污水污染源在线监控技术内容.doc
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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)传递至地市级中心机。中心机对各
2、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,并可通过远程通讯将数据输入中心数据库。系统具有监测项目超标及
3、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
4、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 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
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。5.3 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、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。图 1 环境监理信息系统网络结构图第二章 废水在线自动监测系统采用的测量技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
6、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 MODEM(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,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
7、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于生产过程流量计量。3.1 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、
8、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,发出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)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
9、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
10、声波液位传感器,微电脑监控仪组成。主要结构原理如图 4 所示。图 4 明渠流量计结构原理图自动电源切换量水槽超声波传感器温度传感器超声波收发器数据处理器其他控制功能及数据显示键盘打印3.3 超声波流量计的选型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 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
11、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、CODMn 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
12、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
13、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 值时反应温度为 150,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
14、相同,以重铬酸钾为氧化剂,消解温度为 165,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
15、 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。PHOENIX-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。
16、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
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