Поставленная задача успешно решается при использовании в системах подготовки питьевой воды баромембранной технологии. С появлением низкоэнергетических мембран, называемых нанофильтрационными и характеризующихся размером пор в пределах от 0,001 до 0,1 микрона, получена возможность отфильтровывать растворенные в воде вещества в диапазоне от 20 до 80 % в зависимости от величины давления воды на входе нанофильтрационной машины (NF). Авторами статьи разработана [1] нанофильтрационная система производства питьевой воды, обеспечивающая сбалансированное солесодержание и позволяющая одновременно осуществлять экономию электроэнергии и расход сырой воды, из которой производится вода питьевая. Статистическим анализом изменения показателей качества воды Исаковского водохранилища за 2000–2003 гг., часть которых приведена на рис. 1, установлено, что они распределяются по нормальному закону. Так, для общего солесодержания плотность вероятности равна формула (1) Проверка гипотезы о нормальном распределении осуществлялась по критерию х2 формула (2) где F(x) вычислялась по формуле (3) где M — выборочное среднее; d — стандартное отклонение. При постоянном коэффициенте обессоливания воды (например К = 2) нанофильтрационной установкой, когда давление сырой воды на ее входе постоянное, характер изменения солесодержания питьевой воды будет отображать характер изменения солесодержания исходной воды (рис. 1, г). С целью стабилизации необходимой величины солесодержания, содержания кальция и фтора использован принцип изменения давления воды на входе NF-машин в зависимости от изменения солесодержания исходной воды. Структурная схема системы производства 500 м3/ч питьевой воды из воды Исаковского водохранилища приведена на рис. 2. Здесь используются пять нанофильтрационных машин. Каждая из машин включает в себя по два бустерных насоса БН1 и БН2, картриджные пятимикронные фильтры (на схеме не показаны) и по два банка В1 и В2, включающих соответственно 12 и шесть хоузингов (Н1–Н12; Н13–Н18). Каждый хоузинг представляет собой восьмидюймовую трубу, в которую последовательно включены по шесть сепараторов (рулонные мембранные элементы в сборе). Концентрат с выхода двух параллельно включенных хоузингов первого банка В1 поступает на вход одного хоузинга второго банка В2. Пермеат с выходов хоузингов первого и второго банков поступает на общий коллектор пермеата. Выходы концентрата хоузингов второго банка В2 тоже поступают на общий коллектор концентрата NF-машины. В этот коллектор установлен регулирующий орган, изменяющий производительность NF-машины по концентрату. Для изменения давления воды на входе машины используется система частотного управления производительностью насоса в зависимости от изменения солесодержания питьевой воды. При превышении текущего значения солесодержания СП пермеата величины его задания СПЗ микропроцессорная система частотного регулирования оборотов двигателя насосов повышает давление воды на входе NF-машины и наоборот. При снижении оборотов двигателя в зависимости от снижения величины СП будет уменьшаться производительность машины по пермеату QП. Для стабилизации производительности установки по пермеату QП используется система регулирования расхода концентрата QК, в которую входят датчик производительности пермеата QП, задатчик производительности пермеата QЗП пропорционально-интегральный микропроцессорный регулятор и исполнительный механизм с регулирующим органом в коллекторе концентрата. Система регулирования оборотов двигателя бустерного насоса включает в себя датчик и задатчик солесодержания питьевой воды, микропроцессорный регулятор, микропроцессорную тиристорную систему частотного управления приводом бустерного насоса. Обе системы являются взаимосвязанными. Структура цифроаналоговой взаимосвязанной системы стабилизации солесодержания и производительности пермеата приведена на рис. 3. Здесь W11(Z) и W22(Z)— дискретные передаточные функции по основным каналам объекта, W12(Z) и W21(Z)— дискретные передаточные функции по перекрестным каналам объекта регулирования. Передаточные функции описывают в динамике связи: ❏ W11(Z)— общего солесодержания пермеата на выходе RO-машины в зависимости от изменения скорости вращения привода бустерного насоса, изменяющего давление воды на входе RO-машины; ❏ W22(Z)— производительности RO-машины по пермеату в зависимости от изменения расхода концентрата RO-машины; ❏ W12(Z)— общего солесодержания пермеата RO-машины в зависимости от расхода концентрата; ❏ W21(Z)— производительности RO-машины по пермеату в зависимости от изменения скорости вращения привода бустерного насоса. Принцип действия цифроаналоговой системы взаимосвязанного регулирования расхода пермеата QП и солесодержания пермеата СП состоит в следующем. В коллекторе пермеата устанавливаются датчики И1 измерения солесодержания СП и И2 — расхода пермеата QП. Информация о текущем солесодержании пермеата СП и текущем значении расхода QП подается на элементы сравнения после аналогово-цифрового преобразователя через такт квантования по времени Т0. Сигналы ошибок Е1(n) и Е2(n) в цифровом виде подаются на входы цифровых вычислительных устройств Wby1(Z) и Wby2(Z), формирующих вместе с цифроаналоговыми преобразователями в виде экстраполяторов нулевого порядка с передаточной функцией формула (4) управляющие сигналы Хр1(t) и Хр2(t). Управляющий сигнал Хр1(t) поступает на вход преобразователя частоты для управления электроприводами переменного тока бустерных насосов, изменяющих производительность насосов. А управляющий сигнал Хр2(t)поступает на вход регулирующего органа РО, установленного в коллекторе концентрата. Обе системы взаимосвязаны через объект регулирования. Снижение давления на входе NF-машины приводит к снижению производительности установки. Для ее стабилизации необходимо прикрыть регулирующий орган в коллекторе концентрата. При этом увеличивается поток в канале пермеата. Для реализации взаимосвязанной системы управления применен преобразователь ЭП-07, работающий на двойном преобразовании энергии промышленной электросети переменного тока напряжением 380 В постоянной частоты f1 = 50 Гц в энергию постоянного тока (Ud,Id) на выходе выпрямителя (В), а затем в энергию переменного тока на выходе автономного инвертора напряжения (АИН) с регулируемой частотой f2 = 0,5–100(200) Гц. При этом одновременно с частотой f2 по определенному закону изменяется и выходное линейное напряжение в пределах U2 = 10–380 В. Информация с датчиков солесодержания и расхода пермеата в виде токовых сигналов поступает через модуль ввода-вывода. Управление элементами силовой части (СЧ) преобразователя (В, АИМ, ТК) и электроприводом осуществляется двухпроцессорной системой управления (микропроцессоры АТ Mega 128L и ADMC 331). На вход микропроцессорной системы поступают: ❏ команды с пульта управления ПУ; ❏ сигналы от внутренних датчиков тока DI1 или, как вариантное исполнение, DI2 (Id,Iф) и напряжения DН (Ud); ❏ аналоговые управляющие сигналы СП и QП; ❏ цифровые сигналы по интерфейсам RS-485 и RS-232 от удаленного пульта управления (УПУ), компьютера или АСУТП. Штатный пульт управления ПУ предназначен для связи оператора с системой управления ПЧ и обеспечивает ввод параметров QЗ и СЗ и оперативный пуск и останов электродвигателя, а также индикацию на жидкокристаллическом индикаторе текущего состояния электропривода. ❏
1. Лысюк В.С., Рисухин В.В., Титамир О.Н., Максюта А.В. Спосіб енерго- та ресурсозбереженного баромембранного виробництва питної води з заданим солевмістом при зміні солевмісту сирої води. Бюл. №9 від 15.09.2005 р. Деклараційний патент на корисну модель (11)9329, (19)UA, (51)7В01Д 12/00).
