污水管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的建立與應(yīng)用

污水管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的建立與應(yīng)用

建立一個在線污水處理廠水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，掌握廢水處理廠關(guān)鍵區(qū)域的水質(zhì)。另一方面，可通過各責(zé)任部門提供實時水質(zhì)數(shù)據(jù)，監(jiān)測沿線污水處理廠依法排放，緩解下游污水處理廠進廠水質(zhì)超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，提高下游污水處理廠的廢水標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，如果水質(zhì)明顯超標(biāo)，請立即注意下游污水處理廠的處理措施，防止廢水超標(biāo)。因此建立污水管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng),是確保完成“十一五”期間污染減排任務(wù)的重要組成部分。杭州市某污水管網(wǎng)由一條污水主干管及10座污水泵站組成,擬建在線監(jiān)測系統(tǒng),以確保實現(xiàn)減排目標(biāo)。1污水處理廠水質(zhì)超標(biāo)該工程主干管起自8#泵站,經(jīng)9#泵站、10#泵站最終進入下游污水處理廠(見圖1)。2007年各泵站水質(zhì)數(shù)據(jù)如表1所示。從表1可以看出,該管網(wǎng)中部分泵站污水水質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)。該污水主管網(wǎng)下游的污水處理廠目前處理規(guī)模為60×104m3/d,為杭州市的主要污水處理廠。該廠存在進廠水質(zhì)長期超出設(shè)計進水水質(zhì)、無法實現(xiàn)出水穩(wěn)定達標(biāo)的問題。2企業(yè)排污監(jiān)測數(shù)據(jù)分析污水管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測點一般布置在管網(wǎng)泵站中,其設(shè)置應(yīng)兼顧監(jiān)測點的數(shù)量和監(jiān)測數(shù)據(jù)的全面性,即采用較少的監(jiān)測點全面反映整個污水管網(wǎng)的水質(zhì)分布情況,并可通過水質(zhì)分布情況對重點企業(yè)排污情況進行分析監(jiān)督。具體選取方法如下:在重點受控企業(yè)排污下游泵站設(shè)置監(jiān)測點;在管網(wǎng)系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點泵站設(shè)置監(jiān)測點;在歷史水質(zhì)數(shù)據(jù)超標(biāo)嚴(yán)重的泵站設(shè)置監(jiān)測點;通過上、下游泵站數(shù)據(jù)即可對該泵站水質(zhì)數(shù)據(jù)及納污情況作出較為準(zhǔn)確分析的泵站,則不需設(shè)置監(jiān)測點。根據(jù)上述選擇方法,本工程擬分別在1#～5#泵站、7#～9#泵站設(shè)置8個水質(zhì)監(jiān)測點。3在線測量儀器的選擇污水水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測指標(biāo)一般為pH、COD、SS、氨氮以及總磷。3.1電極法測量,其一般可測量方法主要有兩種:玻璃電極法、銻電極法。玻璃電極法應(yīng)用廣泛,產(chǎn)品選擇范圍大,價格較低,缺點是需要定時清洗和更換電極。而銻電極法儀器價格較高,線性范圍一般僅為3～8,測量精確性和重現(xiàn)性差,一般僅應(yīng)用在不適于應(yīng)用玻璃電極(如含氫氟酸溶液)的場合。因此本工程采用玻璃電極法測定儀。3.2散射光法聯(lián)合光催化法測量原理主要為光學(xué)法,其又分為透射法或散射光法兩種。其中散射光法靈敏度高、精確度高、相對誤差小、重復(fù)性好,并且不受色度影響,因此本工程采用散射光法測定儀。3.3與國家標(biāo)準(zhǔn)推薦方法比較測量原理主要有三種:①重鉻酸鉀消解法(簡稱鉻法);②氫氧基(或臭氧混合氧化劑)氧化—電化學(xué)測量法(簡稱電化學(xué)法);③UV法(254nm)。各種測量方法的對比見表2。從原理上講,方法①是最符合國家標(biāo)準(zhǔn)的COD測量方法。方法②、③均不屬于國標(biāo)推薦方法,一般需將其分析結(jié)果與國標(biāo)方法做比對試驗并進行適當(dāng)?shù)男Ｕ４送?方法③受水中濁度以及色度的影響較大,且與國標(biāo)方法相比線性度差,一般應(yīng)用在水質(zhì)變化不大且水質(zhì)濃度較低的地表水以及污水處理廠出水口處。從儀器結(jié)構(gòu)上講,采用電化學(xué)法和UV法的在線COD分析儀比采用鉻法的儀器結(jié)構(gòu)簡單,尤其是UV法在線COD分析儀只需直接浸入待測污水中即可,不需采樣過濾裝置,所以不僅安裝方便,而且運行可靠。從維護的難易程度上講,由于鉻法所采用的試劑種類較多,泵管系統(tǒng)較復(fù)雜,因此在試劑的更換以及泵管的更換維護方面較煩瑣,維護周期比采用電化學(xué)原理的儀器要短,維護工作量較大。綜合上述各方面因素,考慮到COD是污染物排放中關(guān)鍵考核指標(biāo),本工程采用測量方法符合國家標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)果準(zhǔn)確度高的鉻法在線COD分析儀。3.4、測量方法及儀器測量方法主要有兩種:電極法、比色法(即分光光度法)。其中電極法又可分為氣敏電極法和離子選擇電極法兩種,比色法又可分為氨氣逐出比色法和靛酚藍比色法兩種。氨氣逐出比色法的優(yōu)點是穩(wěn)定、準(zhǔn)確,不受色度的干擾,試劑較便宜。缺點是:對濃度很低的水樣測量精度不高(測量下限為0.2mg/L),測量周期比電極法的長。靛酚藍比色法的優(yōu)點是穩(wěn)定、準(zhǔn)確,對低濃度氨氮測量準(zhǔn)確。缺點是:受水樣顏色干擾,測量周期比電極法的長,試劑較貴、儀器價格較高。氣敏電極法的優(yōu)點是:響應(yīng)時間較比色法儀表短,不受水中其他離子的干擾,試劑便宜。缺點是:除試劑外,電極需定時更換,運行成本較高。離子選擇電極法的優(yōu)點是:響應(yīng)時間最短,無需任何試劑。缺點是:極易受水中的pH和其他離子的干擾,電極容易產(chǎn)生漂移,需要頻繁地對電極進行清洗、校正。需要定期更換電極,運行成本較高。各種測量儀器的對比詳見表3。綜合上述各方面因素,本工程選用受水質(zhì)干擾小、使用成本以及維護量一般且價格適中的氨氣逐出比色法在線氨氮分析儀。3.5在線磷分析儀采用鉬藍比色法(即光度法)的測量原理,該方法也是國家標(biāo)準(zhǔn)測定方法。4測量點的設(shè)計4.1儀表監(jiān)測設(shè)施建設(shè)在線分析儀表對工作環(huán)境有較高的要求,本工程在每個監(jiān)測點建造一間儀表監(jiān)測小屋,采用輕質(zhì)保溫建材建造,長約4m,寬約3m,在線水質(zhì)分析儀表以及自控單元設(shè)備均安裝在儀表小屋內(nèi),平面布置見圖2。4.2水質(zhì)采樣系統(tǒng)由于污水泵站集水井深度較深,并且水中夾雜大量固體雜物,在線監(jiān)測儀表的配套采樣預(yù)處理系統(tǒng)一般均無法滿足采樣要求,因此需設(shè)計一套水質(zhì)采樣系統(tǒng),以完成水樣的提升采集及分配。系統(tǒng)主要包括采水潛水泵、配水管路、自動反沖洗裝置。采樣潛水泵置于泵站集水井最低水位之下,潛水泵外設(shè)過濾罩,由自動控制單元控制潛水泵向水質(zhì)分析儀表提供符合監(jiān)測需要的水樣。為防止采樣管路阻塞以及管內(nèi)孳生藻類,系統(tǒng)配備自動反沖洗裝置,由自動控制單元用自來水自動完成對配水管路的清洗。4.3自動數(shù)據(jù)采集和上傳自動控制單元負(fù)責(zé)完成水質(zhì)采樣系統(tǒng)的自動采樣控制、自動配水控制、自動反沖洗控制以及水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)和其他輔助設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集及上傳。自動控制單元采用小型PLC系統(tǒng),配備HMI顯示界面,實時顯示當(dāng)前整套系統(tǒng)的工作狀態(tài),并可根據(jù)需要進行控制參數(shù)的修改和設(shè)定。4.4各類數(shù)據(jù)傳輸方式的比較用于分布式遠程數(shù)據(jù)通訊的有線、無線數(shù)據(jù)傳輸方式主要有以下幾種:PSTN電話撥號網(wǎng)絡(luò)、ADSL寬帶接入、DDN專線接入、IP城域網(wǎng)光纖專線、GPRS無線傳輸、無線數(shù)傳電臺。各種數(shù)據(jù)傳輸方式的比較如表4所示。水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)量小,實時性要求不高,一般選擇采用通訊速率較低、可靠性較高且通訊費用較低的GPRS無線傳輸或無線數(shù)傳電臺的數(shù)據(jù)上傳方式。但由于該污水管網(wǎng)各泵站已建成一套泵站遠程監(jiān)控系統(tǒng),各泵站與監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)傳輸采用租用IP城域網(wǎng)專線的方式,因此本工程水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)利用該泵站遠程監(jiān)控系統(tǒng)實時上傳至監(jiān)控中心。在監(jiān)控中心設(shè)置兩臺數(shù)據(jù)采集服務(wù)器,對各泵站在線水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行集中采集、處理、保存以及分析。5污水處理廠進廠水質(zhì)超標(biāo)的措施建