污水管网水质在线监测系统的建立与应用

污水管网水质在线监测系统的建立与应用

建立一个在线污水处理厂水质监测系统，掌握废水处理厂关键区域的水质。另一方面，可通过各责任部门提供实时水质数据，监测沿线污水处理厂依法排放，缓解下游污水处理厂进厂水质超过设计标准，提高下游污水处理厂的废水标准。另一方面，如果水质明显超标，请立即注意下游污水处理厂的处理措施，防止废水超标。因此建立污水管网水质在线监测系统,是确保完成“十一五”期间污染减排任务的重要组成部分。杭州市某污水管网由一条污水主干管及10座污水泵站组成,拟建在线监测系统,以确保实现减排目标。1污水处理厂水质超标该工程主干管起自8#泵站,经9#泵站、10#泵站最终进入下游污水处理厂(见图1)。2007年各泵站水质数据如表1所示。从表1可以看出,该管网中部分泵站污水水质严重超标。该污水主管网下游的污水处理厂目前处理规模为60×104m3/d,为杭州市的主要污水处理厂。该厂存在进厂水质长期超出设计进水水质、无法实现出水稳定达标的问题。2企业排污监测数据分析污水管网水质监测点一般布置在管网泵站中,其设置应兼顾监测点的数量和监测数据的全面性,即采用较少的监测点全面反映整个污水管网的水质分布情况,并可通过水质分布情况对重点企业排污情况进行分析监督。具体选取方法如下:在重点受控企业排污下游泵站设置监测点;在管网系统关键节点泵站设置监测点;在历史水质数据超标严重的泵站设置监测点;通过上、下游泵站数据即可对该泵站水质数据及纳污情况作出较为准确分析的泵站,则不需设置监测点。根据上述选择方法,本工程拟分别在1#～5#泵站、7#～9#泵站设置8个水质监测点。3在线测量仪器的选择污水水质常规监测指标一般为pH、COD、SS、氨氮以及总磷。3.1电极法测量,其一般可测量方法主要有两种:玻璃电极法、锑电极法。玻璃电极法应用广泛,产品选择范围大,价格较低,缺点是需要定时清洗和更换电极。而锑电极法仪器价格较高,线性范围一般仅为3～8,测量精确性和重现性差,一般仅应用在不适于应用玻璃电极(如含氢氟酸溶液)的场合。因此本工程采用玻璃电极法测定仪。3.2散射光法联合光催化法测量原理主要为光学法,其又分为透射法或散射光法两种。其中散射光法灵敏度高、精确度高、相对误差小、重复性好,并且不受色度影响,因此本工程采用散射光法测定仪。3.3与国家标准推荐方法比较测量原理主要有三种:①重铬酸钾消解法(简称铬法);②氢氧基(或臭氧混合氧化剂)氧化—电化学测量法(简称电化学法);③UV法(254nm)。各种测量方法的对比见表2。从原理上讲,方法①是最符合国家标准的COD测量方法。方法②、③均不属于国标推荐方法,一般需将其分析结果与国标方法做比对试验并进行适当的校正。此外,方法③受水中浊度以及色度的影响较大,且与国标方法相比线性度差,一般应用在水质变化不大且水质浓度较低的地表水以及污水处理厂出水口处。从仪器结构上讲,采用电化学法和UV法的在线COD分析仪比采用铬法的仪器结构简单,尤其是UV法在线COD分析仪只需直接浸入待测污水中即可,不需采样过滤装置,所以不仅安装方便,而且运行可靠。从维护的难易程度上讲,由于铬法所采用的试剂种类较多,泵管系统较复杂,因此在试剂的更换以及泵管的更换维护方面较烦琐,维护周期比采用电化学原理的仪器要短,维护工作量较大。综合上述各方面因素,考虑到COD是污染物排放中关键考核指标,本工程采用测量方法符合国家标准、结果准确度高的铬法在线COD分析仪。3.4、测量方法及仪器测量方法主要有两种:电极法、比色法(即分光光度法)。其中电极法又可分为气敏电极法和离子选择电极法两种,比色法又可分为氨气逐出比色法和靛酚蓝比色法两种。氨气逐出比色法的优点是稳定、准确,不受色度的干扰,试剂较便宜。缺点是:对浓度很低的水样测量精度不高(测量下限为0.2mg/L),测量周期比电极法的长。靛酚蓝比色法的优点是稳定、准确,对低浓度氨氮测量准确。缺点是:受水样颜色干扰,测量周期比电极法的长,试剂较贵、仪器价格较高。气敏电极法的优点是:响应时间较比色法仪表短,不受水中其他离子的干扰,试剂便宜。缺点是:除试剂外,电极需定时更换,运行成本较高。离子选择电极法的优点是:响应时间最短,无需任何试剂。缺点是:极易受水中的pH和其他离子的干扰,电极容易产生漂移,需要频繁地对电极进行清洗、校正。需要定期更换电极,运行成本较高。各种测量仪器的对比详见表3。综合上述各方面因素,本工程选用受水质干扰小、使用成本以及维护量一般且价格适中的氨气逐出比色法在线氨氮分析仪。3.5在线磷分析仪采用钼蓝比色法(即光度法)的测量原理,该方法也是国家标准测定方法。4测量点的设计4.1仪表监测设施建设在线分析仪表对工作环境有较高的要求,本工程在每个监测点建造一间仪表监测小屋,采用轻质保温建材建造,长约4m,宽约3m,在线水质分析仪表以及自控单元设备均安装在仪表小屋内,平面布置见图2。4.2水质采样系统由于污水泵站集水井深度较深,并且水中夹杂大量固体杂物,在线监测仪表的配套采样预处理系统一般均无法满足采样要求,因此需设计一套水质采样系统,以完成水样的提升采集及分配。系统主要包括采水潜水泵、配水管路、自动反冲洗装置。采样潜水泵置于泵站集水井最低水位之下,潜水泵外设过滤罩,由自动控制单元控制潜水泵向水质分析仪表提供符合监测需要的水样。为防止采样管路阻塞以及管内孳生藻类,系统配备自动反冲洗装置,由自动控制单元用自来水自动完成对配水管路的清洗。4.3自动数据采集和上传自动控制单元负责完成水质采样系统的自动采样控制、自动配水控制、自动反冲洗控制以及水质检测数据和其他辅助设备状态数据的采集及上传。自动控制单元采用小型PLC系统,配备HMI显示界面,实时显示当前整套系统的工作状态,并可根据需要进行控制参数的修改和设定。4.4各类数据传输方式的比较用于分布式远程数据通讯的有线、无线数据传输方式主要有以下几种:PSTN电话拨号网络、ADSL宽带接入、DDN专线接入、IP城域网光纤专线、GPRS无线传输、无线数传电台。各种数据传输方式的比较如表4所示。水质在线监测系统上传数据量小,实时性要求不高,一般选择采用通讯速率较低、可靠性较高且通讯费用较低的GPRS无线传输或无线数传电台的数据上传方式。但由于该污水管网各泵站已建成一套泵站远程监控系统,各泵站与监控中心之间的数据传输采用租用IP城域网专线的方式,因此本工程水质监测数据利用该泵站远程监控系统实时上传至监控中心。在监控中心设置两台数据采集服务器,对各泵站在线水质监测数据进行集中采集、处理、保存以及分析。5污水处理厂进厂水质超标的措施建