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污水厂仪表培训 1 一 污水处理厂常用仪表及参数控制 1 流量测量仪2 温度测量仪3 液位测量仪4 压力类检测仪表5 成分分析仪表 2 CASS工艺 3 CASS工艺操作过程 CASS工艺以推流方式运行 而各反应区则以完全混合的方式运行以实现同步碳化 硝化和反硝化功能 a 进水 曝气阶段开始 b 曝气阶段结束 c 沉淀阶段开始 d 沉淀阶段结束 撇水阶段开始 e 撇水阶段及排泥结束 f 进水 闲置 4 概述 污水处理过程中必须采用一定的仪器仪表对工艺过程进行监控 常规监控项目有 温度 pH值 溶解氧 DO 电导率 浊度 氧化还原电位 ORP 流速和水位以及COD BOD TOC 氨氮 总氮 总磷等 网络化是指仪表具备网络功能 可通过网络进行数据通信 智能化是指仪表内部采用软件和硬件相结合的技术 使仪表自身具有一定的逻辑判断和分析能力 丰富了仪表的使用功能和降低了仪表的操作难度 模块化是指仪表在设计中将其各种功能设计成为多个模块 这样便于用户根据不同的使用要求选择不同的模块 就降低了仪表的成本和维修难度 5 城市污水处理厂常用仪表 6 7 为什么对污水厂进行在线水质监测 出水标准更加严格降低系统的运行能耗 增加污水处理系统的稳定性 保证系统的高效运行增加污水厂的处理能力 在现有污水厂反应器容积下充分提高系统的脱氮率 无需改建或扩建污水处理厂保证出水水质稳定并满足污水排放标准 8 城市污水处理在线监测的国家政策 中华人民共和国水污染防治法实施细则 第十一条明确要求 总量控制实施方案确定的削减污染物排放量单位 必须按照国务院环境保护部门的规定设置排污口 并安装总量控制监测设备 2001年国家环保总局下发了第11号令 明确规定 被市 地 级以上环境保护行政主管部门列为重点污染源的排污单位或处于环境敏感地区的重点排污单位 应当安装COD TOC pH等主要污染物在线自动监测仪 污水流量计等 2003年6月国家环保总局下发的 环境监测技术路线 中明确要求 废水排放量 5000t d的污染源 安装pH 化学需氧量 或TOC 氨氮 油类 悬浮物和不同行业排放的特征污染物 X 等水质自动在线监测仪 连续自动监测 随时监控 9 标准与规范 污水综合排放标准GB18918 2002生活饮用水卫生标准GB5749 2006 共106项指标二次供水设施卫生规范GB17051 1997生活饮用水水源水质标准CJ3020 93地表水环境质量标准GB3838 2002地下水质量标准GB T14848 93工业用水水质标准其它标准 10 城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918 2002 单位 mg L 11 可以通过控制而不是设计来提高污水厂的处理能力 应用DO ORP 硝氮 氨氮 磷酸盐 污泥浓度或浊度 污泥界面等在线仪表建立的在线控制提高出水水质基于DO 硝氮 氨氮在线仪表 降低好氧区能耗基于硝氮 氨氮在线仪表 在线控制进水泵降低反硝化对外加碳源的消耗量基于ORP DO 硝氮 磷在线仪表 优化缺氧和厌氧过程控制 使出水达标排放基于电导率 ORP 磷在线仪表优化除磷减少药剂投加基于污泥浓度计和污泥界面优化污泥脱水过程 12 流量 巴歇尔计量槽水深的测量可采用标尺测量 现多数处理厂采用超声波液位计测量水深 13 超声波流量计 当超声波在流体中传播时 会载带流体流速的信息 因此 根据对接收到的超声波信号进行分析计算 可以检测到流体的流速 进而可以得到流量值 超声波流量测量方法有很多 主要有传播速度差方法和多普勒方法 传播速度差法的基本原理为 测量超声波脉冲在顺流和逆流传播过程中的速度之差来得到被测流体的流速 根据测量的物理量的不同 可以分为时差法 测量顺 逆流传播时由于超声波传播速度不同而引起的时间差 相差法 测量超声波在顺 逆流中传播的相位差 频差法 测量顺 逆流情况下超声脉冲的循环频率差 频差法是目前常用的测量方法 它是在前两种测量方法的基础上发展起来的 14 超声波流量计 多普勒法是利用声学多普勒原理确定流体流量的 多普勒效应是当声源和目标之间有相对运动 会引起声波在频率上的变化 这种频率变化正比于运动的目标和静止的换能器之间的相对速度 超声波流量计 15 电磁流量计 电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表 导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动 与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势 电动势的方向按 弗来明右手规则 其值如下式设液体的体积流量为E 4kB D qv 电磁流量计 16 涡街流量计 涡街流量计 Vortexflowmeter 是利用流体流过阻碍物时产生稳定的漩涡 通过测量其漩涡产生频率而实现流量计量的 涡街流量计由涡街流量传感器和流量显示仪表两部分构成 涡街流量计 17 转子流量计 转子流量计是以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降 改变它们之间的流通面积来进行测量的体积流量仪表 工作原理 被测流体从下向上经过锥管和浮子形成的环隙时 浮子上下端产生差压形成浮子上升的力 当浮子所受上升力大于浸在流体中浮子重量时 浮子便上升 环隙面积随之增大 环隙处流体流速立即下降 浮子上下端差压降低 作用于浮子的上升力亦随着减少 直到上升力等于浸在流体中浮子重量时 浮子便稳定在某一高度 浮子在锥管中高度和通过的流量有对应关系 18 转子流量计 19 pH值 pH值进水pH值通常控制在6 9pH值异常对生化影响 pH值过低 低于6 活性污泥系统池面有酸味 处理效率下降 原生动物活动减弱 pH值过低 大于9 出水浑浊 处理效率下降 活性污泥有解体现象 原生动物可见死亡解体 20 pH计 测量原理 pH值定义为pH log10H 测量电极与参比电极之间的电势与溶液中H 活度的对数呈线性关系 在污水处理厂中所使用的pH计 其测量电机多为玻璃电极 参比电机可用银 氯化银电极 在测量介质中的pH值时 需要进行温度补偿 如果pH电极本身不带测温元件 此时 可以在仪表中输入一个固定的温度值进行补偿 如果电极带有测温元件 如PT100 此时可用该温度测量值用来补偿 21 pH计 在选型时 要根据不同的测量介质和具体的安装条件选择不同的电极 电极在不使用时 应让玻璃膜尽量保持湿润 在使用前 将电极在水中浸泡24h 然后在进行校验 在校验时 当电极从一种pH值溶液放入另一种pH值溶液中时 如果条件允许 用蒸馏水冲洗电极后 再用部分欲测溶液冲洗电极 在平时维护工作特别是用于污水测量的pH计 要经常清洗电极 以保持其表面清洁 每个电极都有一定的使用寿命 其长短由现场的使用情况确定 22 pH计 23 温度 在污水处理工艺过程中需要测量的参数也包括污水厂进 出水温度 消化池内温度 热交换器温度等温度 温度是表征物体冷热程度的物理量 目前国际上用得较多的温标有华氏温标 摄氏温标 热力学温标等 组成活性污泥的微生物适合的温度范围一般为15 35 水温的变化通常是由气温的变化引起的 夏天的处理效率高与冬天的处理效率 水温异常波动对生化处理的影响 水温过低 低于10 处理效率降低 抗冲击负荷能力减弱 出水未沉降絮体增多 温度过高 高于40 部分活性污泥受高温环境影响 容易导致解体 同时受具体活动活跃影响也会导致出水浑浊发生 24 温度测量仪表的分类 温度测量仪表按测量方式可分为接触式和非接触式两大类 接触式测温仪表 通过感温元件与被测介质直接接触进行测量 包括常见的玻璃温度计 双金属温度计 热电阻 热电偶等 非接触式测温仪表 感温元件不与被测介质接触 是通过热辐射原理来测量温度的 如光学式 比色式等 25 各种温度计在城市污水厂的应用特点 26 液位测量仪表 污水处理工艺过程中 液位测量仪表也是污水处理厂中测量仪表的一个重要组成部分 常常通过测量格栅前后的液位差对格栅的运行进行控制 根据泵房前集水井液位对水泵进行编组控制 根据消化池 浓缩池的液位来决定进 排 泥泵的开停等 因此 液位测量在污水处理中有着湿分重要的意义 27 液位测量仪表的种类 液位测量仪表种类很多 有超声波式 插入式 差压式 浮力式等 下表列出了在污水处理厂中常见的液位计及其特点 随着科学技术的发展及污水厂测量仪表精度 自动化程度的不断提高 老式液位计 如玻璃管 浮标等逐渐被淘汰 测量可靠 精确度高 即可就地指示 又可信号远传的仪表 用沉入式压力变送器测量液位 法兰式差压变送器测量液位等 特别是超声波液位计的应用越来越多 28 污水厂常见液位计及其特点 29 压力类检测仪表 压力 指物理学中的压强 是工业生产中的重要参数之一 为了保证生产正常运行 必须对压力进行监测和控制 按压力的测量有 绝对压力 表压力 负压力或真空度之分 绝对压力 被测介质作用在容器单位面积上的全部压力 表压力 绝对压力与大气压之差 负压力或真空度 当绝对压力值小于大气压力值时 表压力为负值 即负压力 此负压力值的绝对值 称为真空度 压力真空表 既能测量表压力 又能测量真空度的仪表 30 压力类仪表分类 常见的压力类仪表有 指针式压力表压力变送器差压变送器弹性式压力表其中差压变送器主要用于流量及液位的测量 31 弹性式压力表 水泵的进出水管上一般选用不锈钢耐震压力表 进行现场压力指示 为了保证弹性元件能在弹性变形的安全范围内可靠地工作 在选择压力表量程时 必须根据被测压力的大小和压力变化的快慢 留有足够的余地 因此 压力表的上限值应该高于工艺生产中可能的最大压力值 在测量稳定压力时 所测压力的最大值一般不超过仪表测量上限的2 3 测量脉动压力时 最大工作压力不超过测量上限值的1 2 测量高压时 最大工作压力不应超过测量上限值的3 5 一般被测压力的最小值应不低于仪表测量上限值的1 3 从而保证仪表的输出量与输入量之间的线性关系 提高仪表测量结果的精确度和灵敏度 32 压力表安装 压力计安装的正确与否 直接影响到测量结果的准确性和仪表的使用寿命 应注意以下方面 取压点的选择 为保证测量的是静压 取压点与容器壁要垂直 并要选在被测介质直线流动的管段部分 不要选在管路拐弯 分叉 死角或其他易形成漩涡的地方 取压管内端面与生产设备连接处的内壁保持平齐 不应有凸出物 帮助量液体压力时 取压点应在管道的下部 使导压管内不积存气体 测量气体压力时 取压点应在管道上方 使导压管内不积存液体 33 DO 由于活性污泥中微生物大部分为好氧菌 有机污染物通过微生物的氧化分解得以去除 所以要对系统曝气 曝气量过大 有可能引起污泥老化 影响反硝化 同时浪费能源 曝气量过小 又有可能影响有机物降解 影响硝化 更严重时会使污泥腐败 所以需要对曝气量加以控制 对曝气量的控制主要通过对系统的溶解氧的控制 在进水曝气的阶段 溶解氧应从0迅速上升并稳定控制在2 4mg L 曝气结束进入沉淀阶段 溶解氧应下降 在10 20min内降至0 并一直持续至滗水结束 34 DO对水质的影响 过量曝气微生物处于饥饿状态而引起自身氧化进人衰老期 池中溶解氧浓度 DO 上升 或者由于污泥活性差 曝气叶轮线速度过高 供氧过多 总之 DO上升 短期内污泥活性可能很好 因为新陈代谢快 有机物分解也快 但时间一久 污泥被打得又轻又碎 但无气泡 象雾花片似的飘满沉淀池表面 随水流走 这种污泥色浅 活性差 耗氧速率下降 污泥体积和污泥指数增高 处理效果明显降低 缺氧引起的污泥上浮污泥呈灰色 若缺氧过久则呈黑色 并常带有小气泡 35 DO对水质的影响 溶解氧不足时出现的微生物优势菌属 贝日阿托氏菌 新态虫菌活性污泥多出现黑色 并出现腐败的气味解决 增加供氧量 新态虫属 36 DO对水质的影响 曝气过渡出现的微生物轮虫和大量的肉足类微生物溶解氧浓度超过5mg L解决方案 减少曝气 37 DO对水质的影响 38 溶解氧分析仪 DO仪 溶解仪主要用来测量曝气池中溶解氧含量的高低 为污水处理厂二级生化处理系统的正常运行提供一个重要的参数 同时可以用溶氧值去控制风机的风量 还能起到节能的效果 也是工艺运行人员控制工艺运行的重要依据 39 溶解氧分析仪 DO仪 溶解氧分析仪的组成溶解氧分析仪主要由传感器和变送器两部分组成 若从传感器的结构形式上来分 主要有覆膜电极 无膜电极两种 这两种电极都由阴极 阳极和电解液组成 40 溶解氧分析仪 DO仪 应注意的问题 对于覆膜电极 被测介质中的油污 油脂及在曝气池中使用时微生物常常吸附在薄膜上 沾污了薄膜表面 这些都是严重影响测量精度 因此需要定期清洗 一般几天就需要清洗一次电极 2 3个月需要更换一次薄膜和电解液 更换后则需要重新校验 标定 另外至少半个月就要标定1次 因此 维修工作量较大 对于薄膜电极 某些产品在进行标定时必须在无氧溶液中设置零点 常用5 亚硫酸钠溶液作为无氧溶液 造成运行成本增加 维护量增大 近些年出现某些新型的溶解氧分析仪 不需要零点标定 41 溶解氧分析仪 DO仪 一般早期生产的溶解氧分析仪要求被测介质的流速在30 50cm s 这种条件一般在污水厂很难满足 采用氧化沟工艺的污水处理厂除外 目前新型溶解氧分析仪几乎在静水中都可以测量 被测介质中若存在氯离子 则被当作氧来测量 使读数发生错误 若在被测介质中存在二氧化碳 则会对覆膜电极产生中和作用 若被测介质中存在硫化氢 二氧化硫 则会影响某些金属阳电极 42 溶解氧分析仪 DO仪 在污水处理厂经常遇到的实际问题 自动清洗装置 如旋转刮刀 和防护罩常被头发及纤维织物缠绕而不能工作 因此至少需要两个人才能对仪表标定 探头在几个小时内即被水中油脂或微生物形成的黏膜 黏液 糊住 由于设计或安装不当 探头不能从支架或护套管中取出来 由于探头同变送器 转换器 之间的距离太远 人无法看到仪表显示值 因此至少需要两个人才能对仪表标定 探头放在池内形成不能被搅拌的死角 使得输出信号不能代表工艺过程的实际情况 43 溶解氧分析仪 DO仪 44 DO控制 45 传统DO控制 根据负荷的变化调整DO浓度 红线以上的能量消耗都是浪费性能量消耗 46 优化硝化过程 通过DO控制NH4 N浓度控制 47 仅仅通过DO的控制是不全理想的 污水水质多变 处理系统复杂 DO检测控制滞后 根据滞后的结果控制工艺过程 造成出水不合格 溶解氧指标并不能直接反映系统的氧气需求量 只是反映了反应池中氧气的剩余程度 无法根据它的数值和变化直接计算气量 因此 仅仅通过DO的控制是不全理想的 48 NH4浓度控制 考虑所有影响硝化的因素 当前负荷 污水温度 pH值 污泥龄 抑制物等降低曝气能耗保证稳定的硝化优化反硝化 49 NH4浓度控制 O2 NH4 相比控制线节约27 7 的曝气量 铵的浓度 mg lNH4 N DO的浓度 mg l 实际值设定值 设定值8区DO 50 氨的控制 基于负荷确定曝气设定值 相比控制线节约27 7 的曝气量 空气 O2 NH4 铵的浓度 mg lNH4 N DO的浓度 mg l 实际值设定值 设定值8区DO 51 NH4浓度的控制 保证稳定的硝化 节约能量 52 优化反硝化 根据氧化还原电位 概念 监测ORP的拐点 说明NO3 N浓度趋近0好处 投资低 缺点 拐点 检测往往不准确 53 什么是ORP ORP 氧化还原电位 指示整个系统的氧化还原状态 体现水中溶解形氧化还原物质的多少 ORP与溶解氧有关 氧含量高 ORP高 氧含量低 ORP低 ORP与NO3 N ORP高 说明硝化能力好 ORP低 说明反硝化能力强 ORP与磷酸盐 磷酸盐含量越高 ORP越低 反之则越高 54 ORP用于脱氮除磷控制 用于脱氮除磷控制 好于溶解氧控制根据ORP曲线上的断点或拐点解释ORP测量值 最著名的ORP断点联合DO断点意味着富氧阶段NH4 的消失 硝化终点 而ORP断点联合NO3 断点意味着缺氧过程NO3 的消失 反硝化终点 厌氧段的ORP 250mV 缺氧段在 100mV左右 好氧段 40mV另外 ORP和污水负荷有一定的相关性 适用于中小水厂的脱氮控制 55 化学需氧量 COD 分析仪 COD自动分析仪的主要技术原理有6种 重铬酸钾消解 分光测量法 重铬酸钾消解 库仑滴定法 重铬酸钾消解 氧化还原滴定法 UV计 254nm 氢氧基及臭氧 混合氧化剂 氧化 电化学测量法 臭氧氧化 电化学测量法 从原理上讲 方法 更接近国标方法 方法 也是推荐的统一方法 方法 在快速COD测定仪器上已经采用 方法 和方法 虽然不属于国标或推荐方法 但鉴于其所具有的运行可靠等特点 在实际应用中 只需将其分析结果与国标方法进行比对试验并进行适当的校正后 即可予以认可 但方法 用于表征水质COD 虽然在日本已得到较广泛的应用 但欧美各国尚未推广应用 未得到行政主管部门的认可 在我国尚需开展相关的研究 56 化学需氧量 COD 分析仪 从分析性能上讲 在线COD仪的测量范围一般在10 或30 2000mg L 难以应用于地表水的自动监测 另外 与采用电化学原理的仪器相比 采用消解 氧化还原滴定法 消解 光度法的仪器的分析周期一般更长一些 10min 2h 前者一般为2 8min 从仪器结构上讲 采用电化学原理或UV计的在线COD仪的结构一般比采用消解 氧化还原滴定法 消解 光度法的仪器结构简单 并且由于前者的进样及试剂加入系统简便 泵 管更少 所以不仅在操作上更方便 而且其运行可靠性也更好 57 化学需氧量 COD 分析仪 从维护的难易程度上讲 由于消解 氧化还原滴定法 消解 光度法采用的试剂种类较多 泵管系统较复杂 因此在试剂的更换以及泵管的更换维护方面较烦琐 维护周期比采用电化学原理的仪器要短 维护工作量大 从对环境的影响方面讲 重铬酸钾消解 氧化还原滴定法 或光度法 或库伦滴定法 均有格 汞的二次污染问题 废液需要特别的处理 而UV计法和电化学法 不包括库伦滴定法 则不存在此类问题 58 高锰酸盐指数分析仪 高锰酸盐自动指数分析仪的主要技术原理有三种 高锰酸盐氧化 化学测量法 高锰酸盐氧化 电流 电位滴定法 UV计法 与在线COD仪类似 从原理上讲 方法 和方法 并无本质的区别 只是终点指示方式的差异而已 在欧美和日本等国是法定方法 与我国的标准方法也是一致的 将方法 用于表征水质高锰酸盐指数的方法 在日本已得到较广泛的应用 但在我国尚未推广应用 也未得到行政主管部门的认可 从分析性能上讲 目前的高锰酸盐指数在线自动分析仪已能满足地表水在线自动检测的需要 另外 与采用化学方法的仪器相比 采用氧化还原滴定法的仪器的分析周期一般更长一些 2h 前者一般为15 60min 从仪器结构上讲 两种仪器的结构均比较复杂 59 总有机碳 TOC 分析仪 TOC自动分析仪在欧美 日本和澳大利亚等国的应用较广泛 其主要技术原理有5种 催化 燃烧氧化 非分散红外光度法 NDIR法 UV催化 过硫酸盐氧化 NDIR法 UV 过硫酸盐氧化 离子选择电极法 ISE法 加热 过硫酸盐氧化 NDIR法 UV TOC分析计法 从原理上讲 方法 更接近国标方法 但方法 方法 在欧美等国也是法定方法 将方法 用于表征水质TOC 虽然在日本已得到较广泛的应用 但在欧美各国尚未得到行政主管部门的认可 从分析性能上讲 目前的在线TOC仪完全能够满足污染源在线自动监测的需要 并且由于其检测限较低 应用于地表水的自动监测也是可行的 另外 在线TOC仪的分析周期一般较短 3 10min 从仪器结构上讲 除了增加无机碳去除单元外 各类在线TOC仪的结构一般比在线COD仪简单一些 60 氨氮和总氮分析仪 氨氮自动分析仪的技术原理主要有3种 氨气敏电极电位法 pH电极法 分光光度法 傅里叶变换光谱法 在线氨