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French to Chinese: Principes d’asservissement de l’injection des réactifs appliqué à la décantation lamellaire de l’usine de traitement d’HARBIN
Source text - French Principes d’asservissement de l’injection des réactifs appliqué à la décantation lamellaire de l’usine de traitement d’HARBIN
Soit une pompe doseuse d’injection de réactif à débit variable dont le débit peut varier entre 0 et Dmax exprimé en g/h (gramme/heure) de matière active.
Soit D, le débit instantané à appliquer sur la pompe doseuse exprimé en g/h.
Soit Q le débit d’eau à traiter exprimé en m3/h.
Soit τ le taux de traitement à appliquer exprimé en g/m3 (gramme/m3).
1. Imposition d’un taux de traitement fixe
La première solution consiste à pratiquer régulièrement (de l’ordre d’une fois par jour si la qualité de l’eau ne change pas trop rapidement ou plusieurs fois par jour en cas de variation rapide) des essais jar-tests en laboratoire de façon à déterminer le meilleur taux de traitement τ à appliquer. τ est alors renseigné dans la mémoire de l’automate.
Chaque minute (ou toutes les 10 ou 20 minutes si les variations de débit entrant sont faibles), l’automate programmable mesure le débit Q à traiter, puis calcule le débit D que l’on doit appliquer à la pompe doseuse de réactif par la formule suivante :
D = Q * τ
où * est l’opération multiplier
2. Imposition d’un taux de traitement variable à l’aide d’une courbe
Lorsque l’on a une certaine expérience du fonctionnement de l’installation de traitement, les nombreux essais jar-tests pratiqués dans différentes conditions de turbidité d’eau brute permettent de tracer expérimentalement une courbe du taux de traitement τ à appliquer en fonction de la mesure de turbidité d’eau brute (voir ci-dessous).
Dans la mémoire automate, la courbe expérimentale est approximée par une série de points (abscisse = turbidité eau brute / ordonnée = taux de traitement). Dans l’exemple ci-dessous, il suffit de ranger les valeurs d’abscisse (notées par exemple de X1 à X10) et d’ordonnée (notées par exemple de Y1 à Y10) avec leurs valeurs correspondantes.
Chaque minute (ou toutes les 10 ou 20 minutes si les variations de débit d’eau brute et de turbidité d’eau brute sont faibles), l’automate effectue les opérations suivantes :
• Mesure de la turbidité d’eau brute (notée X sur la courbe ci-dessous)
• L’automate vérifie la plage de donnée dans laquelle la mesure de turbidité d’eau brute X se trouve (dans le cas présenté entre les valeurs X3 et X4). Il calcule alors la valeur Y du taux de traitement τ à appliquer par interpolation selon la formule suivante :
Y = {[(Y4-Y3)/(X4-X3)]*(X-X3)} Y3
Dans le cas présenté, si la mesure de turbidité d’eau brute vaut 23, la valeur Y du taux de traitement vaut {[(70-50)/(30-20)]*(23-20)} 50 = 56. Donc τ = Y = 56 g/h
• L’automate calcule le débit D que l’on doit appliquer à la pompe doseuse de réactif par la formule suivante : D = Q * τ où * est l’opération multiplier
3. Imposition d’un taux de traitement variable à l’aide d’un objectif de turbidité d’eau décantée
Comme dans le paragraphe 1, le laboratoire détermine une fois par jour (ou plus si nécessaire) le taux de traitement initial à appliquer. Cette valeur est notée τ0. L’automate calcule alors une première fois le débit D que l’on doit appliquer à la pompe doseuse de réactif par la formule suivante : D = Q * τ où * est l’opération multiplier et où τ = τ0
En sortie de l’étape de décantation lamellaire, on se fixe alors un objectif de turbidité à atteindre noté O.
Soit T1, le temps de séjour de l’eau dans l’étape de décantation exprimé en minute (l’ordre de grandeur de T1 est de 60 minutes).
Le principe est que l’automate effectue régulièrement selon une périodicité notée T exprimée en minute les calculs ci-après. T doit être supérieur à T1 (environ 1,5 fois T1, soit de l’ordre de 90 minutes) de façon à laisser au système le temps de réagir à une modification de l’injection de réactif à l’entrée de l’étape de décantation.
• Si la mesure de turbidité de l’eau décantée est supérieure à la valeur objectif O, cela veut dire que le taux de traitement appliqué n’est probablement pas suffisant et il faut l’augmenter légèrement. L’automate calcule alors un nouveau taux de traitement τ à partir de sa valeur précédente augmentée d’une fraction du taux de traitement τ0 proposé par le laboratoire, soit la formule suivante τ = τ Δ * τ0 où Δ est de l’ordre de quelques % (généralement de l’ordre de 5%, soit Δ = 0,05).
• Si la mesure de turbidité de l’eau décantée est inférieure à la valeur objectif O, cela veut dire que le taux de traitement appliqué est probablement trop important et il faut le réduire légèrement. L’automate calcule alors un nouveau taux de traitement τ à partir de sa valeur précédente diminuée d’une fraction du taux de traitement τ0 proposé par le laboratoire, soit la formule suivante τ = τ - Δ * τ0 où Δ est de l’ordre de quelques % (généralement de l’ordre de 5%, soit Δ = 0,05).
• Il peut être dangereux de laisser un automate modifier fortement le taux de traitement optimal τ0 proposé par le laboratoire, c’est pourquoi nous limitons généralement la capacité de variation du taux de traitement calculé par l’automate à environ ±20% du taux initial τ0 (la valeur de 20% est donnée pour exemple, mais peut-être adaptée en fonction de l’expérience). Pour cela, l’automate effectue les calculs suivants :
o Si la nouvelle valeur calculée τ est supérieure à 1,2 * τ0, la valeur de τ = 1,2 * τ0 et une alarme est envoyée aux exploitants pour leur signaler une mauvaise adaptation du taux de traitement par rapport à l’objectif de turbidité O de l’eau décantée.
o Si la nouvelle valeur calculée τ est inférieure à 0,8 * τ0, la valeur de τ = 0,8 * τ0 et une alarme est envoyée aux exploitants pour leur signaler une mauvaise adaptation du taux de traitement par rapport à l’objectif de turbidité O de l’eau décantée.
• L’automate calcule le débit D que l’on doit appliquer à la pompe doseuse de réactif par la formule suivante : D = Q * τ où * est l’opération multiplier
• L’automate attend que le temps T soit écoulé avant de faire un nouveau calcul
4. Conclusion
Mis à part les 3 principes décrits ci-dessus, de nombreux autres modes de contrôle de l’injection automatique de réactifs existent dans la littérature, mais ils sont généralement complexes à mettre en œuvre et à régler.
Dans le cas de l’usine de traitement d’HARBIN, et compte tenu de la grande expérience du laboratoire de la station et des exploitants de l’usine, nous préconisons d’utiliser la solution n°2 qui consiste à imposer un taux de traitement variable à l’aide d’une courbe expérimentale car il est simple à programmer et qu’il permet une adaptation rapide du taux de traitement à des variations rapides de la turbidité de l’eau brute.
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