陳傳星　康孝友

摘要：文章描述了國內城市污水縫理現(xiàn)狀和使用在線監(jiān)測的必要性、可行性，總結了在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測內容與監(jiān)測系統(tǒng)的構成。城市污水處理在線監(jiān)測管理系統(tǒng)和傳統(tǒng)監(jiān)測方式相比，具有對在線監(jiān)測設備非正常運轉情況以及對污水偷排、超標排放、設備閑置等情況實現(xiàn)自動報警，自動生成數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表，系統(tǒng)運行費用低等優(yōu)點，因此，國內應建議制定統(tǒng)一的技術標準。規(guī)范城市污水處理在線監(jiān)測管理系統(tǒng)的建設、運行和使用維護，實現(xiàn)對城市污水處理廠的及時、集中管理。

關鍵詞：城市污水處理；在線監(jiān)測；管理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)通訊；數(shù)據(jù)處理

中圖分類號：X832

文獻標識碼：A

文章編號：1009-2374(2009)14-0004-03

當今世界水環(huán)境面臨水資源短缺和水污染加重兩大問題，造成水污染的主要原因是工業(yè)廢水、農(nóng)田排水及城鄉(xiāng)生活污水的大量排放，使地面水和地下水水質日趨惡化，水污染的加重加劇了水資源的緊張、制約了經(jīng)濟的發(fā)展、危害著人類的健康。水環(huán)境的嚴峻迫使人類加強了對水污染控制的重視、增強了水污染治理的力度、加快了水污染治理的速度。無論是末端治理或源頭治理(清潔生產(chǎn))，都需要對處理過程中的水質參數(shù)進行迅速、準確、適時的在線監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)測結果及時調整工藝過程，以保證裝置的效率和處理效果。

一、國內城市污水處理現(xiàn)狀

國內城市污水處理起步較晚，自上世紀七八十年代開始，對污水處理才開始給予重視，70年末開始在天津興建紀莊子污水處理廠標志著國內城市污水治理的開始。隨著改革開放大好形勢的不斷深入，尤其是國家“七五”、“八五”、“九五”期間，大量的有關污水治理的科技攻關課題的建立，我國的污水處理事業(yè)也得到了快速的發(fā)展，國內污水處理的新技術、污泥處理的新技術、再生水回用的新技術都取得了豐碩的成果，并且某些項目達到了國際先進水平。近年來，各級地方府及有關部門對城市污水治理更加重視，將其作為當前和今后一段時期基本建設和環(huán)境保護領域中重點支持的產(chǎn)業(yè)之一，城市污水處理領域出現(xiàn)了前所未有的發(fā)展速度，城市污水處理廠以及城市污水處理率都得到了迅猛發(fā)展，截至2005年6月底，全國還有297個城市沒有建成污水處理廠。我國政府2010的目標是完善全國50％城市地區(qū)的污水處理設施，中等城市(縣級市)的污水處理能力至少達到60％，各省級直轄市的污水處理能力超過70％。現(xiàn)階段國內污水治理狀況與國外發(fā)達國家相比。還存在著處理率不高、設施相對分落后、工藝有待完善、管理還比較落后等缺點，同時還存在著污水處理廠建設有效投資利用率及處理出水率達標低等諸多問題。

二、城市污水處理廠在線監(jiān)測的優(yōu)點、必要性與可行性

(一)在線監(jiān)測的優(yōu)點

污水處理主管部門采用傳統(tǒng)的人工監(jiān)測方法，時間覆蓋率低，樣品缺乏科學性和代表性，因此對污水處理廠的實際處理水量、水質情況不了解，缺乏監(jiān)管依據(jù)，無法核定城市污水處理廠的真實運行成本和年運行費用，出現(xiàn)了管理上的真空點。城市污水處理的在線監(jiān)測，則可以改變以往監(jiān)管技術手段落后的局面，提升了城市污水處理監(jiān)測水平，提高了監(jiān)管效率，節(jié)省了人力和財力，降低了監(jiān)管成本，有效地遏制了污水處理企業(yè)偷停、偷排等違規(guī)現(xiàn)象的發(fā)生，避免了環(huán)境的二次污染，有效發(fā)揮了財政資金的投資效用。監(jiān)測管理系統(tǒng)長期連續(xù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)還將為適合某個地域特點的污水處理工藝、處理規(guī)模及編制區(qū)域性污水處理規(guī)劃提供依據(jù)。同時，監(jiān)測管理系統(tǒng)的應用還將在規(guī)范污水處理企業(yè)的市場準入、制定城市污水處理收費標準及加強政府監(jiān)管職能等方面起到深遠的影響。

(二)在線監(jiān)測的必要性

近年來，國內加大了以城鎮(zhèn)污水處理廠建設為重點的環(huán)境基礎設施投入，城市污水處理廠的有效運行對于削減污染物排放量、改善水環(huán)境、促進水資源有效利用發(fā)揮了重要作用，是緩解水資源匱乏的重要舉措。要加強污水處理廠的管理、實現(xiàn)污水處理廠的自動化控制，必須有一套完整的自動化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括檢測、控制和管理。根據(jù)《城市污水處理工程項目建設標準》的要求，新建的Ｉ、Ⅱ類規(guī)模污水處理廠宜采用集中管理和監(jiān)視、分散控制的計算機控制系統(tǒng)。計算機控制系統(tǒng)應能夠監(jiān)視主要設備的運行工況與工藝參數(shù)，提供超限報警及制作報表等功能，對有條件的生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動控制。新建的V類、Ⅳ類規(guī)模污水處理廠宜采用微型計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或儀表檢測系統(tǒng)，在重要工藝環(huán)節(jié)應設置檢測儀表，有條件時可實現(xiàn)單元自動控制。原有和新建的V類及以下規(guī)模的污水處理廠可根據(jù)實際情況，采用繼電器控制或手動控制。所有自動控制的設備與工藝單元均應具備手動操作條件。實踐已經(jīng)證明。污水處理過程的自動監(jiān)測和控制，能夠在節(jié)約人力、物力、提高生產(chǎn)效率并降低能耗的前提下保證出水水質，而且可以及時對工藝進行調整?？傊?jīng)濟、合理地配置在線監(jiān)測儀器，對整個污水廠安全、可靠、科學的運行起了重要的作用。

(三)在線監(jiān)測的可行性

水質在線監(jiān)測管理系統(tǒng)是一套以在線自動分析儀器為核心，運用現(xiàn)代傳感器技術、自動測量技術、自動控制技術、計算機技術以及通信網(wǎng)絡所組成的一個綜合性的在線自動監(jiān)測系統(tǒng)。一套完整的水質自動監(jiān)測系統(tǒng)，能連續(xù)、及時、準確地監(jiān)測目標水域的水質及其變化狀況，有效地起到環(huán)境監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)督作用。我國于1988年在天津設立了第一個水質連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)，以后在上海、北京等地也先后建立了水質連續(xù)自動監(jiān)測站。目前我國在松花江、遼河、海河、黃河、淮河、長江、珠江、太湖、巢湖、滇池等流域建設了82個水質自動監(jiān)測站。我國的污水處理領域已逐步應用在線監(jiān)測系統(tǒng)。

三、在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測內容

(一)COD及BOD

目前COD的測定方法主要是重鉻酸鉀回流法，分析一個樣品耗時2個多小時。難以滿足COD在線監(jiān)測和總量控制的要求。而最先進的COD在線檢測儀用真氧或OH基取代重鉻酸鉀作氧化劑。分解有機物的能力更強，反應時間更短。

BOD的在線檢測，一般采用總的氧氣消耗量減去微生物自呼吸消耗的氧氣消耗量，即可得出廢水中物質分解過程中所消耗的氧氣總量，即BOD。

(二)pH值

目前國內pH值的測定采用電位測定法，應用最廣泛的是玻璃電極，pH值和輸出電壓成線性關系，并且和溫度有關，當高精度測量時需要對溫度進行補償。國際上先進的pH計采用分子蝕刻工藝的玻璃電極，可以有效的克服鋰、鉀、鈉離子引起的誤差。適當調節(jié)測控儀的不靈敏帶寬度，可以克服中和過程中pH值變化非線性引起的問題。

(三)濁度

當前濁度計均采用EPA認可的散射測濁法。在濁度計的使用中，定標是其核心內容，比較先進的標定方法是采用濁度玻璃。這種玻璃立方體的濁度值不會隨時間、溫度而變，無需經(jīng)常定標，而且操作簡便，無損于操作人員的健康，解決了以往濁度標定的困難。

(四)溫度

溫度是水質監(jiān)測的一個基本參數(shù)，用來校正那些隨溫度而變的參數(shù)，如pH、DO等，以及監(jiān)視水的溫度。傳感元件一般采用鉑電阻溫度計。

(五)電導率

無電極電導率傳感器適用于測量污水，不易被污染，不易結垢。與智能化儀表配套使用時，不僅可以測控電導率。還可以測控溶液的濃度，拓寬了儀表的應用范圍。

(六)溶解氧(DO)

常用的溶解氧傳感器是膜傳感器，然而這種膜傳感器有不夠穩(wěn)定、需經(jīng)常維護的缺點。目前世界新型的溶解氧傳感器采用的是三電極結構，這種傳感器具有測量精度高、可進行溫度補償、能發(fā)現(xiàn)電解質惡化的自診斷功能；選用抗污染力強的膜作為測量元件，適用于污水處理等惡劣環(huán)境，可以在具有重金屬的固體懸浮液及含有硫化氫的情況下使用；其感應頭壽命長，調換方便，維護工作量小。

(七)氨氮

氨氮的測定方法通常有鈉氏劑比色法、苯酚一次氯酸鹽(或水楊酸一次氯酸鹽)比色法和電極法等。鈉試劑比色法具有操作簡便、靈敏等特點，水中鈣、鎂和鐵等金屬離子、硫化物、醛、酮類、顏色以及混濁等均干擾測定，需作相應的預處理；苯酚一次氯酸鹽比色法具有靈敏和穩(wěn)定等優(yōu)點，干擾情況及消除方法同鈉氏劑比色法；氨氣敏電極法通常不需對水樣預處理，而且具有測量范圍寬等特點。

(八)磷

目前世界先進的過程在線的磷表，所用的方法為鉬蘭比色法，運行費用較高。如美國ROSE-MOUNT公司的Chempure和HACH公司的5000系列過程在線磷分析儀，均是用鉬蘭比色法的原理。

四、在線監(jiān)測管理系統(tǒng)的構成

(一)監(jiān)測點在線儀器監(jiān)測系統(tǒng)

監(jiān)測點在線儀器監(jiān)測系統(tǒng)是指在各污水處理廠進(出)口現(xiàn)場監(jiān)測點安裝在線監(jiān)測儀器，利用其監(jiān)測探頭和傳感器，通過二次表采集水量、水質參數(shù)。污水廠的進水在線監(jiān)測儀器一般安裝在進水泵房至沉砂池的直管段上，出水監(jiān)測儀器安裝于消毒池后。流量計的選擇應根據(jù)不同的進出水管道(渠)型式而定。在線監(jiān)測儀器的選擇要遵循測量精度高、故障率低、使用壽命長、價格低廉和售后服務方便的原則。

(二)數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)是在現(xiàn)場監(jiān)測點安裝數(shù)據(jù)采集通訊設備，實時采集在線儀表監(jiān)測儀器的輸出數(shù)據(jù)，自動對采集的數(shù)據(jù)進行初步處理、顯示、存儲，并利用通訊網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)發(fā)送到預先設定的具有固定IP地址或者域名的監(jiān)控中心數(shù)據(jù)服務器端口上。

數(shù)據(jù)傳輸方式主要分為有線傳輸、無線傳輸兩大類。由于要在一定面積區(qū)域內實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，受地形、氣候、監(jiān)測范圍等因素影響，采用何種傳輸方式?jīng)Q定了很大比例的工程建設成本和系統(tǒng)運行費用。通過比較認為，污水處理系統(tǒng)不適合采用有線傳輸和無線電臺等數(shù)據(jù)傳輸方式，而應用GPRS作為城市污水處理在線監(jiān)測管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸手段是可行而且科學的。由于目前中國移動GPRS網(wǎng)絡覆蓋面廣，具有應用廣泛、實時性強、遠程控制、建設成本低、運行費用少、監(jiān)控范圍廣、數(shù)據(jù)傳送速率高、系統(tǒng)的傳輸容量大等顯著特點。采用GPRS數(shù)據(jù)傳輸方案能保證數(shù)據(jù)傳輸快捷、可靠、準確，使整個系統(tǒng)靈活性、高效性、可擴展性得到保障，適宜空間地域遼闊、地形復雜的數(shù)據(jù)遠距離傳輸，配合靈活的資費方式，具有良好的性價比優(yōu)勢。

(三)監(jiān)測中心信息管理系統(tǒng)

監(jiān)測中心信息管理系統(tǒng)是指應用數(shù)據(jù)庫技術、GIS地理信息技術、網(wǎng)絡技術、通信技術等，完成對上傳數(shù)據(jù)的存儲、備份、統(tǒng)計、分析和動態(tài)管理。其主要功能有：

1.數(shù)據(jù)通訊和數(shù)據(jù)處理。監(jiān)測中心數(shù)據(jù)通訊由一臺單獨通訊服務器運行完成，實現(xiàn)以下功能：對現(xiàn)場監(jiān)測點數(shù)據(jù)進行自動定時輪回數(shù)據(jù)采集、隨機數(shù)據(jù)采集、實時數(shù)據(jù)采集；具有接收和發(fā)送短信息，對現(xiàn)場監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集遠程通訊設備查詢、設定參數(shù)和遙控功能；具備并行通訊處理能力，可同時與全部監(jiān)測點通訊。

監(jiān)測中心數(shù)據(jù)處理由數(shù)據(jù)處理服務器和數(shù)據(jù)庫服務器運行完成，數(shù)據(jù)處理能力包括：數(shù)字平滑處理；設置域值——剔除異常值，計算平均值、最大值、最小值、累計值等；具有智能化的數(shù)據(jù)處理功能，對采集到的原始數(shù)據(jù)，按照擬訂好的數(shù)據(jù)修正約定、彌補規(guī)則等數(shù)據(jù)處理規(guī)則進行處理后，形成二級準用數(shù)據(jù)庫，然后從二級數(shù)據(jù)庫中處理數(shù)據(jù)生成各種統(tǒng)計報表和統(tǒng)計圖形，具備對監(jiān)測數(shù)據(jù)和統(tǒng)計值的組合查詢；具有數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)導入、導出功能和手工錄入數(shù)據(jù)的功能。

2.系統(tǒng)參數(shù)配置和管理。通過服務器上的參數(shù)設置軟件，系統(tǒng)管理員可以進行用戶權限劃分，設置不同用戶的不同操作權限及相應監(jiān)測點的控制權限；可以方便靈活地對監(jiān)測點進行增加、刪除、修改，對監(jiān)測項目進行增加、刪除、修改；建立管理日志，對系統(tǒng)參數(shù)、背景數(shù)據(jù)進行查詢和統(tǒng)計，按事先設定的條件進行查詢、保存，制成報表打印；向現(xiàn)場監(jiān)測站點發(fā)送控制命令，設置和修改數(shù)據(jù)采集設備的運行參數(shù)，并通過數(shù)據(jù)采集設備控制在線監(jiān)測儀器的工作狀態(tài)，對系統(tǒng)的整體運行或前端設備的狀況進行監(jiān)測和管理。

3.信息監(jiān)測管理。監(jiān)測中心內部通過局域網(wǎng)采用B/S方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和管理，同時利用互聯(lián)網(wǎng)技術，對各級城市污水處理主管部門授予不同的訪問權限，提供實時在線監(jiān)測信息，實現(xiàn)資源共享。

五、結語

城市污水處理在線監(jiān)測管理系統(tǒng)和傳統(tǒng)監(jiān)測方式相比，具有對在線監(jiān)測設備非正常運轉情況以及對污水偷排、超標排放、設備閑置等情況實現(xiàn)自動報警，自動生成數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表，系統(tǒng)運行費用低等優(yōu)點。因此國內應建議制定統(tǒng)一的技術標準，規(guī)范城市污水處理在線監(jiān)測管理系統(tǒng)的建設、運行和使用維護，實現(xiàn)對城市污水處理廠的及時、集中管理。