在线污水检测系统解决方案

日益严格的环保法规对系统化的污水处理工艺提出了更高的要求，有效的自动化控制、快速特殊的过程控制或过程调整，都要求使用切实有效的在线过程检测系统，特别是在利用生物净化去除水体的有机营养成分的工艺中。要满足上述要求，就需要有一套灵活的、全面的系统解决方案，该方案必须覆盖所有的水、污水处理过程，从取样到分析监测。评估在线分析监测系统的灵活性的主要指标是它们的反应能力，即是否能够经济有效地满足现在以及未来的要求。这一点对于较大投资的氮、磷分析仪来说非常重要。有签于此，德国WTW推出了TresCon分析系统（“通用分析平台”）和PurCon取样系统的完美组合，可完全满足整套系统的要求。

 

氮和磷在追求“更先进的污水处理工艺”的要求框架中扮演着越来越重要的角色。通过在线监测NH₄^＋、NO₃^－、PO₄^3－，用户可以获得有关整套污水处理工艺的处理效果好坏的信息，以及需要作哪些更改和控制。

另外，在线测试这些参数可以减少操作成本，在有异常情况发生时，采取相应的控制，举例如下 ：

–         通过在线监测磷酸根，可以控制沉淀剂的添加量，节省药剂开支。

–         在曝气过程中，通过测试氨的浓度来调整水中氧气含量，可大大节省电能消耗，提高反硝化过程 的处理效率。

–         在反硝化过程中，通过监测硝酸根来控制前续反硝化过程的内部循环，便于实现优化控制。

不过，需要特别指明的是，操作成本和出口水质直接相关，不能把二者分离开来单独优化。那些需要在线测试的参数，或用来作控制、调整的参数，相对于其它因素而言，与污水的成分、污水厂的构造 特点，以及所采用的控制方法的关系更加密切。因此要求在线监测系统要有一定的适应性，如在污水厂扩展的容许框架内，或水体基质发生变化时（其它排放源），系统还能正常运作，不受影响。

 

　　在线监测氮、磷的方法有许多种，每种方法都具有不同的特性，在选择安装地点和样品介质成分时，必须特别考虑到不同方法的特性。测试氨主要有两种成熟的方法：分别是气体感测电极法（电位）和靛酚蓝法（光度法）。测试硝酸根时，通常选择紫外吸收法（光度法），原因在于，跟离子选择电极法（电位）相比，UV吸收法不受水样其它成分，如腐殖质、表面活性剂的交叉干扰。有两种经实践认可的几乎等同的比色法用来测试正磷酸盐：一种是蓝钼比色法，另一种是钒酸钼比色法。

比色法的基本依据其实就是实验室的标准方法，只不过它可实现“自动化”测试，便于在线连续测试。例如：在测试正磷酸盐时，要往样品中持续添加显色剂，以改变水样的颜色，然后放到光电比色槽中用特定波长的光照射，从而测试颜色变化量。同时，用精密蠕动泵输送样品和试剂，可以保证极佳的混合比率，从而提高了测试结果的准确度和再现性。另外，这种测试系统还要求能够实现完全自动校正，校正间隔可调，使用两种标准液。上面所述的测试方法都有一个共同点，即技术改造成本比其它测试方法相比，如pH、溶解氧、电导率，要昂贵许多。因此，初期构置和维护成本非常的高。

 

　　对这类在线监测系统的基本要求就是要能够连续操作运行，特别是作为监测和控制变量的时候。首先要考虑的是响应时间和投资成本，其次是：操作是否完全自动化？灵敏度是否足够？再现性是否良好？有无自我检验功能？以及试剂消耗是否省？这些都是需要特别考虑的因素。测试系统的响应时间在很大程度上取决于所选择的测试方法，用户必须仔细核对不同厂家提供的技术规格单。系统的可靠性如何，决定因素在于取样系统选的是否合理，而取样系统主要根据取样地点，取样方式来选择。

　　取样系统具有分离样品中的固体颗粒，除去水中的微生物，供给分析系统足够的测试样品的作用。如果固体颗粒进入到了蠕动系统中，将引起管路堵塞，因为蠕动管的口径通常很小，以保证恒速输出和较小的试剂消耗。微生物不仅会改变样品的成分，而且由于新陈代谢，会附着在管的内壁上，引起管径变小，管壁结垢。固体颗粒和微生物会导致错误的测试结果，久而久之，会使整套测试系统崩溃。

　　选择合适的取样系统主要取决于取样地点，在污水厂中，取样地点有可能是从入口到曝气池之间的任何地方。因此，固体颗粒和微生物的含量是不定的，在污水厂的入口到曝气池之间的任何区域，这两者的浓度比出口高得多。所以，要选择正确的取样装置，符合实际工况条件。而在排放口，相对而言监测比较简单，因为排放水接近自然的成分。在生化反应过程中进行测试，主要目的在于监测、控制对生化反应和沉淀磷酸盐有影响的参数。

 

在过去的几年内，有两种专门用于曝气池的取样方法从其它方法中脱颖而出，分别是：

·         超纯过滤法

·         沉积法

　　超纯过滤系统（UF）：实践表明，该系统完全可用在曝气池中，可以同时为多台分析仪供应足够的，不含固体颗粒和微生物的样品。超纯过滤系统可以连续运行，这是整套测试系统响应是否快速的先决条件，因为取样系统的响应时间将影响整套测试系统的响应时间，而整套系统的响应时间是能否实现有效的处理控制的先决条件。

　　不过，虽然UF有上述的两个主要优点，由于受到工作原理的限制，UF也有两个主要缺点：

·         这类系统价格昂贵，原因在于它采用双重构造。所谓的双重构造，就是有两套互相独立的，完全相同的系统，当其中一套有故障时（如沾污引起进样体积不够），另一套将自动切换过来，顶替有故障的一套。相对而言，这类系统价格较高，且要经常维护。

·         为了能够正常运行，该系统要求有很大的流速（约35 gpm），以便把渗透过来的干净样品抽取出去。而且要配一个大功率的潜水泵（＞2 KW），用来抽取样品，从另一个角度讲，无形 中增加了电能消耗。

　　沉积系统：从字面上看，这类系统采用沉积原理。样品先打到一个槽中沉淀，过了一段时间 后（间隔可设），再抽取出上清液。该系统可避免UF系统的缺点，即操作、投资成本高，不过，与UF相比，工作原理决定了该系统有明显的弱点。实际上，固体颗粒沉积效果好坏跟沉积时间有很大关系。因此，不可能得到不含固体颗粒的样品。而且，当样品沉积效果很差时，如泥浆，需要很长的沉积时间，这与提高响应速度和以监控为目的的连续取样的要求相矛盾。

除此之外，该系统不能满足使分析系统可靠运行所需的必要条件。由于微生物的浮力和迁移影响，上清液必定含有微生物，将导致错误的测试结果，甚至引起整套测试系统的崩溃。因此，这类系统只能用在少数几个场合中，如污水厂的排放口。不过，已经有用于排放口的不需要取样系统的分析仪问世了。

 

　　用于生化反应过程中的取样系统是恶劣场合的典型代表。由于监测、控制生化反应过程的意义非常重大，涉及到污水处理的优化组合，因此用户必须有一套实用的解决方案，该方案不仅要避免现有系统的缺点，还要使整套系统（包括取样系统和分析仪器）完全可以胜任各种应用，提供可靠的测试值。

　　德国WTW正是基于上述考虑才研制开发出PurCon取样系统，它申请了专利，符合上述要求。PurCon结构紧凑、安装简单、可连续操作运行，运用改进的薄膜渗透过滤原理。

·         样品由一台潜水泵打入PurCon系统中。在系统中，介质流过孔径只有0.4 um的薄膜，薄膜表面一直有气泡流过，避免沾污，这就是所谓的“气泡清洗法”。

·         渗透出来的样品连续不断地供给分析仪器。由于样品在取样系统中的停留时间很短（一般1－2分钟），因此不会改变样品中待测的阴离子和阳离子。

该系统符合DIN 38 405 和 DIN 38 406 标准规定，在线测试结果符合DIN规范，有很好的可比性。PurCon 可为3台分析仪连续供应不含固体颗粒和微生物的样品。新型的“气泡清洗法”使测试系统6个月不用任何保养也可连续地应用在污水处理厂中。PurCon的操作与不同生物泥浆的沉积效果无关，因此可不受限制地用在生化污水处理厂的任何地方，与德国WTW提供的分析仪构成一套完整的测试系统。

 

　　对测试废水的在线氮、磷分析系统的更进一步要求就是低投资成本。一套较好的测试系统投资成本取决于测试哪些参数。此外，还必须考虑到取样系统的投资成本。对于有监控要求的较大型的污水厂，这意味着光这些仪器设备，投资就要陡升到六位数。不仅如此，即使花费了大量的投资，也不能保证这些配套系统有较好的灵活性。如果将来污水厂要更新设备，或升级时，这些系统只能部分更改，其它都要被淘汰掉，这将造成极大的浪费。德国WTW已经意识到这个问题的严重性，因此开发出革命性的解决方案，即新型的TresCon系统：

　　TresCon 是一种模块化的系统，适于连续监测污水厂中的特定参数，如NH₄^＋、NO₃^－、NO₂^－，PO₄^3－ 。TresCon与传统的系统相比有显著差别：TresCon是基于分布式智能化原理。即由一个中央控制单元协调控制许多个自给自足的分析单元，共同组成一个模块化的组合系统。根据用户的要求，可以安装1到3个相同或不同的测试模块。该模块化的设计思想，跟传统的单台仪器相比，不仅可以降低成本，而且可以非常灵活地配置每个测试方案。中央控制单元采用标准的，界面友好的菜单操作，有一个大尺寸图表显示屏，因此可以确保在同一个地方查看所有的测试值和每个分析单元独有的信息。

　　除了在技术上领先外，TresCon还具有先进的软件功能，如内置代数运算功能，成本控制功能，可自己输入测试方法并永久保存下来，以及许多种新型、有用的服务工具等。