國(guó)內(nèi)外污水處理在線監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀分析

1、國(guó)內(nèi)外污水處理在線監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀分析目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc509358172 前言 PAGEREF _Toc509358172 h 1 HYPERLINK l _Toc509358173 1 國(guó)內(nèi)外污水處理在線監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc509358173 h 1 HYPERLINK l _Toc509358174 1.1 國(guó)外自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù) PAGEREF _Toc509358174 h 1 HYPERLINK l _Toc509358175 1.2 國(guó)內(nèi)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù) PAGEREF _Toc509358175 h

2、2 HYPERLINK l _Toc509358176 2 污水處理廠水質(zhì)水量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本狀況 PAGEREF _Toc509358176 h 4 HYPERLINK l _Toc509358177 3 污水處理在線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) PAGEREF _Toc509358177 h 5 HYPERLINK l _Toc509358178 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc509358178 h 6前言在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由多種分析儀器組成，主要由采樣系統(tǒng)、分析記錄系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)組成。在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)分支，可以根據(jù)污水的不同特性進(jìn)行優(yōu)化，主要用于企業(yè)污水處

3、理廠出水水質(zhì)的監(jiān)測(cè)與控制，在水庫(kù)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、自然游泳池等領(lǐng)域的應(yīng)用前景也十分廣闊。經(jīng)過近三十年的發(fā)展，水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀已經(jīng)在污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)?？刂评碚摵妥詣?dòng)化技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于污水處理廠的運(yùn)行等方面。1 國(guó)內(nèi)外污水處理在線監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀1.1 國(guó)外自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)美國(guó)、日本、英國(guó)等國(guó)家在19世紀(jì)60年代和70年代開始研究水污染源的自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)。例如，1960年，紐約環(huán)境保護(hù)管理局首次在該地區(qū)建立了水系統(tǒng)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)。1966年，首次安裝了第一套污染源水質(zhì)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代，美國(guó)的自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)入了蓬勃發(fā)展階段，覆蓋了全國(guó)所有水域和城市污染源。同時(shí)，建立了

4、國(guó)家水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)。1971年，日本在東京和大阪等主要城市建立了水質(zhì)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建立了169個(gè)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)分站1。隨著自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的興起，各種在線監(jiān)控設(shè)備也取得了很大的進(jìn)步。例如，在2002年冬季奧運(yùn)會(huì)期間，德國(guó)BBE開發(fā)的自動(dòng)在線水質(zhì)毒性監(jiān)測(cè)器被用于監(jiān)測(cè)保護(hù)區(qū)的水質(zhì)安全2；庫(kù)恩等科學(xué)家利用多種藻類生物研制了生態(tài)毒性在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)3。在污水監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)國(guó)外研究更為深入和全面，不僅包括了污水處理的新理論和新技術(shù)研究的理論更加完善，并對(duì)污水排放監(jiān)測(cè)理論的研究也很深，在污水監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，國(guó)外的研究成果不能沒有很多資金投入和科研。19世紀(jì)末國(guó)外已開始對(duì)水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但對(duì)固定流域初期的污水監(jiān)測(cè)方法進(jìn)

5、行了采樣，然后將采樣帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，通過人工檢驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)水環(huán)境的監(jiān)測(cè)，水環(huán)境監(jiān)測(cè)方法存在的不足巨大。監(jiān)測(cè)結(jié)果的具體表現(xiàn)缺乏準(zhǔn)確性和及時(shí)性。此后，隨著單片機(jī)和嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)外的監(jiān)測(cè)分析儀器取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，涌現(xiàn)出一大批水資源監(jiān)測(cè)儀器研發(fā)公司，例如美國(guó)的YIS，HACH等公司和德國(guó)的WTW，STF等公司4。目前國(guó)外廣泛使用的水質(zhì)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有兩種：一種是以O(shè)PS安可控制為主的俄亥俄污水排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過建立色譜監(jiān)測(cè)站對(duì)多參數(shù)流域水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息上傳到中央服務(wù)器，便于數(shù)據(jù)的分析和處理，實(shí)現(xiàn)水污染的有效監(jiān)測(cè)和預(yù)警。二是巴黎污水排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，廢水排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還通過排污監(jiān)

6、測(cè)站實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作的建設(shè)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的集中存儲(chǔ)和處理，以及數(shù)據(jù)處理能力的分析是強(qiáng)大的，但這類污水監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)使用成本高的問題，這也制約了水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作，進(jìn)一步提高質(zhì)量5。目前，國(guó)外污水排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)呈現(xiàn)出從單一系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢(shì)，在水環(huán)境監(jiān)測(cè)服務(wù)平臺(tái)上逐步實(shí)現(xiàn)了硬件檢測(cè)與軟件監(jiān)測(cè)的結(jié)合，多網(wǎng)絡(luò)結(jié)合技術(shù)逐漸應(yīng)用于污水排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。目前國(guó)外污水排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)接收模塊中實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)接收和多協(xié)議處理的目標(biāo)。系統(tǒng)還可以對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而提高數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，為職能部門的決策提供重要支持6。1.2 國(guó)內(nèi)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)我國(guó)開展了相對(duì)于國(guó)外污染源的水污染自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)的較晚，開始于8

7、0年代末至90年代中期，進(jìn)一步擴(kuò)大了自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)的覆蓋范圍，發(fā)展到全國(guó)主要城市，包括北京、上海、大連、哈爾濱、南京、蘇州等城市已經(jīng)制定并實(shí)施了地方重點(diǎn)污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)管理質(zhì)量保證措施和具體參考指南方法，除CODcr、氨氮、流量等重大監(jiān)測(cè)項(xiàng)目外，還可根據(jù)污水企業(yè)的特點(diǎn)開展五項(xiàng)參數(shù)( ph、溫度、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度)、六價(jià)鉻、高錳酸鹽指數(shù)、重金屬等項(xiàng)目的自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)7。近年來，國(guó)家高度重視環(huán)境保護(hù)，污染源水質(zhì)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)行業(yè)在中國(guó)蓬勃發(fā)展，出現(xiàn)了一批生產(chǎn)企業(yè)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)儀器對(duì)自主品牌的自主研發(fā)和生產(chǎn)，打破壟斷局面以前進(jìn)口主要來自國(guó)外的水質(zhì)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，政府和企業(yè)可以根據(jù)自身的條件選擇水質(zhì)COD

8、在線監(jiān)測(cè)儀8，目前，國(guó)內(nèi)城市已有各種品牌的CODcr水質(zhì)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備。目前，我國(guó)主要開展了全國(guó)地表水水質(zhì)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)工作和全國(guó)重點(diǎn)污染源自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)工作。其中，在地表水水質(zhì)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)工作中主要有松花江( 8 )、遼河( 6 )、海河( 7 )、淮河( 27 )、黃河( 9 )、長(zhǎng)江( 19 )、滇池( 2 )、珠江( 8 )、太湖( 7 )、巢湖( 2 )等流域以及南水北調(diào)中線( 2 )、南水北調(diào)東線( 2 )、西南河流流量( 2 )、東南河流( 2 )等103個(gè)水質(zhì)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)站、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為ph、溶解氧、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、總有機(jī)碳等五項(xiàng)指標(biāo)，主要采用GPRS和CDMA無線傳輸方式以及

9、psta撥號(hào)上網(wǎng)等方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的接收和上傳，實(shí)時(shí)發(fā)布每日12 : 00五項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的小時(shí)平均值；我國(guó)國(guó)家控制源的自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)，除西藏外，其他省份均已開展，傳輸效率在80 %以上，國(guó)家局通過遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)了解區(qū)域污水日排放量、CODcr小時(shí)濃度、CODcr日均排放量等具體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，掌握污染物排放情況。我國(guó)各城市在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展也存在差異。廈門市率先在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)施城市污水處理廠和國(guó)家重點(diǎn)污染源CODcr、氨氮等污染物的自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)9；濟(jì)南市水污染源在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為兩個(gè)階段，一個(gè)階段考慮環(huán)境管理的需要，社會(huì)關(guān)注廢水重點(diǎn)污染源，為全市工業(yè)廢水污染負(fù)荷近50個(gè)重點(diǎn)污染源排放的

10、企業(yè)設(shè)立10個(gè)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇的會(huì)計(jì)，2006第二階段進(jìn)一步擴(kuò)大自動(dòng)在線工業(yè)企業(yè)12家，包括pH、CODcr、氨氮、六價(jià)鉻監(jiān)測(cè)、流量等參數(shù)的測(cè)定；遼寧省環(huán)境保護(hù)局為方便公眾了解全省城市污水處理廠的基本信息和運(yùn)行情況，2014年推出了”遼寧省污水處理廠在線”手機(jī)客戶端，該系統(tǒng)可以為手機(jī)客戶端提供查詢和監(jiān)管支持，實(shí)現(xiàn)污水處理廠在線數(shù)據(jù)和視頻的實(shí)時(shí)和可視化查詢的基礎(chǔ)上，以實(shí)現(xiàn)公眾對(duì)污水處理廠運(yùn)行的客觀把握和監(jiān)管輕松快捷。遼寧污水處理廠在線移動(dòng)客戶端是基于Android系統(tǒng)的污水處理廠數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)，主要包括以下功能：一是系統(tǒng)提供污水處理廠小知識(shí)描述文件，供用戶查看和了解污水處理廠相關(guān)知識(shí)；二是針對(duì)目

11、前遼寧省已開通的60個(gè)城市污水廠在線監(jiān)測(cè)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)提供了城市概況、具體污水廠概況、基本信息、在線數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)視頻等功能，引入了軟件，增加了環(huán)保工作的透明度。2 污水處理廠水質(zhì)水量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本狀況目前，大部分污水處理廠水質(zhì)水量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由一個(gè)中央管理平臺(tái)和多個(gè)變電站(安裝在污水處理廠進(jìn)出口在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中)組成，監(jiān)測(cè)對(duì)象包括9個(gè)污水處理廠進(jìn)出口，共計(jì)21個(gè)監(jiān)測(cè)變電站，中央管理平臺(tái)負(fù)責(zé)日常數(shù)據(jù)處理和上傳、發(fā)布，內(nèi)置專用數(shù)據(jù)服務(wù)器和數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)的收發(fā)；監(jiān)測(cè)分站設(shè)置在污水處理廠進(jìn)水口和出水口，由現(xiàn)場(chǎng)在線分析儀器和相應(yīng)的基站集成系統(tǒng)組成，用于水質(zhì)水量狀況的在線監(jiān)測(cè)，具有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)處理

12、和數(shù)據(jù)接收傳輸功能，并將相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給監(jiān)測(cè)中心和污水處理廠、市水務(wù)局、市環(huán)保局。污水處理廠水質(zhì)水量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是集水質(zhì)自動(dòng)分析儀和水樣預(yù)處理、數(shù)據(jù)采集、控制、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)于一體的在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它結(jié)合了現(xiàn)代通信技術(shù)，利用現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x器的測(cè)量結(jié)果、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、各儀器的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)日志、系統(tǒng)故障、儀器故障等信息通過基站控制管理系統(tǒng)自動(dòng)傳輸?shù)街行恼?，并可接受中心站發(fā)送的各種指令，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程設(shè)置、遠(yuǎn)程清洗、遠(yuǎn)程應(yīng)急監(jiān)控等控制。監(jiān)控中心管理軟件是水量水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的上層管理軟件，它使用現(xiàn)有的通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用GPRS、ADSL、PSTN組合實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)

13、、快速和遠(yuǎn)程基站通信，是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的管理、控制、分析、遠(yuǎn)程維護(hù)等指揮中心。主要保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。它可以作為一個(gè)環(huán)境管理服務(wù)，并自動(dòng)形成相關(guān)的報(bào)告和圖表的一天，一周，一個(gè)月，一個(gè)賽季和一年。監(jiān)控中心管理軟件可以根據(jù)需要擴(kuò)展多個(gè)查詢端口。監(jiān)測(cè)基站的在線自動(dòng)運(yùn)行是以現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)( IPC )和PLC為控制中心的RTU系統(tǒng)。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)( IPC )在RTU中配備開發(fā)的基站管理系統(tǒng)軟件是管理的核心，由所需的單元組成。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和狀態(tài)反饋，設(shè)計(jì)了一個(gè)包含壓力、流量傳感器和液位開關(guān)等反饋信息的控制系統(tǒng)。控制指令由工控機(jī)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況或中心站指令現(xiàn)場(chǎng)發(fā)出，控制指令分為

14、兩類，一類是各儀表采集滿足儀表要求水樣的PLC控制指令，保證整個(gè)監(jiān)控基站能夠穩(wěn)定可靠地在線運(yùn)行，指令由工控機(jī)發(fā)送給PLC系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)根據(jù)接收到的指令進(jìn)行相應(yīng)的操作；另一種是儀器控制指令，通過RS485總線對(duì)儀器進(jìn)行控制，儀器根據(jù)收到的指令進(jìn)行相應(yīng)的操作(儀器能收到指令是實(shí)現(xiàn)儀器遠(yuǎn)程操作的必要條件)。水質(zhì)監(jiān)測(cè)站管理的自動(dòng)控制系統(tǒng)，授權(quán)用戶可根據(jù)設(shè)定的各種參數(shù)如基站監(jiān)控儀器，需要監(jiān)測(cè)頻率、氣體洗滌過濾器的頻率、氣體洗滌清洗頻率、頻率、SS頻率檢測(cè)池清洗，去除頻率，類型選擇故障報(bào)警和故障報(bào)警號(hào)碼設(shè)置完成，只有運(yùn)行監(jiān)控軟件在工控領(lǐng)域上根據(jù)提示選擇相應(yīng)的輸入，即使不看說明書，就可以完成操作。同時(shí)，這

15、些設(shè)置可以通過遠(yuǎn)程操作來完成。作為水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)本身運(yùn)行記錄的重要性不言而喻，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的運(yùn)行日志功能將系統(tǒng)運(yùn)行過程中的所有重要事件及相關(guān)運(yùn)行分類存儲(chǔ)，詳細(xì)記錄可以捕捉系統(tǒng)故障、儀表故障和報(bào)警信息，并給出故障原因及可能的相應(yīng)解決方案?？紤]到水質(zhì)和水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的發(fā)展要求，特別是一些通信接口，系統(tǒng)可以根據(jù)客戶通信協(xié)議要求的信息傳輸協(xié)議進(jìn)行更改，不同的屏蔽監(jiān)測(cè)站，對(duì)業(yè)主而言在新站和原系統(tǒng)的情況下都沒有任何變化?；竟芾砜刂葡到y(tǒng)是整個(gè)基站的控制中心，它不僅對(duì)系統(tǒng)的常規(guī)參數(shù)(液位、水壓、氣壓、水位、水泵狀態(tài)、電壓、流量、溫度、濕度)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而且對(duì)分析儀器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和管理，集成各種

16、功能的實(shí)現(xiàn)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中充分考慮了膨脹儀表的要求，首先是公共設(shè)備(如水泵、增壓泵、純凈水機(jī)、空壓機(jī)、除藻設(shè)備、管道閥門配置)有足夠的余量，在電源配置、基站控制管理系統(tǒng)接口有足夠的余量，在站房布局中也考慮了膨脹問題。3 污水處理在線健康技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)階段我國(guó)污水排放監(jiān)測(cè)體系存在較大的漏洞，雖然我國(guó)已經(jīng)從法律法規(guī)上制定了詳細(xì)的企業(yè)污水排放標(biāo)準(zhǔn)，但由于污水企業(yè)數(shù)量多、分布廣，這大大增加了企業(yè)污水排放監(jiān)測(cè)的難度，造成了大量企業(yè)污水浪費(fèi)現(xiàn)象，嚴(yán)重破壞了自然生態(tài)環(huán)境。從污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信息化建設(shè)要求，對(duì)污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特性分析，并得到實(shí)時(shí)在線的污水處理系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、預(yù)警和分析功能，實(shí)現(xiàn)水資源信息的集成和共享，提高現(xiàn)有企業(yè)污水造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，企