污水污染源在线监控技术-内容资料

1、第一章 废水在线监测系统概述多年来我国传统监理、监测手段的落后，不能准确、实时、全面、连续地反映环境质量、污染 源变化和治理效果，从而使环境监理、监测和环境治理之间严重脱节。为了解决这些问题，西安交 大长天软件有限公司在国家环保总局的指导下， 提出了符合中国环境管理体系的四级结构模型， 推 出了国家环境监理信息系统。1国家环境监理信息系统工作原理 设在各污染排放口的智能环境监理适配器通过多种检测设备获取各种污染源的基础资料并检 测污染处理设施的运转状况。 适配器将所收集到的不同格式的资料整合成统一的标准格式， 经各种 通信介质（如 PSTN、DDN ISDN微波、超短波、IP网等）传递至地市级

2、中心机。中心机对各种污 染资料进行存储、分析并自动生成所需报表，再经通信介质定期上报省局中枢机、国家环保总局中 央机。国家环保总局的中央机、省环保局的中枢机除可定期获取各省、市的各类资料及报表外，还 可直接对各行业的某些重点污染企业进行实时检测。系统网络结构图如图1 。2废水在线监测系统描述废水在线自动监测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、 计算机应用技术及相关的专用分析软件和通讯网络所组成的一个综合性自动监 测数据的采集系统， 通过系统数据处理后存储指定的监测数据及各种运行资料， 可打印输出各项运 行数据及统计图表， 并可通过远程通讯

3、将数据输入中心数据库。 系统具有监测项目超标及子站状态 信号显示、报警功能；自动运行、停电保护、来电自动恢复功能；维护检修状态测试，便于例行维 修和应急故障处理等到功能。3废水在线监测系统功能 污水处理设施数据采集器（黑匣子）通过污水流量计及污水处理设施的在线自动分析仪器，采 集各类污染源的排放数据和污水处理设施的运行状态，通过智能环境适配器（适配器）将数据采集 器（黑匣子）采集到的数据转换为全国统一格式的标准数据格式后进行存储，并通过调制解调器（MODEM和公共通讯线路（PSTN等）传送到相关环保管理监理部门。4废水在线监测系统应用软件 应用软件为西安交大长天公司开发研制的“集团企业版”，也

4、是国家环境监理信息系统的 系列产品之一。 它是一个各级环境监理部门对集团企业排放情况实施监测和企业自测的工具。负责企业现场的监测、数据采集、向中心机、中枢机及中央机上报数据，并向企业提供一个浏览本企业 排污情况的窗口。软件功能特性如下：污染源管理：包括污染源基本情况录入，企业排污数据的采集； 统计分析：包括信息查询、数据汇总、数据上报、报表输出； 系统管理：包括系统标识、通讯参数设定、数据维护、权限管理。5废水在线监测系统监测设备包括排污口现场一系列废水自动分析和测量仪器所组成的各种监测设备、数据采集器（黑匣子）及智能环境监测适配器等。5.1 监测设备主要包括污水流量计、在线工业酸度计、COD

5、水质自动监测仪、水质自动采样器及其它治理设备的传感器等组成。5.2 数据采集器（黑匣子） 对各种监测设备测量的数据进行采集、存储及处理，具有黑匣子功能，同时还能够对排污单位环保设备的运行状况进行自动监测，并将有关的数据存储和输出。智能环境监理适配器（适配器） 适配器是连接现场黑匣子并向中心机、中枢机、中央机信息传输的中央设备。具有数据转换、- 1 -软件加密、数据通讯等功能，其辅助功能主要为通讯控制、数据采集、身份校验、数据管理等。jjim-3 -# -图1 环境监理信息系统网络结构图污水处理运行设施公用电话网3D仪采样系统排污口图3废水在线监测系统功能图第二章废水在线自动监测系统采用的测量技

6、术本主要介绍智能环境监理适配器、数据采集器（黑匣子）、流量计、COD在线监测仪、pH计等在线仪表采用的测量技术。1智能环境监理适配器完成数据转换、软件加密、数据通讯等功能，其辅助功能主要包括：通信控制、数据采集、身 份校验、数据管理等。具体功能如下：将污水设施运行记录仪采集到的数据，转换为统一标准数据格式后，经公共电话网（PSTN传到上位机。集转换、存储、通讯、加密等多种功能于一身。使用简便、无需人工配置。内置MODE （调制解调器），可直接将处理过的数据传入公共电话网。增加显示电源、数据上下传输状态、适配器正常运行等四个指示灯，便于用户现场联接、调整 和维护。适配器为针对系统专门制造的产品，

7、可根据联接监测仪器的多少选择适当的型号。2数据采集器（黑匣子）污染治理设施运行记录仪，用来收集现场污染数据，产品形态为单片机现场控制系统。黑匣子 为针对系统专门制造的产品，可根据联接监测仪器的多少选择适当的型号。其某型号功能如下：能检测记录8路设备运行状态及其组态4路模拟量数据采集4路数字量数据交换4路标准远传信号接口可同时对8路不同水质监测仪器所测量的数据实施采集和存储通过电话网或无线电设备并入计算机网络，实现数据共享键盘及LED显示3流量计由于废水排放的特殊性，废水排放口大多为明渠的形式，也有少量以管道排放。应用于废水自 动监测的流量计主要为超声波流量计，而电磁流量计及转子流量计等主要应用

8、于生产过程流量计 量。2.1 超声波流量计的类型应用超声波测量的流量计主要有：超声波时差式流量计、超声波多普勒流量计、超声波明渠流量计、超声波非满管（渠）流量计等类型，市场商品化仪器较多，其测量仪器性能比较如表1。表1 超声波流量计性能比较表测量方式超声波时差式流 量计超声波多普勒流量计超声波明渠流量计超声波非满管（渠）流量计测量原理通过测量安装在上 下游的发射器，发 岀的两波在不同流 向间的传播时差测 量液体的平均流 速。通过一个探头向管内 连续发射固定频率的 超声波，当超声波遇 到随液体流动的颗粒 或气泡时，其反射频 率会产生与速度成正 比的偏移，也称多普 勒效应。被测液体流过量水槽（堰）

9、形成一定的节 流液位在自由流状态 下，其渡过水槽液体 流量与水位H满足关 系式Q=CHn。式中C、 n为与量水槽结构有 关的系数。利用Q=面积X速度等式来计 算非满管和明渠中的液体流 量，无需堰/槽测量装置。以 多普勒传感技术测量流速、 压力传感器测量管/渠内液 位，通过计算机输入管/渠截 面几何开头仪表可以准确计 算出非满管或明渠中的液体 流量。测量液体单一流质，无气泡或少气泡。适用于含微量杂质、颗粒和气泡的液体。适用于杂质、颗粒和气泡的液体。适用于含微量杂质、颗粒和 气泡的液体。安装要求管道外壁安装管道外壁安装需堰/槽测量装置无需堰/槽测量装置液体状态需满管液体需满管液体不需满管液体不需满

10、管液体优缺点需要管道，不适用 于明渠。需要管道，不适用于 明渠。价格低，适用于明渠。价格高，适用于管道。3.2 超声波明渠流量计的结构原理超声波明渠波流量计主要由耐腐蚀的量水槽，非接触式超声波液位传感器，微电脑监控仪组成。-5 -主要结构原理如图 4所示。- # -根据企业废水排放口的形式及废水排放量，可因地制宜选择上述多种测量方式的超声波流量计，由于超声波明渠流量计对排放口的适用范围宽，可采用 V型槽、方型槽、梯型槽、巴歇尔槽 等多种计量槽，因而在污染源自动流量监测中应用最广。 市场上具代表性的超声波明渠流量计测量 槽形式如图5所示。- # - # -图5超声波明渠流量计测量槽- # -4

11、COD 在线监测仪4.1 化学耗氧量概述水中有机物种类繁多， 成分复杂， 有机物单项指标或某一类有机化合物并不能反映水的整体有 机物状况，且分析技术要求较高，不能作为日常检测指标。目前国内外均采用有机物替代参数，以 衡量水中有机物总量的情况。这些替代参数有CODCr、CODMr和TOC等。化学耗氧量又称化学需氧量（ Chemicaloxygendemand ），简称COD。化学耗氧量就是在式样中 加氧化剂，用氧量 mg（O）/l 来表示，在一定条件下使式样氧化时所消耗的氧化剂的量。通常，化 学耗氧量被用作由有机物引起的水质污浊的指标。它用化学氧化剂（如高锰酸钾、重铬酸钾、臭氧 等）将水中可氧化

12、物质（如有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等）氧化分解，然后根据残留的氧 化剂的量计算出氧的消耗量，它和生化需养量（BOD 一样，是表示水质污染度的重要指标。COD的单位为 ppm 或毫克升，其值越小，说明由有机物引起的水质污染程度越轻。4.2 化学耗氧量测定的标准法标准法的基本原理是： 在水样中加入已知量的重铬酸钾溶液， 并在强酸介质下以银盐作催化剂， 经沸腾回流后，以试亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁铵滴定水样中未被还原的重铬酸钾，由消耗的硫 酸亚铁铵的量换算成消耗氧的质量浓度。该方法具有测定结果准确，重现性好等优点，但消耗大量 的浓硫酸和价格昂贵的硫酸银， 为了消除水中氯离子的干扰， 还需加入毒

13、性很大的硫酸汞加以掩蔽， 而且分析时间很长。因此，对区域水质调查中大批样品的测定，水质在线监测及污水处理厂生产控 制的经常测定，标准法并不适用。在国外的实际测定中多为其他的等同方法或仪器所取代。4.3 COD 检测设备技术 标准方法耗时长的主要原因是回流消解时间长（约 2h ）。为缩短消解时间，人们对标准方法进行改进提出了高温催化氧化、光度法、电化学法及自动化在线监测等。4.3.1 标准法的改进a 消解方法的改进 基于标准方法的原理，分析工作者提出了密封法、开管消解法和微波消解法等。密封法是将 Ag+、Hg2+、MoO42引入重铬酸钾体系，它们在体系中起掩蔽作用。 密封法测定COD 值时反应温

14、度为150 C,管内压力近 0.2Mpa，消解时间为20min。与密封法相反，开管消解法采用开管加热消解，其测定原理与标准法相同，以重铬酸钾为氧化剂，消解温度为165 C,在开启的试管内消解反应在12min内完成，大大缩短了消解时间。近年来已将微波炉应用于 COD值测定中水样的消解制造出微波密封消解 COD速测仪，消解反 应在 8 min 内完成，每次可同时测定多个样品。消解完成的试样按照GB1191489 进行滴定，测定结果与标准方法相关性比较好，是作为标准方法的替代测量设备。B.氧化剂的改进标准法采用重铬酸钾作为氧化剂， 为了消除水中氯离子的干扰， 还需加入毒性很大的硫酸汞加 以掩蔽。汞盐

15、的使用，带来了二次污染。目前的氧化剂除了常用的重铬酸钾和高锰酸钾外，还使用 氧气和臭氧等。PHOENIX-themcat高温快速 COD测定仪PHOENIX-themcat 高温快速 COD 测定仪 （见图 7 ）是用高温催化氧化法测定 COD 的在线检测 设备。 PHOENIX-themcat 无论是对排放的污水还是河流的检测，都可以直接使用，而不需要昂贵而 复杂的微滤和超滤。在一定温度下，含有有机物的水样经氧气催化氧化，通过测定反应生成的二氧 化碳的量来标定 COD的值。设备的标准测量范围为41000mg/L或者404000mg/L COD从样品进入到数据的自动输出的反应时间为48分钟。P

16、HOENIX-1010 快速 COD 在线速测仪臭氧具有很强的氧化能力， 它可以通过破坏有机污染物的分子结构以达到改变污染物性质的目的。德国STIP公司生产的PHOENIX-1010快速COD在线速测仪，它的氧化剂不同于以前的仪表, 它用臭氧作氧化剂。（见图8）其测定原理为：采用臭氧探头先测定溶解臭氧的浓度。然后污水和溶有臭氧的稀释水同时进入反应室并发生氧化反应。此后，第二个探头测定反应室内残余臭氧浓度。污水和稀释水的混合比可以通过输送泵来控制，从而使臭氧的消耗尽量维持在恒定的低水平上，而反应器内的残余臭氧则保持较高浓度。通过污水和稀释水混合比率的标定，根据消耗臭氧量 与COD的相关性可快速自

17、动输出水样的COD值。PHOENIX-1010可以输出0-20/4-20mA 模拟信号或者 RS-232数字信号。内置的图形显示器可显示浓度及其他重要信息。模拟信号或者数字信号经分析器分析，传给中心站。从样品输入到 数据输出的时间仅为 315分钟，省去了繁琐的滴定操作。采用臭氧作氧化剂有许多优点：氧化剂的氧化能力强，减少了试剂的消耗；臭氧发生器可循环使用；操作方法简单。图7 PHOENIX 高温快速CO测定仪图8 PHOENIX1010 快速COD测定仪4.3.2 光度法分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度，对该物质进行定性和定量分析的方法。常用的波长范围为：（1

18、）200400nm的紫外光区 400760nm的可见光区（3）2.525卩m （按波数计为4000cm-1400cm-1）的红外光区。所用仪器为紫外分光光度 计、可见光分光光度计（或比色计）、红外分光光度计或原子吸收分光光度计。废水中COD主要由有机物构成，根据有机物在紫外光谱区有很强吸收的特点，国内外有人研 究废水在紫外光谱区的吸光度与COD的关系，以求用测定吸光度来代替繁琐的COD测定。分光光度法测定COD值具有快速，准确，成本低等优点。其原理是在强酸性溶液中，过量的重铬酸钾在 硫酸银作催化剂的条件下，氧化水中还原性物质， 使Cr6+还原为Cr3+ ,利用分光光度计监测 Cr6+或Cr3+

19、来实现COD值测定。按GB11914 89规定的重铬酸钾计量和消解，利用光度比色法检测， 采用先进精确的蠕动泵、多通道电磁阀、计算机和专用光度传感器，实现监测过程的全自动化制造的仪器流程示意图如图9。4.3.3 电化学法电势分析法的基本原理是：测量电极与参比电极之间的电势与溶液中离子活度的对数值存在着函数关系，这种关系可用著名的Nernst方程来描述。基于这种原理，提出了一种以 Ce （SO2为氧化剂，利用 pH电极和氧化还原电极直接测定电势，从而测定COD的值。- 9 -试 样 采 取 单 元计量单元控制、数据处理及传输单!-显示记录单元试剂储存单元:消解反应单元光检单元L废液排放k试样或试

20、剂排 亠放电信号流向图9重格酸钾消解光度测量法COD自动监测仪流程示意图434 流动注射分析法流动注射分析（FIA），由于具有分析速度快、重现性好和节省试剂等优点，近年来在科研和 生产中得到了广泛的应用。流动注射分析技术运用于水样中COD值的测定，分析速度快，频率高，进样量少，获得结果与经典的重铬酸钾法相对照，相关性良好，易于实现自动化。以Ce（ SQ） 2为氧化剂的FIA方法进行COD值测定。测定方法如下：按图连接系统，启动仪器，待工作状态稳定后分别将一定流速的H2SO4和水样泵入管路，Ce（SQ4）2通过进样阀注入体系。混合后依次经过恒温反应盘管、冷却盘管、检测器，在320nm波长处（Ce

21、（W）在320 nm波长处有最大吸收，且在试验条件下体系内其它共存成分不干扰其测定）连 续记录吸光度值。AHU图10 流动注射匚OD测定仪4.3.5 其它方法测定COD值的方法还有许多，美国 Rosemou nt DC-85A总有机碳测定仪测定废水 TOC与COD值的相关性，在一定条件下可从测得的TOC值推测出COD值。国内也有研究利用测定BOD值，根据BOD与COD的相关性推测出 COD值。4.3.6 COD 排放总量在线监测仪（COD在线监测仪一等比例采样器一流量计）COD在线监测仪、等比例采样器与流量计组成一体，编制程序，使三者协调工作，监测仪可直 接显示污水流量、COD浓度、排污总量，

22、存储数据可随时打印，测量间隔可调，由用户选定。可与国家环境监理信息系统联网。5 PH计PH计主要由PH电极和一次仪表组成，PH电极有玻璃电极和其它固体电极，根据电极在溶液 中形成的电极电位数，转换成标准电信号求相应 PH 值。玻璃电极测量 PH 值的范围大，经长期在溶液中浸泡使用，易产生钝化和漂移现象，要定期洗 涤和用标准溶液对 PH 计进行校准。由于探头为玻璃制成，一般外加保护套，但还是易受废水中杂 物而损坏。固体电极一般 PH 值的测定范围较窄， 可针对 PH 值范围变化不大的废水监测， 固体电极耐用， 维护方便，不易损坏。可对 PH 计的模拟信号或数字信号输入环境监理适配器，进入环境监理

23、信息系统。第三章 国内废水在线监测仪器介绍1国内废水在线监测仪器设备 国内废水在线监测监测仪器已有很多厂家生产或与国外公司合作生产， 国外产品在市场上也特 别多，下面重点对使用各种原理测量方法且有代表性的 COD 在线监测仪器等进行介绍。TW6000 CODcr 水质在线监测仪（光度法）适用范围：TW-6000 型 CODcr 水质连续自动监测仪适用于河流、湖泊、水库等地表水和工业废水、污水处理厂的水质管理、排水处理工程的运行管理等场合，能连续自动监测水体中的CODcr指标，配合采样系统能得到水样的 COD 的排放总量， 并可将测量结果通过网络、 通讯线等方式传送到指定测量原理：在强酸溶液中，

24、一定量的重铬酸钾氧化水样中还原性物质，在一定温度下，Cr6+ 被水中还原性物质还原为 Cr3+ ，在 590nm 波长下，分光光度计连续测定 Cr3+ 的吸光度，其吸光度与试样中 还原物质浓度成正比，通过预先设定的标准曲线进行定量分析。仪器性能指标：测量范围： 10-3500mg/l测量准确度： 10%测量重复性： 5%响应时间： 30min测量周期： 30mimT5999min数据传输： RS232/RS485/Modem 仪器特点：采用进口的电器零件和部件，确保仪器具有极强的可靠性。 系统采用模块化设计，便于扩充不同的测量单元；仪器设计为单元化操作，维修方便。 先进的远程数据通讯传输技术，可远程采集测量数据，修改测量周期等系统参数，并具有远程 报警功能。采用气动传输计量系统，试剂计量更精确、效率更高，避免了传统的蠕动泵进样泵管易老化、 寿命短的弱点。独特的采样结构， 解决了堵塞、 滞后及代表性不强的弱点； 采用等比例采样， 将流量参数与 COD 数据结合可得到 COD 的排放总量。完善的保护装置超温、漏液、缺液报警功能，确保仪器安