小议小城镇污水处理厂仪表的选择

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  【摘 要】介绍了污水处理中检测仪表的分类,及不同类型的仪表在污处理工艺的各个环节的设计应用,对小城镇污水处理厂检测仪表的选择进行了综合分析。
  【关键词】小城镇 ;污水处理厂;检测仪表
  前言
  随着工业化进程加速,我国城镇化经历了一个起点低、速度快的发展过程。1978-2013年,城镇常住人口从1.7亿人增加到7.3亿人,城镇化率从17.9%提升到53.7%,年均提高1.02个百分点;城市数量从193个增加到658个,建制镇数量从2173个增加到20113个。然而城镇化的迅速推进也导致城镇自然环境特别是水环境不断恶化,严重影响了城镇居民的生活,因此近年来,国家越来越重视城镇污水处理事业,随着2013年《城镇排水与污水处理条例》的颁布,城镇污水处理工程的建设也将呈现高速发展的态势。
  根据建设部村镇建设办公室的调研统计,我国大部分城镇镇区人口规模为2500~10000人,平均镇区人口规模为8300人左右,表明绝大多数建制镇污水处理工程的建设规模小于10000m3/d,因此小城镇污水处理厂的建设决不能照搬大城市污水处理厂的建设经验,应适应当地的经济发展水平和水环境状况,做到经济合理、简单实用。
  1.小城镇污水处理基本介绍
  水处理工艺分三级:一级处理工段包括格栅、沉砂池、初沉池等构筑物,以去除粗大颗粒和悬浮物为目的,处理的原理在于通过物理法实现固液分离,将污染物从污水中分离。二级处理,以去除不可沉悬浮物和溶解性可生物降解有机物为主要目的,其工艺构成多种多样,可分成活性污泥法、AB法、A/O法、A2/O法、SBR法、氧化沟法、稳定塘法、土地处理法等多种处理方法。三级处理的目的是进一步去除某种特殊的污染物质,如除氟、除磷等,属于深度处理。小城镇污水处理厂通常通过二级处理出水即可达到排放标准。
  污水处理厂运行控制的自动化水平是由与污水处理厂工艺方案的选择、相关配套设备、工程项目要求的运行方式及自动化设备的投资额等各方面决定的,相应的检测仪表的设置也应与污水处理厂自动化水平的要求相匹配。
  本文仅对小城镇污水处理厂自控系统中在线检测仪表的选择发表一点浅见。
  2.过程检测仪表分类
  过程检测仪表是指在生产过程中,为及时监视和控制生产过程,而获取生产过程被测变量信息的仪表。检测仪表一般包括传感器和变送器,变送器的作用是将传感器采集的信息转换成能够显示和控制的标准信号。
  按被测对象的不同,检测仪表可分为热工量、机械量、物性与成分量、电工量、状态量五类。在污水处理厂中常用热工量、物性与成分量、电工量三类检测仪表。
  热工量检测仪表包括:温度、压力、流量、液位等检测仪表。
  物性与成分量检测仪表包括:浊度、固体悬浮物/污泥浓度、PH/氧化还原电位、电导率溶解氧、余氯、BOD、COD、TOC、总磷、氨氮、总氮等检测仪表
  电工量检测仪表包括:电压、电流、功率、电度、功率因数、频率等检测仪表。
  3.污水处理厂中过程检测与控制项目
  在水處理流程中生物池是核心环节,为了达到预期的处理效果,一定要选用适宜,可靠,先进的在线仪表对工艺参数进行监测,在线检测仪表相对实验室水质分析有精度高、灵敏度强和实效性好等多种特征,只有准确、及时的数据才能保证关键的工艺环节正常运行。所以在这个环节上投入大一点也是值得的, 因为该环节的成败即意味着整个工程的成败。
  对于非核心工艺环节,按照工艺过程的需要,以及投资的大小设置合适的检测仪表,小城镇由于资金因素和工厂维护和检修技术和人员的限制,一般采用“宁缺勿滥”的原则,即选择性能可靠稳定的仪表,安装一块,运行一块,如果现在没有财力,或暂没有合适的仪表可选,可以预留接口,在污水厂下一步改造或升级时再安装。这里根据多年来的经验,对在线水质分析仪表的设置和选型,应持谨慎态度,因为分析仪表本身价格高,维护困难,而且对使用环境要求较高,性能不稳定,即使是国外进口产品也不例外。所以小城镇污水处理厂,从工艺功能要求出发,水质分析仪表不可没有,但决不追求齐全。
  在污水处理厂中仪表设置可参考下表
  4.检测仪表在污水处理厂中的应用:
  4.1热工量检测仪表
  4.1.1流量测量仪表
  流量计主要用于污水处理厂中的进、出水,污泥、药液及压缩空气和沼气等流量的计量。流量与其他计量的配合,可以取得最佳运行工况,从而降低能耗,提高经济效益,所以流量是污水处理厂最重要的计量之一。
  流量有瞬时流量与累积流量之分。瞬时流量指流体在单位时间内流过某一截面的流体数量,单位常用m3/h或kg/h。累计流量指在某一间隔时间内,流体通过的总量,单位常用m3或kg。
  流量计种类繁多,测量原理、测量方法和结构各有不同,操作和使用方法也不一样。因而进行流量计选择时应充分研究测量条件,了解流量计的性能特征,选择最适合自己工艺要求的流量计。
  常选用的流量检测仪表有:电磁流量计、超声波流量计、气体流量计、明渠流量计、主差压流量计等。其中,电磁流量计是利用电磁感应原理制成的流量测量仪表,是测量导电液体流量最常用的仪表,它可以测量各种腐蚀性介质及带有悬浮颗粒的导电液体的流量,在污水处理厂中得到广泛的应用。
  4.1.2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十分重要的意义。
  超声波液位计属于非接触式测量,精度较高,维护量较小,因而应用范围很广,既可以测量液体的液位,也可以测量固体的物位,还可以测量液体中不同密度介质的分界面(超声波界面计),如初沉池的泥水分离界面。   4.1.3压力测量仪表
  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。
  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、弹性式压力表等。
  4.2物性与成分量检测仪表
  4.2.1溶解氧分析仪
  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。常用的测量方法有:荧光法、极谱法、金属电极电流法等。其中,荧光法探头的抗污染能力强,维护方便,测量精度高;极谱法探头需自带清洗装置,且需定期更换膜组件;金属电极电流法探头具有结构牢固、使用寿命长、自带旋转磨石的自清洗装置、可用于恶劣环境、但价格较贵。
  溶解氧分析仪主要用于污水处理厂生物池好氧区溶解氧检测。一般采用浸没式安装,有支杆安装方式和浮球安装两种方式。
  4.2.2固体悬浮物/污泥浓度分析仪
  固体悬浮物/污泥浓度检测仪用于测量单位污水所含的固体悬浮物/污泥浓度质量,其单位为mg/L或g/L。主要用于污水处理厂进、出厂水的固体悬浮物,曝气池、污泥泵房的活性污泥浓度含量的测量。
  固体悬浮物/污泥浓度分析仪由于长期浸没在水中,需带自动清洗装置。一般的自动清洗装置包括:自动喷水冲洗,自动高压气体吹洗,自动机械毛刷擦洗和自动塑胶刮片定期刮擦等。由于各种水体水质成分非常复杂,所以清洗的方法应该因情况而异。
  4.2.3 PH分析仪
  pH值监测仪表的测量原理是基于电化学的点位分析法。pH分析仪一般由pH传感器(常称为pH电极)、pH变送器、pH电缆、电极安装支架和标准缓冲液等组成。pH电极测量溶液的pH值,把pH值的变化以电位的变化通过屏蔽电缆传送到变送器,变送器处理电极送来的高阻抗电信号,把所测量的pH值显示出来并远传。
  有些厂家的pH值检测仪表除了进行pH值测量外,还同时具有氧化还原电位和水温的测量功能,以使用户能同时测量多种检测项目,减少仪表数量,节约投资。
  4.2.4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:①重铬酸钾消解-分光测量法;②重铬酸钾消解-库仑滴定法;③重铬酸钾消解-氧化还原滴定法;④UV计(254nm);⑤氢氧基及臭氧(混合氧化剂)氧化-电化学测量法;⑥臭氧氧化-电化学测量法。
  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。
  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-氧化還原滴定法(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。
  4.2.5氯/总氯分析仪
  余氯,又称为游离氯;总氯,以“游离氯”或“化合氯”,或两者共存形式存在的氯。余氯/总氯是给排水工程中反映出厂水水质的参数之一,其单位为mg/L(或ppm)。常用的检测方法有:电极法、氧化还原滴定法、比色法等。
  电极法余氯分析仪具有响应时间快(一般小于90秒),实时连续测量的特点,因此被广泛的应用于自动加氯控制系统中。将实时测量的余氯值转换成4-20mA信号,传输给自动加氯机,经过PID计算,得到计量泵的控制量,来实现自动加氯控制。
  比色法余氯/总氯分析仪具有精度高、稳定性好、主要应用于自来水厂、城市供水管网、污水处理处理回用水等的余氯/总氯检测中。
  4.2.6其它水质分析仪表
  总磷(TP)、氨氮(NH3-N)、硝氮(NO3-N)、总有机碳(TOC)、生化需氧量(BOD)等水质分析仪表主要用来检测污水处理的进/出水水质,仪表价格较高,小城镇污水处理厂暂不建议安装。
  4.2.7有毒气体检测报警仪
  给排水工程中,常用的有毒气体检测报警仪为漏氯检测报警仪和硫化氢检测报警仪。
  氯气(或硫化氢)等有毒气体传感器一般采用电化学原理,其优点是:反映速度快、准确(可用于ppm级),稳定性好、能够定量检测;缺点是:寿命较短(大约两年)。它主要适用于氯气(或硫化氢)等毒性气体的检测。
  漏氯(或硫化氢)检测报警仪一般由气体传感器和报警控制器两部分组成,传感器与控制器之间采用三芯屏蔽电缆连接。报警控制器又可分为单通道、双通道、四通道和八通道几种(每通道代表可接一个氯气(或硫化氢)传感器探头),各通道传感器可放在不同位置,输出信号各自独立,只要有一路传感器探测到氯气(或硫化氢)浓度超过设定值时,报警控制器即发出报警输出。
  漏氯检测报警仪用于污水处理厂加氯间和氯库的漏氯检测报警,近年来,污水厂已较少采用液氯消毒的方式。
  硫化氢气体检测报警仪用于污水泵站或污水处理厂封闭式隔栅间、进水泵房、污泥脱水机房的硫化氢气体检测报警。
  4.3电工量检测仪表
  智能网络多功能电力仪表是针对电力系统、工矿企业、公共设施、智能大厦的电力监控需求而设计的。它能测量所有的常用电力参数,如三相电流、电压,有功、无功功率,电度,谐波等。由于该电力仪表还具备完善的通信联网功能,所以我们称之为网络多功能电力仪表。智能网络多功能电力仪表具有很高的性能价格比,可以直接取代常规电力变送器及测量仪表。
  5.结束语
  随着计算机技术、信息技术和自动控制技术的飞速发展,智能化、信息化、网络化和集成化是当前工业企业的主要发展方向,水处理生产过程自动化必然会向着综合自动化方向发展,即包含生产自动化、管理自动化和市场运作自动化在内的综合系统,而检测仪表就就是城镇污水处理厂自动化控制和信息化管理的基础,因此在选择检测仪表时考虑到小城镇污水处理厂工程特点和现在及未来运行控制和管理要求,有所取舍,要有前瞻性,最终充分发挥在线检测仪表的实际效用,保证污水处理厂持久、健康、稳定的发展。
  参考文献:
  [1]周斌. 过程检测仪表在给排水工程中的应用.中南给水排水,2012(4):50-54.
  [2]伏小林,吴阿勤,马跃辉.小城镇污水处理厂工艺工程自动控制的选择与经济性分析.中国水污染防治技术装备论文集,2003(9):272-277.
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