) Caso de aplicação: Monitorização do nível num ponto de entrada de água crua de um reservatório

• Condições de funcionamento: A profundidade de admissão do reservatório é de 8 metros, a turvidade atinge 800 NTU durante as estações de inundação e a temperatura mínima no inverno é de -15°C.Os transmissores tradicionais de nível de flutuação requerem limpeza duas vezes por mês devido ao entrelaçamento de sedimentos, com um erro de medição de ± 15 cm durante chuvas fortes.
• Solução: Selecione um transmissor de nível ultrasônico com um alcance de 12 metros, proteção IP68 e um módulo de proteção contra raios, combinado com um escudo de onda e algoritmo de filtragem de onda.
• Resultados: A precisão de medição é mantida de forma estável em ± 2 cm, com 18 meses de funcionamento sem manutenção.e o dispositivo funciona normalmente a baixas temperaturas no inverno, reduzindo os custos de manutenção em 90%.

II. Fase de tratamento da água purificada: assegurar um controlo preciso do nível dos tanques de sedimentação e dos tanques de filtragem

(I) Cenários típicos, pontos dolorosos operacionais e problemas com equipamentos tradicionais

(II) Aplicação personalizada de transmissores de nível ultrasônico

1- Monitorização do nível dos reservatórios de sedimentação

• Adaptação técnica: Use a 25kHz low-frequency probe (with strong penetration to pass through thin floating slag layers) and enable the "floating slag filtering algorithm" — automatically eliminate floating slag interference by identifying differences between floating slag echoes (weak amplitude, longa duração) e ecos de superfície de líquido (amplitude forte, borda em subida acentuada).
• Resultados Práticos: Após aplicação num reservatório de sedimentação de 8 metros de uma usina hidráulica, o erro de medição continua a ser controlado dentro de ± 1 cm, mesmo quando a espessura da escória flutuante atinge 10 cm.O efeito de sedimentação é estável, e a turvidade do efluente é reduzida de 0,5 NTU para 0,3 NTU.

2. Controle de nível para a lavagem do tanque de filtro

• Adaptação técnica: Adotar o modo de "inicialização do nível em dois pontos" ¢ iniciar o processo de lavagem de volta quando o nível do tanque de filtragem cair para 1 metro (aumento da resistência à filtração);Parar a lavagem de volta quando o nível subir para 3 metros após a conclusão da lavagem de voltaTodo o processo é alimentado em tempo real pelo transmissor de nível ultrasónico.
• Resultados Práticos: Após aplicação nos tanques de filtragem de uma instalação de purificação de água, o tempo de resposta do gatilho de retrolavagem é reduzido de 10 segundos para 1 segundo, o consumo de água de retrolavagem é reduzido em 15%,e a vida útil dos meios de filtragem é prolongada em 2 anos.

3- Monitorização do nível dos tanques de água limpa

• Adaptação técnica: Selecionar modelos de alta precisão (acurácia ± 0,2% FS) que suportem a comunicação Modbus-RTU para integração no sistema de programação de abastecimento de água.Os dados de nível em tempo real são transmitidos para ligação com bombas de água, permitindo o controlo automático do "reabastecimento de água a baixos níveis e desligamento da bomba a níveis elevados".
• Resultados Práticos: Após aplicação num reservatório de água limpa de 15 metros de comprimento de um condado, a flutuação da pressão de abastecimento de água é reduzida de ± 0,2 MPa para ± 0,05 MPa,Melhorar significativamente a experiência de utilização da água dos residentes, e a taxa de acidentes de transbordamento é reduzida de 3 vezes por ano para zero.

III. Fase de tratamento de águas residuais: superação dos desafios de monitorização da espuma, corrosão e sólidos em suspensão

(I) Avanços técnicos nos cenários essenciais

1. Resolver a interferência da espuma nos tanques de aeração

• Ponto de dor: Uma camada de espuma estável de 20 a 30 cm é formada na superfície do líquido durante a aeração.resultando num erro de ± 15 cm.
• Solução:
  • Ferramentas: Utilize uma sonda transmissora de alta potência de 15 W (para melhorar a penetração das ondas sonoras), com a superfície da sonda revestida com politetrafluoroetileno (PTFE) para evitar a adesão da espuma.
  • AlgoritmoAtivar o "modo de filtragem de espuma melhorada" e corrigir a velocidade do som através da compensação da temperatura (a temperatura do reservatório de aeração flutua entre 5 e 10 °C).
• Resultado: Após aplicação num reservatório de aeração de 10 metros de uma estação de tratamento de águas residuais de um parque industrial químico, o erro de medição é reduzido de ±15 cm para ±2 cm,que satisfaça plenamente o requisito de controlo do processo de ± 5 cm.

2Proteção contra corrosão dos reservatórios de águas residuais industriais

• Ponto de dor: As águas residuais industriais (por exemplo, águas residuais de galvanização, águas residuais de decapagem) contêm ácidos e álcalis fortes (pH=1-13) e íons de metais pesados.As sondas metálicas tradicionais corroem dentro de 3-6 meses.
• Solução:
  • Material da sonda: utilizar sondas totalmente revestidas de PTFE (incluindo carcaças e interfaces de cabos) com resistência à corrosão em conformidade com a norma ISO 10289, capazes de suportar condições extremas de pH=1-14.
  • Projetos à prova de explosão: Para os requisitos de protecção contra explosões nos parques industriais químicos, selecionar transmissores de nível ultrasónico com classificação de protecção contra explosões Ex d IIC T6 para evitar acidentes de segurança causados por misturas de óleo e gás.
• Resultado: Após a aplicação num tanque de água residual de decapagem de 5 metros de uma fábrica de galvanização, a sonda funciona durante 24 meses sem danos causados pela corrosão.A sua vida útil é 4 vezes mais longa do que a dos equipamentos tradicionais, e os custos de manutenção são reduzidos em 80%.

3. Resolver a interferência de sólidos suspensos em reservatórios de espessamento de lama

• Ponto de dor: A concentração de lama excede 10 000 mg/l e os sólidos em suspensão dispersam facilmente as ondas sonoras, resultando em sinais de eco fracos e falhas de medição.
• Solução:
  • Auxílio de tubos de guia de ondas: Instalar um tubo de guia de ondas de aço inoxidável de 316L (diâmetro interno de 120 mm) abaixo da sonda.
  • Ajuste de potência dinâmica: Aumentar automaticamente a potência de transmissão com base na concentração de lama (ligada a medidores de concentração no local).Quanto maior a potência (até 20 W) para garantir a intensidade dos sinais de eco.
• Resultado: Após aplicação num reservatório de espessamento de lamas de 8 metros de uma estação de tratamento de águas residuais municipais, a taxa de medição efetiva é aumentada de 60% para 99,8%, o erro é controlado dentro de ±3 cm,e a eficiência do desaguamento das lamas é melhorada em 10%.

(II) Caso de aplicação: Monitorização de todo o processo numa instalação de tratamento de águas residuais de um parque industrial

• Cenários abordados: Tanque de equalização de 5 metros, tanque de aeração de 10 metros, tanque de sedimentação secundária de 8 metros, tanque de espessamento de lamas de 6 metros.
• Solução Unificada: Utilize transmissores de nível ultra-sônico da mesma marca, integrados no sistema SCADA do parque através do protocolo Modbus-RTU para obter visualização de dados de nível de processo completo e controlo ligado.
• Resultados abrangentes:
  • A precisão de medição de cada estágio é ≤ ± 2 cm e a estabilidade do processo é melhorada em 30%.
  • O tempo médio médio entre falhas (MTBF) dos equipamentos atinge 18 meses e os custos de manutenção são reduzidos em 92%.
  • Ao ligar-se aos sistemas de entrada de água, aeração e drenagem, a capacidade de tratamento de águas residuais é aumentada em 20%, e a taxa de conformidade dos efluentes é aumentada de 95% para 100%.

IV. Fase de reutilização da água recuperada: Realização de uma gestão inteligente dos nívei