城市污水处理在线监测管理系统的研究与应用

陈传星　康孝友

摘要：文章描述了国内城市污水缝理现状和使用在线监测的必要性、可行性，总结了在线监测系统的监测内容与监测系统的构成。城市污水处理在线监测管理系统和传统监测方式相比，具有对在线监测设备非正常运转情况以及对污水偷排、超标排放、设备闲置等情况实现自动报警，自动生成数据统计报表，系统运行费用低等优点，因此，国内应建议制定统一的技术标准。规范城市污水处理在线监测管理系统的建设、运行和使用维护，实现对城市污水处理厂的及时、集中管理。

关键词：城市污水处理；在线监测；管理系统；数据通讯；数据处理

中图分类号：X832

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)14-0004-03

当今世界水环境面临水资源短缺和水污染加重两大问题，造成水污染的主要原因是工业废水、农田排水及城乡生活污水的大量排放，使地面水和地下水水质日趋恶化，水污染的加重加剧了水资源的紧张、制约了经济的发展、危害着人类的健康。水环境的严峻迫使人类加强了对水污染控制的重视、增强了水污染治理的力度、加快了水污染治理的速度。无论是末端治理或源头治理(清洁生产)，都需要对处理过程中的水质参数进行迅速、准确、适时的在线监控，根据监测结果及时调整工艺过程，以保证装置的效率和处理效果。

一、国内城市污水处理现状

国内城市污水处理起步较晚，自上世纪七八十年代开始，对污水处理才开始给予重视，70年末开始在天津兴建纪庄子污水处理厂标志着国内城市污水治理的开始。随着改革开放大好形势的不断深入，尤其是国家“七五”、“八五”、“九五”期间，大量的有关污水治理的科技攻关课题的建立，我国的污水处理事业也得到了快速的发展，国内污水处理的新技术、污泥处理的新技术、再生水回用的新技术都取得了丰硕的成果，并且某些项目达到了国际先进水平。近年来，各级地方府及有关部门对城市污水治理更加重视，将其作为当前和今后一段时期基本建设和环境保护领域中重点支持的产业之一，城市污水处理领域出现了前所未有的发展速度，城市污水处理厂以及城市污水处理率都得到了迅猛发展，截至2005年6月底，全国还有297个城市没有建成污水处理厂。我国政府2010的目标是完善全国50％城市地区的污水处理设施，中等城市(县级市)的污水处理能力至少达到60％，各省级直辖市的污水处理能力超过70％。现阶段国内污水治理状况与国外发达国家相比。还存在着处理率不高、设施相对分落后、工艺有待完善、管理还比较落后等缺点，同时还存在着污水处理厂建设有效投资利用率及处理出水率达标低等诸多问题。

二、城市污水处理厂在线监测的优点、必要性与可行性

(一)在线监测的优点

污水处理主管部门采用传统的人工监测方法，时间覆盖率低，样品缺乏科学性和代表性，因此对污水处理厂的实际处理水量、水质情况不了解，缺乏监管依据，无法核定城市污水处理厂的真实运行成本和年运行费用，出现了管理上的真空点。城市污水处理的在线监测，则可以改变以往监管技术手段落后的局面，提升了城市污水处理监测水平，提高了监管效率，节省了人力和财力，降低了监管成本，有效地遏制了污水处理企业偷停、偷排等违规现象的发生，避免了环境的二次污染，有效发挥了财政资金的投资效用。监测管理系统长期连续的监测数据还将为适合某个地域特点的污水处理工艺、处理规模及编制区域性污水处理规划提供依据。同时，监测管理系统的应用还将在规范污水处理企业的市场准入、制定城市污水处理收费标准及加强政府监管职能等方面起到深远的影响。

(二)在线监测的必要性

近年来，国内加大了以城镇污水处理厂建设为重点的环境基础设施投入，城市污水处理厂的有效运行对于削减污染物排放量、改善水环境、促进水资源有效利用发挥了重要作用，是缓解水资源匮乏的重要举措。要加强污水处理厂的管理、实现污水处理厂的自动化控制，必须有一套完整的自动化控制系统，该系统包括检测、控制和管理。根据《城市污水处理工程项目建设标准》的要求，新建的Ｉ、Ⅱ类规模污水处理厂宜采用集中管理和监视、分散控制的计算机控制系统。计算机控制系统应能够监视主要设备的运行工况与工艺参数，提供超限报警及制作报表等功能，对有条件的生产过程实现自动控制。新建的V类、Ⅳ类规模污水处理厂宜采用微型计算机数据采集系统或仪表检测系统，在重要工艺环节应设置检测仪表，有条件时可实现单元自动控制。原有和新建的V类及以下规模的污水处理厂可根据实际情况，采用继电器控制或手动控制。所有自动控制的设备与工艺单元均应具备手动操作条件。实践已经证明。污水处理过程的自动监测和控制，能够在节约人力、物力、提高生产效率并降低能耗的前提下保证出水水质，而且可以及时对工艺进行调整。总之，经济、合理地配置在线监测仪器，对整个污水厂安全、可靠、科学的运行起了重要的作用。

(三)在线监测的可行性

水质在线监测管理系统是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感器技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机技术以及通信网络所组成的一个综合性的在线自动监测系统。一套完整的水质自动监测系统，能连续、及时、准确地监测目标水域的水质及其变化状况，有效地起到环境监控和环境监督作用。我国于1988年在天津设立了第一个水质连续自动监测系统，以后在上海、北京等地也先后建立了水质连续自动监测站。目前我国在松花江、辽河、海河、黄河、淮河、长江、珠江、太湖、巢湖、滇池等流域建设了82个水质自动监测站。我国的污水处理领域已逐步应用在线监测系统。

三、在线监测系统监测内容

(一)COD及BOD

目前COD的测定方法主要是重铬酸钾回流法，分析一个样品耗时2个多小时。难以满足COD在线监测和总量控制的要求。而最先进的COD在线检测仪用真氧或OH基取代重铬酸钾作氧化剂。分解有机物的能力更强，反应时间更短。

BOD的在线检测，一般采用总的氧气消耗量减去微生物自呼吸消耗的氧气消耗量，即可得出废水中物质分解过程中所消耗的氧气总量，即BOD。

(二)pH值

目前国内pH值的测定采用电位测定法，应用最广泛的是玻璃电极，pH值和输出电压成线性关系，并且和温度有关，当高精度测量时需要对温度进行补偿。国际上先进的pH计采用分子蚀刻工艺的玻璃电极，可以有效的克服锂、钾、钠离子引起的误差。适当调节测控仪的不灵敏带宽度，可以克服中和过程中pH值变化非线性引起的问题。

(三)浊度

当前浊度计均采用EPA认可的散射测浊法。在浊度计的使用中，定标是其核心内容，比较先进的标定方法是采用浊度玻璃。这种玻璃立方体的浊度值不会随时间、温度而变，无需经常定标，而且操作简便，无损于操作人员的健康，解决了以往浊度标定的困难。

(四)温度

温度是水质监测的一个基本参数，用来校正那些随温度而变的参数，如pH、DO等，以及监视水的温度。传感元件一般采用铂电阻温度计。

(五)电导率

无电极电导率传感器适用于测量污水，不易被污染，不易结垢。与智能化仪表配套使用时，不仅可以测控电导率。还可以测控溶液的浓度，拓宽了仪表的应用范围。

(六)溶解氧(DO)

常用的溶解氧传感器是膜传感器，然而这种膜传感器有不够稳定、需经常维护的缺点。目前世界新型的溶解氧传感器采用的是三电极结构，这种传感器具有测量精度高、可进行温度补偿、能发现电解质恶化的自诊断功能；选用抗污染力强的膜作为测量元件，适用于污水处理等恶劣环境，可以在具有重金属的固体悬浮液及含有硫化氢的情况下使用；其感应头寿命长，调换方便，维护工作量小。

(七)氨氮

氨氮的测定方法通常有钠氏剂比色法、苯酚一次氯酸盐(或水杨酸一次氯酸盐)比色法和电极法等。钠试剂比色法具有操作简便、灵敏等特点，水中钙、镁和铁等金属离子、硫化物、醛、酮类、颜色以及混浊等均干扰测定，需作相应的预处理；苯酚一次氯酸盐比色法具有灵敏和稳定等优点，干扰情况及消除方法同钠氏剂比色法；氨气敏电极法通常不需对水样预处理，而且具有测量范围宽等特点。

(八)磷

目前世界先进的过程在线的磷表，所用的方法为钼兰比色法，运行费用较高。如美国ROSE-MOUNT公司的Chempure和HACH公司的5000系列过程在线磷分析仪，均是用钼兰比色法的原理。

四、在线监测管理系统的构成

(一)监测点在线仪器监测系统

监测点在线仪器监测系统是指在各污水处理厂进(出)口现场监测点安装在线监测仪器，利用其监测探头和传感器，通过二次表采集水量、水质参数。污水厂的进水在线监测仪器一般安装在进水泵房至沉砂池的直管段上，出水监测仪器安装于消毒池后。流量计的选择应根据不同的进出水管道(渠)型式而定。在线监测仪器的选择要遵循测量精度高、故障率低、使用寿命长、价格低廉和售后服务方便的原则。

(二)数据采集传输系统

数据采集传输系统是在现场监测点安装数据采集通讯设备，实时采集在线仪表监测仪器的输出数据，自动对采集的数据进行初步处理、显示、存储，并利用通讯网络将数据发送到预先设定的具有固定IP地址或者域名的监控中心数据服务器端口上。

数据传输方式主要分为有线传输、无线传输两大类。由于要在一定面积区域内实现数据传输，受地形、气候、监测范围等因素影响，采用何种传输方式决定了很大比例的工程建设成本和系统运行费用。通过比较认为，污水处理系统不适合采用有线传输和无线电台等数据传输方式，而应用GPRS作为城市污水处理在线监测管理系统的数据传输手段是可行而且科学的。由于目前中国移动GPRS网络覆盖面广，具有应用广泛、实时性强、远程控制、建设成本低、运行费用少、监控范围广、数据传送速率高、系统的传输容量大等显著特点。采用GPRS数据传输方案能保证数据传输快捷、可靠、准确，使整个系统灵活性、高效性、可扩展性得到保障，适宜空间地域辽阔、地形复杂的数据远距离传输，配合灵活的资费方式，具有良好的性价比优势。

(三)监测中心信息管理系统

监测中心信息管理系统是指应用数据库技术、GIS地理信息技术、网络技术、通信技术等，完成对上传数据的存储、备份、统计、分析和动态管理。其主要功能有：

1.数据通讯和数据处理。监测中心数据通讯由一台单独通讯服务器运行完成，实现以下功能：对现场监测点数据进行自动定时轮回数据采集、随机数据采集、实时数据采集；具有接收和发送短信息，对现场监测点的数据采集远程通讯设备查询、设定参数和遥控功能；具备并行通讯处理能力，可同时与全部监测点通讯。

监测中心数据处理由数据处理服务器和数据库服务器运行完成，数据处理能力包括：数字平滑处理；设置域值——剔除异常值，计算平均值、最大值、最小值、累计值等；具有智能化的数据处理功能，对采集到的原始数据，按照拟订好的数据修正约定、弥补规则等数据处理规则进行处理后，形成二级准用数据库，然后从二级数据库中处理数据生成各种统计报表和统计图形，具备对监测数据和统计值的组合查询；具有数据备份和数据导入、导出功能和手工录入数据的功能。

2.系统参数配置和管理。通过服务器上的参数设置软件，系统管理员可以进行用户权限划分，设置不同用户的不同操作权限及相应监测点的控制权限；可以方便灵活地对监测点进行增加、删除、修改，对监测项目进行增加、删除、修改；建立管理日志，对系统参数、背景数据进行查询和统计，按事先设定的条件进行查询、保存，制成报表打印；向现场监测站点发送控制命令，设置和修改数据采集设备的运行参数，并通过数据采集设备控制在线监测仪器的工作状态，对系统的整体运行或前端设备的状况进行监测和管理。

3.信息监测管理。监测中心内部通过局域网采用B/S方式实现数据的共享和管理，同时利用互联网技术，对各级城市污水处理主管部门授予不同的访问权限，提供实时在线监测信息，实现资源共享。

五、结语

城市污水处理在线监测管理系统和传统监测方式相比，具有对在线监测设备非正常运转情况以及对污水偷排、超标排放、设备闲置等情况实现自动报警，自动生成数据统计报表，系统运行费用低等优点。因此国内应建议制定统一的技术标准，规范城市污水处理在线监测管理系统的建设、运行和使用维护，实现对城市污水处理厂的及时、集中管理。