Besturing is een centraal concept in de procestechniek dat de continue bewaking en aanpassing van processen mogelijk maakt. In industriële water- en afvalwaterzuivering beschrijft besturing de gerichte controle van fysische, chemische en biologische parameters binnen een installatie om een stabiele, efficiënte en veilige werking te garanderen. Het doel van controle is om de doelwaarden voor bepaalde procesparameters te handhaven of om procesfouten te corrigeren door dynamische aanpassing.
Inhoudsopgave
Grondbeginselen van besturingstechniek
Definitie en structuur van een regelkring
Een regelkring bestaat uit verschillende functionele elementen die samenwerken om een gedefinieerde instelwaarde voor een procesparameter (bv. pH-waarde, temperatuur, druk of debiet) te bereiken en te behouden. De belangrijkste onderdelen van een regelkring zijn
- Regelaar: Het centrale element dat de nodige aanpassingen berekent op basis van de gemeten waarden.
- Meetelement: registreert de werkelijke waarde van het proces (bijv. pH-sonde, redoxelektrode of flowsensor).
- Actuator: Voert de aanpassingen uit (bijv. doseerpomp, ventiel of motor).
- Proces: Het fysische of chemische systeem dat gecontroleerd wordt.
- Feedbacksignaal: Geeft de huidige werkelijke waarde door aan de regelaar.
De basisfunctie van een regelcircuit is gebaseerd op de vergelijking van de instelwaarde en de werkelijke waarde. Een afwijking (regelverschil) wordt herkend en gecompenseerd door de actuator.
Verschil tussen controle en regulering
In tegenstelling tot het regelsysteem, dat geen terugkoppeling heeft en gebaseerd is op vaste specificaties, is closed-loop regeling een dynamisch proces dat reageert op terugkoppeling vanuit het systeem. Dit maakt closed-loop regeling robuuster tegen fouten en veranderingen in het proces.
Toepassing van de verordening bij de behandeling van industrieel water en afvalwater
Controle is essentieel in de water- en afvalwatertechnologie, omdat veel parameters nauwkeurig moeten worden bijgehouden om een effectieve behandeling te garanderen. Belangrijke toepassingen worden hieronder beschreven:
1. regeling van de pH-waarde
De pH-waarde is een van de belangrijkste parameters bij de behandeling van water en afvalwater. Nauwkeurige pH-regeling is cruciaal voor:
- Neerslag en vlokvormingDe vorming van vlokken (bijv. uit aluminium- of ijzerverbindingen) is sterk pH-afhankelijk. Een pH-waarde buiten het optimale bereik vermindert de efficiëntie van neerslag.
- Corrosiebescherming: Een te lage of te hoge pH-waarde kan leiden tot corrosie in leidingen en systemen.
- Neutralisatie: In veel processen, bijvoorbeeld in zuivelfabrieken of de chemische industrie, moet zuur of alkalisch afvalwater naar een neutraal bereik worden gebracht in neutralisatie-installaties.
Controle wordt meestal bereikt via een pH-sensor die de actuele waarde registreert en een doseersysteem dat zuur of alkali toevoegt om de doelwaarde te bereiken.
2. regulering van het redoxpotentiaal
De redoxpotentiaal is een indicator voor het oxiderende of reducerende vermogen van een oplossing. De controle van deze parameter wordt vaak gebruikt voor:
- Desinfectieprocessen: controle over de dosering van oxidatiemiddelen zoals chloor of ozon.
- Reductie van zware metalen: Controle van de toevoer van reductiemiddel (bijv. natriumbisulfiet voor de omzetting van chroom(VI) in chroom(III)).
Een dynamische regelkring maakt nauwkeurige aanpassing mogelijk om de reactieomstandigheden te optimaliseren.
Foto: pH-gestuurde dosering van zuur en base in de reactiekring van ons ALMA Neutra neutralisatiesysteem
3. debietregeling
Debietregeling speelt een essentiële rol in de behandeling van proceswater en in de werking van systemen, vooral in het geval van:
- MembraansystemenDebietregeling is cruciaal om membraanschade door te hoge druk te voorkomen en vervuiling tot een minimum te beperken.
- Dosering van chemicaliën: Chemicaliën zoals antiscalants of corrosieremmers moeten worden toegevoegd in verhouding tot het debiet.
Debietmeters zoals ultrasone, elektromagnetische of drukverschilmeetsystemen leveren de werkelijke waarde, terwijl regelkleppen of pompen het debiet regelen.
4. temperatuurregeling
Temperatuurregeling is vooral belangrijk in processen zoals biologische afvalwaterbehandeling (bijv. in anaerobe reactoren), omdat micro-organismen gevoelig reageren op temperatuurschommelingen. Temperatuurregeling wordt bereikt via:
- Warmtewisselaar voor koelen of verwarmen.
- Thermische sensoren om de werkelijke waarde te controleren.
5. controle van de dosering van precipitanten en flocculanten door online COD-meting
Het regelen van de dosering van precipitanten en flocculanten met behulp van online COD-meting (chemisch zuurstofverbruik) is een geavanceerde methode om de efficiëntie van precipitatie- en flocculatieprocessen in industriële afvalwaterzuivering te optimaliseren. De COD is een maat voor de totale hoeveelheid organisch oxideerbare stoffen in het water en geeft een directe indicatie van de vervuilingsgraad.
Functionaliteit van de besturing:
- Een COD online analyser meet continu het gehalte oxideerbare organische stoffen in de afvalwaterstroom. De meting vindt in realtime plaats en levert nauwkeurige gegevens over de huidige vervuiling van het water.
- De doseerhoeveelheid precipitanten (bijv. ijzer- of aluminiumzouten) en flocculanten (bijv. polymeren) wordt automatisch aangepast op basis van de gemeten COD-waarden.
- Het regelcircuit gebruikt de gemeten COD-waarde als de werkelijke waarde, vergelijkt deze met de gespecificeerde doelwaarde en regelt de toevoeging van chemicaliën via het doseersysteem.
Voordelen van deze regeling:
- Efficiënt gebruik van chemicaliën: De dosering wordt precies aangepast aan de actuele vuilbelasting, waardoor overdosering en onnodig chemicaliënverbruik worden voorkomen.
- Stabiele effluentkwaliteit: De nauwkeurige afstelling van de chemicaliën zorgt voor een constant hoge reinigingsprestatie, wat vooral belangrijk is bij sterk wisselende afvalwaterbelastingen.
- Kostenbesparing: De toevoeging van chemicaliën naar behoefte verlaagt de bedrijfskosten en minimaliseert de slibproductie, omdat er geen overtollige precipitanten ongebruikt blijven.
Technische implementatie van de verordening
Besturingsalgoritmen
Moderne regelkringen gebruiken verschillende algoritmen om de actuatoraanpassingen te berekenen. De meest voorkomende regelstrategieën zijn
- P-regelaar (proportionele regelaar): Past de actuator aan in verhouding tot de afwijking. Eenvoudig, maar met beperkte precisie.
- PI-regelaar (proportioneel-integraalregelaar): Combineert proportionele aanpassingen met compensatie voor systematische afwijkingen (offset).
- PID-regelaar (proportioneel-integraal-differentiële regelaar): Vult de regeling aan door toekomstige veranderingen te voorspellen op basis van de mate van verandering van de werkelijke waarde. Ideaal voor dynamische processen zoals waterbehandeling.
Integratie in procescontrolesystemen
In moderne systemen zijn regelkringen geïntegreerd in SCADA-systemen (Supervisory Control and Data Acquisition) of DCS-systemen (Distributed Control Systems). Met deze systemen kan
- Real-time bewaking van alle regelparameters.
- Automatische alarmen wanneer grenswaarden worden overschreden.
- Gegevensregistratie om de efficiëntie van het regelsysteem te analyseren en te optimaliseren.
Foto: COD-gestuurde dosering van precipitanten en flocculanten in de inlaat van onze ALMA NeoDAF flotatie-installatie
Uitdagingen en optimalisatiemogelijkheden
Storingen in de regelkring
Veel voorkomende storingen in het besturingssysteem worden veroorzaakt door
- Sensorfouten: Onnauwkeurigheden of defecten in pH-probes, redoxelektrodes of flowsensors.
- Procesinertie: Vertragingen tussen de actie van de actuator en de reactie in het proces.
- Niet-lineariteit: Veel waterchemische processen vertonen niet-lineair gedrag dat eenvoudige regelalgoritmen overbelast.
Optimalisatie via modelgebaseerde besturing
Modelgebaseerde controlestrategieën zoals adaptieve controle of voorspellende controle (MPC) maken gebruik van wiskundige modellen van het proces om nauwkeurigere en snellere aanpassingen mogelijk te maken. Deze benaderingen zijn vooral nuttig in complexe toepassingen zoals membraanfiltratie of biologische reactoren.
Conclusie
Besturing is een onmisbaar hulpmiddel bij industriële water- en afvalwaterzuivering. Het maakt de nauwkeurige regeling mogelijk van kritieke procesparameters zoals pH-waarde, redoxpotentiaal, debiet en temperatuur, en zorgt zo voor een stabiele en efficiënte werking van de systemen. Een goed begrip van regeltechnologie en de toepassing ervan is essentieel voor ingenieurs en operators om procesonderbrekingen te voorkomen, de efficiëntie te verhogen en naleving van wettelijke vereisten te garanderen.
Voor meer informatie over onze producten kunt u altijd contact met ons opnemen!
