基于在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)含鉛廢水超標(biāo)排放監(jiān)控及控制的設(shè)計(jì)和運(yùn)用

劉真貞 聶瑩暉 鄭明明 全繼宏 朱艷 張栩 徐榮華 田一平

【摘 要】重金屬?gòu)U水因成分復(fù)雜，處理工序條件要求高，常出現(xiàn)處理不完全超標(biāo)排放。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅能反映污染因子濃度，即使監(jiān)測(cè)到超標(biāo)，水依然排放污染環(huán)境。本研究提出了一種重金屬?gòu)U水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控及控制設(shè)計(jì)，通過(guò)控制污水處理過(guò)程中關(guān)鍵位置的pH回流控制閥，實(shí)現(xiàn)超標(biāo)監(jiān)控及控制。并詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)在荷貝克電源（武漢）有限公司的實(shí)際運(yùn)行情況，實(shí)踐表明這種監(jiān)控及控制設(shè)計(jì)的應(yīng)用，在一定程度上提高了重金屬污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)了廢水達(dá)標(biāo)排放。

【關(guān)鍵詞】重金屬?gòu)U水 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 超標(biāo) 監(jiān)控及控制 pH控制

污染源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以在線自動(dòng)分析儀器為核心，以移動(dòng)通訊為傳輸媒介，運(yùn)用現(xiàn)代傳感技術(shù)、自動(dòng)測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及相關(guān)的專用分析軟件和通訊網(wǎng)絡(luò)組成的一個(gè)綜合性的在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)[1]。該系統(tǒng)是利用現(xiàn)代監(jiān)測(cè)技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)排污企業(yè)實(shí)施全程監(jiān)督控制，及時(shí)預(yù)防和處理污染事件發(fā)生的管理系統(tǒng)[2]。

傳統(tǒng)重金屬污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度不高，當(dāng)進(jìn)水污染物負(fù)荷超出工藝處理范圍或工況出現(xiàn)異常時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)只能監(jiān)測(cè)出出水污染物超標(biāo)濃度，且超標(biāo)廢水大多直接被排放到環(huán)境中，或企業(yè)投入更多的資金進(jìn)行再次處理，這嚴(yán)重增加了生態(tài)環(huán)境和企業(yè)的負(fù)擔(dān)。本文主要針對(duì)傳統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)“只測(cè)不控”，提出了一種污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控及控制設(shè)計(jì)方案，并在試點(diǎn)“荷貝克電源系統(tǒng)（武漢）有限公司”含鉛廢水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 監(jiān)控及控制設(shè)計(jì)

1.1 pH對(duì)重金屬濃度的影響

重金屬離子在水中的溶解度與pH值有關(guān)，當(dāng)堿加入含重金屬?gòu)U水中時(shí)，重金屬陽(yáng)離子以氫氧化物或鹽的形態(tài)沉淀析出。有的金屬氫氧化物是兩性化合物（如銅、鉛），在高堿性條件下出現(xiàn)溶解現(xiàn)象。pH控制過(guò)低，重金屬離子不會(huì)完全沉淀析出，pH過(guò)高金屬氫氧化物就會(huì)出現(xiàn)反溶，使水溶液中的重金屬離子含量增高。各重金屬氫氧化物沉淀析出的最佳pH范圍如下表：

因在線監(jiān)測(cè)設(shè)備在顯示監(jiān)測(cè)的污染物濃度數(shù)據(jù)前，必須先完成水樣的采集與水樣的分析工作，故污染物因子的監(jiān)測(cè)存在一定的滯后性。若監(jiān)測(cè)到污染物超標(biāo)后再啟動(dòng)超標(biāo)監(jiān)控及控制系統(tǒng)，則超標(biāo)污染物已被排放到環(huán)境中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)超標(biāo)監(jiān)控及控制。本研究所設(shè)計(jì)的重金屬?gòu)U水在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控及控制系統(tǒng)，根據(jù)pH值對(duì)廢水中重金屬濃度的影響，在污水處理工況過(guò)程中對(duì)pH進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用pH回流控制閥進(jìn)行廢水超標(biāo)監(jiān)控及控制。

1.2 監(jiān)控及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1 所示，監(jiān)控及控制系統(tǒng)主要由控制中心、控制單元、傳輸單元、采集存儲(chǔ)單元、廢水處理工藝裝置、監(jiān)測(cè)設(shè)備這幾大板塊組成，其中傳輸單元、控制單元和采集存儲(chǔ)單元合稱數(shù)據(jù)采集傳輸儀，通過(guò)PLC控制程序?qū)@些單元進(jìn)行控制[3]。當(dāng)數(shù)據(jù)采集傳輸儀采集傳輸?shù)娇刂浦行牡臄?shù)據(jù)小于等于控制中心的設(shè)定指令時(shí)，廢水各項(xiàng)指標(biāo)保持在規(guī)定范圍內(nèi)；當(dāng)數(shù)據(jù)采集傳輸儀采集傳輸?shù)娇刂浦行牡臄?shù)據(jù)大于控制中心的設(shè)定指令時(shí)，就會(huì)通過(guò)控制廢水處理工藝裝置，使廢水各項(xiàng)指標(biāo)保持在規(guī)定范圍內(nèi)。

圖1 監(jiān)控及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2 監(jiān)控及控制系統(tǒng)功能

監(jiān)控及控制設(shè)計(jì)運(yùn)用在重金屬?gòu)U水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)以下三方面功能：（1）根據(jù)數(shù)據(jù)采集傳輸儀采集并發(fā)送到控制中心到的數(shù)據(jù)，當(dāng)采集到的pH值大于控制中心設(shè)定值時(shí)，重金屬?gòu)U水處理工藝裝置啟動(dòng)自閉系統(tǒng)以阻止超標(biāo)廢水排放到環(huán)境中，同時(shí)開(kāi)啟回流系統(tǒng)將超標(biāo)廢水輸送到污水進(jìn)口，對(duì)污水進(jìn)行再次處理，確保了排出的廢水能夠達(dá)標(biāo)排放。（2）當(dāng)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)生故障或污水處理設(shè)施正停運(yùn)檢修，出現(xiàn)出水污染物濃度超標(biāo)情況時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)報(bào)警給控制中心，控制中心經(jīng)過(guò)反饋環(huán)節(jié)發(fā)送指令對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行故障自診斷、自處理。（3）通過(guò)監(jiān)控及控制系統(tǒng)可以提高監(jiān)控能力，有效防止企業(yè)偷排和漏排以及上報(bào)虛假數(shù)據(jù)等違規(guī)行為[4]。

3 實(shí)例運(yùn)用

重金屬?gòu)U水在線監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控及控制設(shè)計(jì)在荷貝克電源配件（武漢）有限公司中得到了實(shí)際應(yīng)用。荷貝克電源系統(tǒng)（武漢）有限公司主要生產(chǎn)產(chǎn)品有固定式鉛酸蓄電池、纖維式鎳鎘蓄電池、叉車蓄電池和金屬部件噴塑噴涂等，其產(chǎn)生的污水主要是含鉛重金屬?gòu)U水。生產(chǎn)污水處理工藝采用物理化學(xué)法，主要包括預(yù)沉淀處理系統(tǒng)、中和處理系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)、二級(jí)pH調(diào)節(jié)系統(tǒng)、一步終端凈化、變頻供水裝置、污泥濃縮干化系統(tǒng)等工藝，廢水處理工藝流程見(jiàn)圖2，工藝流程界面見(jiàn)圖3。

圖2 荷貝克污水處理工藝流程圖

圖3 廢水處理工藝流程界面圖

從上圖中可以看出，系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)pH二級(jí)調(diào)節(jié)池和終端槽中pH值，分別控制污水處理過(guò)程中回流控制閥2與回流控制閥3，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)污水處理工藝的監(jiān)控及控制控制。

系統(tǒng)對(duì)工況過(guò)程中pH值進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，，判斷出出水是否屬于超標(biāo)排放。當(dāng)二級(jí)調(diào)節(jié)池或終端槽中pH值超出工藝過(guò)程規(guī)定的范圍，則系統(tǒng)將進(jìn)行“超標(biāo)報(bào)警”，并將超標(biāo)信號(hào)自動(dòng)發(fā)送到控制中心，在“自動(dòng)控制”模式下，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉排放泵，并打開(kāi)回流控制閥，使未達(dá)標(biāo)廢水重新回到污水處理系統(tǒng)原水調(diào)節(jié)池進(jìn)行二次處理；當(dāng)這兩個(gè)部位pH值都在工藝范圍內(nèi)，表明出水重金屬濃度能達(dá)標(biāo)排放，此時(shí)控制中心將自動(dòng)開(kāi)啟排放泵，污水順利排出。

圖4 監(jiān)測(cè)記錄

圖4為系統(tǒng)查詢到的2013年1月25日到2013年1月26日監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。圖中顯示了九列數(shù)據(jù)，分別為時(shí)間、總鉛濃度、總鉛在線監(jiān)測(cè)儀自檢溫度數(shù)據(jù)、總鉛在線監(jiān)測(cè)儀自檢電壓數(shù)據(jù)、回流控制閥2狀態(tài)、回流控制閥3狀態(tài)、pH1（pH一級(jí)調(diào)節(jié)池pH值）、pH2（pH二級(jí)調(diào)節(jié)池pH值）、pH3（終端槽pH值）。紅色方框中的記錄顯示2013年1月26日15：36：12～15：38：14回流控制閥2打開(kāi)，這表明在該時(shí)段實(shí)現(xiàn)了超標(biāo)監(jiān)控及控制。

4 結(jié)語(yǔ)

重金屬?gòu)U水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的監(jiān)控及控制設(shè)計(jì)，不僅實(shí)現(xiàn)了廢水超標(biāo)排放，減輕了對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染；而且它的應(yīng)用與推廣在一定程度上提高了污染源在線監(jiān)測(cè)自動(dòng)化程度，提升了我國(guó)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的的環(huán)境管理水平。

參考文獻(xiàn)：

[1] 管峰.我國(guó)污染源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管理完善和技術(shù)優(yōu)化[J].環(huán)境研究與監(jiān)測(cè)，2012，1：37-38.

[2] 于愛(ài)敏，于洋，范卉.談我國(guó)污染源在線監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)的問(wèn)題[J].北方環(huán)境，2010，22（4）：91-94.

[3] 管峰，李振林，陳陸建 等.基于反饋控制的油田污染源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的討論[J].油氣田環(huán)境保護(hù)，2012，22（3）：54-56.

[4] 李金國(guó)，焦建文，劉杰 等.揚(yáng)州六圩污水廠的工藝改進(jìn)及優(yōu)化控制設(shè)計(jì)[J].中國(guó)給水排水，2009，25（22）：25-30.

項(xiàng)目：環(huán)保部環(huán)境監(jiān)察局國(guó)控重點(diǎn)污染源自動(dòng)監(jiān)控運(yùn)行管理（2014）課題

項(xiàng)目名稱：污染源自動(dòng)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)端規(guī)范化程序研究

作者簡(jiǎn)介：劉真貞（1982一），女，碩士研究生，研究方向：污染源與自動(dòng)監(jiān)測(cè)。