浅谈城市污水处理厂水质水量在线监测系统的设计
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摘要：目前各城市污水处理厂的水质水量监测系统越来越受到关注，本文主要根据广州市污水厂水质水量在线监测系统的工程实例，对水质水量在线监测系统的框架及设计中应注意的问题进行探讨。
关键词：污水处理厂 水质 水量 在线监测 设计
目前全国各大城市的污水处理系统越来越完善，污水处理后的效果成为政府及公众关注的焦点，依照国家有关规定，建成后的城市污水处理厂必须安装水污染物在线自动监控设备。只有更科学、准确、实时的水质监测手段，才能实现城市污水处理厂的远距离监测，对促进污水治理的社会化、产业化，以及提高政府监管的公正、公开和透明提供保证，因此具有重要的意义。
在城市污水处理厂的水质在线监测系统建设方面，广州走在全国的前列，早在2004年广州市西朗污水处理厂水质水量在线监测系统已正式通过专家验收，远在厂外的市政和环保部门可以24小时监测到污水处理的水质水量，排放的污水究竟是否达标一目了然。此后广州市已建成的各厂逐渐建立了在线监测系统，各厂设立了监测基站，厂区内的进、出水口水质、水量被自动取样监测，处理前和处理后的各项指标数据实时上传至市监测中心。
在线监测系统框架图
水质水量在线监测系统设计主要包括监测内容与采样点选择、在线监测仪表选择、厂内监测基站设计、数据采集传输与控制四大方面。
一、监测内容与采样点选择
根据各城市及污水厂的监管要求会有不同的监测指标要求，一般情况下监测内容主要包括水量、COD（化学需氧量）、TN（总氮）、TP（总磷）、SS（悬浮物）、NH3-N（氨氮）等，其它指标的监测设计思路与这些基本相同，只是在仪表选择时应针对市场上出现的类型多加比较。
采样点一般选择设置在各污水厂的进出、水口具有代表意义的断面上，采样点的选择决定了实际监测水样是否具有代表性，直接影响监测数据的真实性和有效性，最佳采样点应避开死水区及洄流区，不能与分析仪距离太远，选择水流充分混合区。污水中漂浮物较多时，采样头四周应安装属筛网进行阻隔，其它设置要求应按照国家相关标准规范。
二、在线监测仪表选择
在选择仪器时，需要考虑监测站的水质情况、污染物的浓度范围、分析仪的分析原理、分析仪的测定浓度范围、仪器的运行维护、试剂的种类、试剂的使用量、操作是否简单、测试方法是否符合我国的标准和规范等因素，综合考虑，多方面调研，选择适合当地情况的、运行维护费低、操作简便安全、数据准确、可靠性高的分析仪。
1、水量在线监测仪表
水量测量一般采用电磁流量计进行测量，因此在进出水管渠上安装电磁流量计，已安装的污水厂可以使用已有设备。为保证数据的真实性，各污水厂应与排水监测部门共同管理电磁流量计，双方共享流量数据，但应将流量计密封，任何一方无权私自开启。
2、总氮在线监测仪表
总氮在线自动分析仪的主要技术原理有两种：（1）过硫酸盐消解-光度法；（2）密闭燃烧氧化-化学发光分析法，目前应用广泛的使用过硫酸盐消解-光度法原理（国标方法）进行测试的在线分析仪。目前应用较好的总氮在线自动分析仪一般采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法进行指标测定，这种方法可测定水中亚硝酸盐氮、硝酸盐氮无机铵盐溶解态氨及大部分有机含氮化合物中氮的总和。
3、总磷在线监测仪表
总磷在线自动分析仪的主要技术原理有：（1）过硫酸盐消解-光度法；（2）紫外线照射-钼催化加热消解，（3）FLA-光度法。（4）钼酸铵分光光度法；其中方法3非我国国标测定方法，方法1及方法3的分析周期更短（10～30min），采用方法1和方法3的仪器结构更简单，目前使用较多的是过硫酸盐消解-光度法和与钼酸铵分光光度法原理相近的钼蓝法两种原理的仪器。
4、氨氮在线监测仪表
氨氮在线自动分析仪的技术原理主要有三种：（1）氨气敏电极电位法（pH电极法）；（2）分光光度法；（3）傅立叶变换光谱法。在线氨氮仪等需要连续和间断测量方式，在经过在线过滤装置后，水样测定值相对偏差较大。
考虑到实际情况，工程中优先选择采用原理（2）的国标方法并且相对偏差较小的监测仪器，同时在监测过程中，通过一定的人工对比测定进行标定在线监测数据，消除较大的误差。
5、化学需氧量在线监测仪表
目前市场上常用的COD在线自动监测仪测量方法较多，主要有：（1）重铬酸钾消解-光度测量法；（2）重铬酸钾消解-库仑滴定法；（3）重铬酸钾消解-氧化还原滴定法；（4）UV计（254nm）；（5）氢氧基及臭氧（混和氧化剂）氧化-电化学测量法；（6）臭氧氧化-电化学测量法；（7）流动注射法（FIA）；（8）生物化学法。
其中UV法在线COD监测仪出水快速、准确、稳定、经济， 但承受冲击负荷能力低，因此可优先考虑在出水监测中采用，进水可考虑采用原理（1）的监测仪器。
6、SS在线监测工艺流程与仪表原理
目前应用与水质在线监测仪表的主要有分光光度法和光学法两种。其中光学法灵敏度、准确度高，相对误差小，应用更广泛。
三、厂内监测基站设计
在每个污水处理厂的进出水口附近各建一座现场监测基站，现场监测基站系统由取水配水单元、水样预处理单元、除藻和清洗单元、电力保证单元、各种水质在线监测仪、自动留样单元、其它辅助单元以及现场监测基站管理控制系统几部分构成。另外，基站还设有试验台及有关试验仪器，供工作人员定期到现场进行试剂配置，并对水质在线监测仪进行校正。
现场监测基站系统示意图
取水配水单元主要是采集水样并配水至各仪表或其它单元，SS及COD分析仪直接进行水样分析得到数据，其它各种仪表一般要先经过预处理单元使水样中固液分离，再通过空气反吹系统实现过滤，最后进入各仪表进行水样分析。清洗除藻单元间断使用保证管路清洁通畅，而自动留样系统则保证实现超标自动留样、常规定期留样的功能。管理控制系统实时采集水量、水质参数，并向厂级监测中心上传数据。
四、数据采集传输与控制
基站的数据传输是通过厂内通讯网络向厂级监测中心自动上报监测数据、运行日志和各种信息，厂级监测中心管理系统同时把监测站点上报的各种数据和信息通过远程通讯网自动上报到市监测中心。
水样预处理系统的运行和预处理系统的自动清洗等由基站管理控制系统统一控制和运行，同时执行上级管理软件系统发出的各种指令，进行远程的紧急监测、远程维护和远程设置等工作，不需要现场人工的干预。
结语：随着政府对污水治理工作的重视和公众对污水处理效果的关注，污水处理厂的水质水量在线监测系统在市政建设中越来越重要，市场上相应的产品也越来越多，在线监测系统的设计必将越来越完善，数据精度更高，数据传输与公开更快更稳定，在城市治污监管工作中扮演更重要的角色。
参考文献：
[1] 刘玉红,水质在线监测系统在污水处理厂的应用.中国科技信息2009,24-27
[2] 王光辉,杨维,王虎.城市污水处理在线监测管理系统的研究与应用节能.2007,26
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