基于在线监测系统对含铅废水超标排放监控及控制的设计和运用

刘真贞 聂莹晖 郑明明 全继宏 朱艳 张栩 徐荣华 田一平

【摘 要】重金属废水因成分复杂，处理工序条件要求高，常出现处理不完全超标排放。在线监测系统仅能反映污染因子浓度，即使监测到超标，水依然排放污染环境。本研究提出了一种重金属废水在线监测系统监控及控制设计，通过控制污水处理过程中关键位置的pH回流控制阀，实现超标监控及控制。并详细介绍了该系统在荷贝克电源（武汉）有限公司的实际运行情况，实践表明这种监控及控制设计的应用，在一定程度上提高了重金属污水在线监测系统的自动化程度，实现了废水达标排放。

【关键词】重金属废水 在线监测系统 超标 监控及控制 pH控制

污染源在线监测系统是以在线自动分析仪器为核心，以移动通讯为传输媒介，运用现代传感技术、自动测量技术、自动监测技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通讯网络组成的一个综合性的在线自动监测与预警系统[1]。该系统是利用现代监测技术、信息网络技术和自动控制技术对排污企业实施全程监督控制，及时预防和处理污染事件发生的管理系统[2]。

传统重金属污水在线监测系统自动化程度不高，当进水污染物负荷超出工艺处理范围或工况出现异常时，监控系统只能监测出出水污染物超标浓度，且超标废水大多直接被排放到环境中，或企业投入更多的资金进行再次处理，这严重增加了生态环境和企业的负担。本文主要针对传统在线监测系统“只测不控”，提出了一种污水在线监测系统监控及控制设计方案，并在试点“荷贝克电源系统（武汉）有限公司”含铅废水在线监测系统中的应用。

1 监控及控制设计

1.1 pH对重金属浓度的影响

重金属离子在水中的溶解度与pH值有关，当碱加入含重金属废水中时，重金属阳离子以氢氧化物或盐的形态沉淀析出。有的金属氢氧化物是两性化合物（如铜、铅），在高碱性条件下出现溶解现象。pH控制过低，重金属离子不会完全沉淀析出，pH过高金属氢氧化物就会出现反溶，使水溶液中的重金属离子含量增高。各重金属氢氧化物沉淀析出的最佳pH范围如下表：

因在线监测设备在显示监测的污染物浓度数据前，必须先完成水样的采集与水样的分析工作，故污染物因子的监测存在一定的滞后性。若监测到污染物超标后再启动超标监控及控制系统，则超标污染物已被排放到环境中，无法实现超标监控及控制。本研究所设计的重金属废水在线监测监控及控制系统，根据pH值对废水中重金属浓度的影响，在污水处理工况过程中对pH进行监测，利用pH回流控制阀进行废水超标监控及控制。

1.2 监控及控制系统结构

如图1 所示，监控及控制系统主要由控制中心、控制单元、传输单元、采集存储单元、废水处理工艺装置、监测设备这几大板块组成，其中传输单元、控制单元和采集存储单元合称数据采集传输仪，通过PLC控制程序对这些单元进行控制[3]。当数据采集传输仪采集传输到控制中心的数据小于等于控制中心的设定指令时，废水各项指标保持在规定范围内；当数据采集传输仪采集传输到控制中心的数据大于控制中心的设定指令时，就会通过控制废水处理工艺装置，使废水各项指标保持在规定范围内。

图1 监控及控制系统结构设计

2 监控及控制系统功能

监控及控制设计运用在重金属废水在线监测系统，可以实现以下三方面功能：（1）根据数据采集传输仪采集并发送到控制中心到的数据，当采集到的pH值大于控制中心设定值时，重金属废水处理工艺装置启动自闭系统以阻止超标废水排放到环境中，同时开启回流系统将超标废水输送到污水进口，对污水进行再次处理，确保了排出的废水能够达标排放。（2）当在线监测设备发生故障或污水处理设施正停运检修，出现出水污染物浓度超标情况时，系统可以自动报警给控制中心，控制中心经过反馈环节发送指令对现场设备进行故障自诊断、自处理。（3）通过监控及控制系统可以提高监控能力，有效防止企业偷排和漏排以及上报虚假数据等违规行为[4]。

3 实例运用

重金属废水在线监控系统监控及控制设计在荷贝克电源配件（武汉）有限公司中得到了实际应用。荷贝克电源系统（武汉）有限公司主要生产产品有固定式铅酸蓄电池、纤维式镍镉蓄电池、叉车蓄电池和金属部件喷塑喷涂等，其产生的污水主要是含铅重金属废水。生产污水处理工艺采用物理化学法，主要包括预沉淀处理系统、中和处理系统、曝气系统、二级pH调节系统、一步终端净化、变频供水装置、污泥浓缩干化系统等工艺，废水处理工艺流程见图2，工艺流程界面见图3。

图2 荷贝克污水处理工艺流程图

图3 废水处理工艺流程界面图

从上图中可以看出，系统通过监测pH二级调节池和终端槽中pH值，分别控制污水处理过程中回流控制阀2与回流控制阀3，实现对现场污水处理工艺的监控及控制控制。

系统对工况过程中pH值进行监测分析，，判断出出水是否属于超标排放。当二级调节池或终端槽中pH值超出工艺过程规定的范围，则系统将进行“超标报警”，并将超标信号自动发送到控制中心，在“自动控制”模式下，系统自动关闭排放泵，并打开回流控制阀，使未达标废水重新回到污水处理系统原水调节池进行二次处理；当这两个部位pH值都在工艺范围内，表明出水重金属浓度能达标排放，此时控制中心将自动开启排放泵，污水顺利排出。

图4 监测记录

图4为系统查询到的2013年1月25日到2013年1月26日监测数据。图中显示了九列数据，分别为时间、总铅浓度、总铅在线监测仪自检温度数据、总铅在线监测仪自检电压数据、回流控制阀2状态、回流控制阀3状态、pH1（pH一级调节池pH值）、pH2（pH二级调节池pH值）、pH3（终端槽pH值）。红色方框中的记录显示2013年1月26日15：36：12～15：38：14回流控制阀2打开，这表明在该时段实现了超标监控及控制。

4 结语

重金属废水在线监测系统中的监控及控制设计，不仅实现了废水超标排放，减轻了对生态环境的污染；而且它的应用与推广在一定程度上提高了污染源在线监测自动化程度，提升了我国连续自动监测系统的的环境管理水平。

参考文献：

[1] 管峰.我国污染源在线监测系统的管理完善和技术优化[J].环境研究与监测，2012，1：37-38.

[2] 于爱敏，于洋，范卉.谈我国污染源在线监控与预警系统建设的问题[J].北方环境，2010，22（4）：91-94.

[3] 管峰，李振林，陈陆建 等.基于反馈控制的油田污染源在线监测系统的讨论[J].油气田环境保护，2012，22（3）：54-56.

[4] 李金国，焦建文，刘杰 等.扬州六圩污水厂的工艺改进及优化控制设计[J].中国给水排水，2009，25（22）：25-30.

项目：环保部环境监察局国控重点污染源自动监控运行管理（2014）课题

项目名称：污染源自动监控现场端规范化程序研究

作者简介：刘真贞（1982一），女，硕士研究生，研究方向：污染源与自动监测。