劉真貞　聶瑩暉　鄭明明　全繼宏　朱艷　張栩　徐榮華　田一平（湖北省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，湖北武漢 430074）

基于在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)含鉛廢水超標(biāo)排放監(jiān)控及控制的設(shè)計(jì)和運(yùn)用

劉真貞聶瑩暉鄭明明全繼宏朱艷張栩徐榮華田一平
（湖北省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，湖北武漢 430074）

重金屬廢水因成分復(fù)雜，處理工序條件要求高，常出現(xiàn)處理不完全超標(biāo)排放。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅能反映污染因子濃度，即使監(jiān)測(cè)到超標(biāo)，水依然排放污染環(huán)境。本研究提出了一種重金屬廢水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控及控制設(shè)計(jì)，通過控制污水處理過程中關(guān)鍵位置的pH回流控制閥，實(shí)現(xiàn)超標(biāo)監(jiān)控及控制。并詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)在荷貝克電源（武漢）有限公司的實(shí)際運(yùn)行情況，實(shí)踐表明這種監(jiān)控及控制設(shè)計(jì)的應(yīng)用，在一定程度上提高了重金屬污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)了廢水達(dá)標(biāo)排放。

重金屬廢水 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 超標(biāo) 監(jiān)控及控制 pH控制

【Abstract】According to the exceeding sewage problem of the heavy mental emissions and the lack of funciton problem，this research come up with the inverse design which control the PH flow return valve for the Self-control valve to realize inverse design.And this reseach the running condition of this system in the Hoppeneck site，which prove that this inverse design improves much of the system's auto degree and realize the sewage standard emission.

【Keywords】heave mental sewage； on line monitoring system；exceeding standard；inverse control； pH control

污染源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以在線自動(dòng)分析儀器為核心，以移動(dòng)通訊為傳輸媒介，運(yùn)用現(xiàn)代傳感技術(shù)、自動(dòng)測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及相關(guān)的專用分析軟件和通訊網(wǎng)絡(luò)組成的一個(gè)綜合性的在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)［1］。該系統(tǒng)是利用現(xiàn)代監(jiān)測(cè)技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)排污企業(yè)實(shí)施全程監(jiān)督控制，及時(shí)預(yù)防和處理污染事件發(fā)生的管理系統(tǒng)［2］。

傳統(tǒng)重金屬污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度不高，當(dāng)進(jìn)水污染物負(fù)荷超出工藝處理范圍或工況出現(xiàn)異常時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)只能監(jiān)測(cè)出出水污染物超標(biāo)濃度，且超標(biāo)廢水大多直接被排放到環(huán)境中，或企業(yè)投入更多的資金進(jìn)行再次處理，這嚴(yán)重增加了生態(tài)環(huán)境和企業(yè)的負(fù)擔(dān)。本文主要針對(duì)傳統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)“只測(cè)不控”，提出了一種污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控及控制設(shè)計(jì)方案，并在試點(diǎn)“荷貝克電源系統(tǒng)（武漢）有限公司”含鉛廢水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1　監(jiān)控及控制設(shè)計(jì)

1.1pH對(duì)重金屬濃度的影響

重金屬離子在水中的溶解度與pH值有關(guān)，當(dāng)堿加入含重金屬廢水中時(shí)，重金屬陽離子以氫氧化物或鹽的形態(tài)沉淀析出。有的金屬氫氧化物是兩性化合物（如銅、鉛），在高堿性條件下出現(xiàn)溶解現(xiàn)象。pH控制過低，重金屬離子不會(huì)完全沉淀析出，pH過高金屬氫氧化物就會(huì)出現(xiàn)反溶，使水溶液中的重金屬離子含量增高。各重金屬氫氧化物沉淀析出的最佳pH范圍如下表：

表1　重金屬氫氧化物沉淀析出的最佳pH范圍

因在線監(jiān)測(cè)設(shè)備在顯示監(jiān)測(cè)的污染物濃度數(shù)據(jù)前，必須先完成水樣的采集與水樣的分析工作，故污染物因子的監(jiān)測(cè)存在一定的滯后性。若監(jiān)測(cè)到污染物超標(biāo)后再啟動(dòng)超標(biāo)監(jiān)控及控制系統(tǒng)，則超標(biāo)污染物已被排放到環(huán)境中，無法實(shí)現(xiàn)超標(biāo)監(jiān)控及控制。本研究所設(shè)計(jì)的重金屬廢水在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控及控制系統(tǒng)，根據(jù)pH值對(duì)廢水中重金屬濃度的影響，在污水處理工況過程中對(duì)pH進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用pH回流控制閥進(jìn)行廢水超標(biāo)監(jiān)控及控制。

1.2監(jiān)控及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，監(jiān)控及控制系統(tǒng)主要由控制中心、控制單元、傳輸單元、采集存儲(chǔ)單元、廢水處理工藝裝置、監(jiān)測(cè)設(shè)備這幾大板塊組成，其中傳輸單元、控制單元和采集存儲(chǔ)單元合稱數(shù)據(jù)采集傳輸儀，通過PLC控制程序?qū)@些單元進(jìn)行控制［3］。當(dāng)數(shù)據(jù)采集傳輸儀采集傳輸?shù)娇刂浦行牡臄?shù)據(jù)小于等于控制中心的設(shè)定指令時(shí)，廢水各項(xiàng)指標(biāo)保持在規(guī)定范圍內(nèi)；當(dāng)數(shù)據(jù)采集傳輸儀采集傳輸?shù)娇刂浦行牡臄?shù)據(jù)大于控制中心的設(shè)定指令時(shí)，就會(huì)通過控制廢水處理工藝裝置，使廢水各項(xiàng)指標(biāo)保持在規(guī)定范圍內(nèi)。

2　監(jiān)控及控制系統(tǒng)功能

監(jiān)控及控制設(shè)計(jì)運(yùn)用在重金屬廢水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)以下三方面功能：（1）根據(jù)數(shù)據(jù)采集傳輸儀采集并發(fā)送到控制中心到的數(shù)據(jù)，當(dāng)采集到的pH值大于控制中心設(shè)定值時(shí)，重金屬廢水處理工藝裝置啟動(dòng)自閉系統(tǒng)以阻止超標(biāo)廢水排放到環(huán)境中，同時(shí)開啟回流系統(tǒng)將超標(biāo)廢水輸送到污水進(jìn)口，對(duì)污水進(jìn)行再次處理，確保了排出的廢水能夠達(dá)標(biāo)排放。（2）當(dāng)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)生故障或污水處理設(shè)施正停運(yùn)檢修，出現(xiàn)出水污染物濃度超標(biāo)情況時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)報(bào)警給控制中心，控制中心經(jīng)過反饋環(huán)節(jié)發(fā)送指令對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行故障自診斷、自處理。（3）通過監(jiān)控及控制系統(tǒng)可以提高監(jiān)控能力，有效防止企業(yè)偷排和漏排以及上報(bào)虛假數(shù)據(jù)等違規(guī)行為［4］。

圖1　監(jiān)控及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2　荷貝克污水處理工藝流程圖

3　實(shí)例運(yùn)用

重金屬廢水在線監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控及控制設(shè)計(jì)在荷貝克電源配件（武漢）有限公司中得到了實(shí)際應(yīng)用。荷貝克電源系統(tǒng)（武漢）有限公司主要生產(chǎn)產(chǎn)品有固定式鉛酸蓄電池、纖維式鎳鎘蓄電池、叉車蓄電池和金屬部件噴塑噴涂等，其產(chǎn)生的污水主要是含鉛重金屬廢水。生產(chǎn)污水處理工藝采用物理化學(xué)法，主要包括預(yù)沉淀處理系統(tǒng)、中和處理系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)、二級(jí)pH調(diào)節(jié)系統(tǒng)、一步終端凈化、變頻供水裝置、污泥濃縮干化系統(tǒng)等工藝，廢水處理工藝流程見圖2，工藝流程界面見圖3。

從上圖中可以看出，系統(tǒng)通過監(jiān)測(cè)pH二級(jí)調(diào)節(jié)池和終端槽中pH值，分別控制污水處理過程中回流控制閥2與回流控制閥3，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)污水處理工藝的監(jiān)控及控制控制。

系統(tǒng)對(duì)工況過程中pH值進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，判斷出出水是否屬于超標(biāo)排放。當(dāng)二級(jí)調(diào)節(jié)池或終端槽中pH值超出工藝過程規(guī)定的范圍，則系統(tǒng)將進(jìn)行“超標(biāo)報(bào)警”，并將超標(biāo)信號(hào)自動(dòng)發(fā)送到控制中心，在“自動(dòng)控制”模式下，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉排放泵，并打開回流控制閥，使未達(dá)標(biāo)廢水重新回到污水處理系統(tǒng)原水調(diào)節(jié)池進(jìn)行二次處理；當(dāng)這兩個(gè)部位pH值都在工藝范圍內(nèi)，表明出水重金屬濃度能達(dá)標(biāo)排放，此時(shí)控制中心將自動(dòng)開啟排放泵，污水順利排出。

圖4為系統(tǒng)查詢到的2013年1月25日到2013年1月26日監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。圖中顯示了九列數(shù)據(jù)，分別為時(shí)間、總鉛濃度、總鉛在線監(jiān)測(cè)儀自檢溫度數(shù)據(jù)、總鉛在線監(jiān)測(cè)儀自檢電壓數(shù)據(jù)、回流控制閥2狀態(tài)、回流控制閥3狀態(tài)、pH1（pH一級(jí)調(diào)節(jié)池pH值）、pH2（pH二級(jí)調(diào)節(jié)池pH值）、pH3（終端槽pH值）。紅色方框中的記錄顯示2013年1月26日15：36：12～15：38：14回流控制閥2打開，這表明在該時(shí)段實(shí)現(xiàn)了超標(biāo)監(jiān)控及控制。

圖3　廢水處理工藝流程界面圖

圖4　監(jiān)測(cè)記錄

4　結(jié)語

重金屬廢水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的監(jiān)控及控制設(shè)計(jì)，不僅實(shí)現(xiàn)了廢水超標(biāo)排放，減輕了對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染；而且它的應(yīng)用與推廣在一定程度上提高了污染源在線監(jiān)測(cè)自動(dòng)化程度，提升了我國連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的的環(huán)境管理水平。

［1］管峰.我國污染源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管理完善和技術(shù)優(yōu)化［J］.環(huán)境研究與監(jiān)測(cè)，2012，1：37-38.

［2］于愛敏，于洋，范卉.談我國污染源在線監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)的問題［J］.北方環(huán)境，2010，22（4）：91-94.

［3］管峰，李振林，陳陸建，等.基于反饋控制的油田污染源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的討論［J］.油氣田環(huán)境保護(hù)，2012，22（3）：54-56.

［4］李金國，焦建文，劉杰，等.揚(yáng)州六圩污水廠的工藝改進(jìn)及優(yōu)化控制設(shè)計(jì)［J］.中國給水排水，2009，25（22）：25-30.

環(huán)保部環(huán)境監(jiān)察局國控重點(diǎn)污染源自動(dòng)監(jiān)控運(yùn)行管理（2014）課題。

項(xiàng)目名稱：污染源自動(dòng)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)端規(guī)范化程序研究。

劉真貞（1982—），女，碩士研究生，研究方向：污染源與自動(dòng)監(jiān)測(cè)。