城市排水在线监测系统的应用

城市排水在线监测系统的应用盛平,喻一萍(1.江苏大学计算机科学与通信工程学院,江苏镇江212013;2.镇江市排水管理处,江苏镇江212001)摘要:探讨了城市排水监测方法及在线监测系统开发的必要性.介绍了镇江市排水管网和污水泵站的分布情况和监测要求,以及镇江市实时监测和自动控制系统的组成、数据处理情况;介绍了监测数据的无线传输方式,即GPRS无线传输系统的特点;介绍了在线监测仪器仪表等设备的选用情况.介绍了监测系统数据的实时显示原理.通过分析表明,GPRS尤其适用于各监测点所采集的数据与中心主机的通信.该市实时监测和自动控制系统可以实现全天候观测污水排放数据,了解pH值、流量、水位等数据的实时变化.通过该系统对部分重点排污企业监控点进行的观测结果表明,强酸强碱污水的偷排,不仅对城市排水管网、泵站以及污水处理厂的设施产生腐蚀危害,还会影响污水处理微生物的活性,降低污水处理能力.关键词:城市给排水;在线监测;污水处理;数据处理;GPRSApplicationofon2linemonitoringsystemofurbandrainageShengPing,YuYiping(1.SchoolofComputerScienceandTelecommunicationEngineering,JiangsuUniversity,Zhenjiang,Jiangsu212013,China;2.ZhenjiangSewageManagementBureau,Zhenjiang,Jiangsu212001,China)Abstract:Theurbandrainagemonitoringmethodandtheonlinemonitoringsystemarediscussed.Thedis2tributingstatusandmonitoringrequestofdrainingwaterpipenetworkinZhenjiangareintroduced,inclu2dingsewagepumpingstation,systemcomposition,dataprocessingofreal2timemonitorandautomaticcon2trolsystem.Thewirelesstransmissionmodeofmonitoringdata,thecharacteristicsofGPRSwirelesstrans2missionsystem,theselectionofequipmentonlinemonitoringinstruments,andthereal2timedisplayprinci2pleofthemonitoringsystemdataarealsointroduced.Throughtheanalysis,itshowsthatGPRSisparticu2larlywellsuitedtothecommunicationbetweenthosedatacollectedinmonitoringpointsandcentercomput2er.Thesystemofreal2timemonitorandtheautomaticcontrolmayrealizetheobservationforsewagedispos2aldataalldayandfindoutthereal2timechangesofdata,forexample,pHvalue,theflux,andwaterlev2e.lTheobservationresultindicatethattheillegaldischargeofsewagewithstrongacidandalkaliintotheurbansewagepipenetwork,thepumpingstation,aswellassewagetreatmentplants'facilitywillaffectthesewagetreatmentmicro2organismactivenessandreducethesewagetreatmentability.Keywords:urbanwatersupplyanddrainage;on2linemonitoring;sewagetreatmen;tdataprocessing;GPRS1城市污水排放在线监测作用和意义由于各种原因导致的水资源紧缺使得国家对污水处理问题特别重视.但是,污水处理厂的建设需要大量的投资,运行和维护也要花费大量的人工和资金,这些实际问题的出现,促使对于已有的管网、污水处理厂的设备、设施和仪器加倍保护的污水处理在线监测势在必行.我国城市污水处理领域已逐步应用在线监测系统[1,2],在线监测系统包括在线监测仪器、数据传输网络、数据处理、应用设施和业务信息系统,是集环境保护科学、在线监测、自动控制和数据通信、现代网络和信息系统为一体的新技术[3].对于市场化的城市污水处理厂,进行及时、准确的水质、水量监测是十分必要的.欧洲、美国等国的城市污水处理厂,一般都有比较完善的在线监测系统[4-7].而国内由于污水处理厂的体制问题、归属问题,以及在线监测成套设备生产的厂家极少,在线监测仪器基本都是进口仪表,需要集成和配套,对应于具体的在线监测任务,其监测系统的需求也具有很大的差异性.在国外城市污水处理和排放管理实践中,监控和数据采集系统(SupervisoryControlAndDataAc2quisitionsystems,SCADA)技术和数值模拟,已经成为城市排水在线监测技术与管理体系的标准设施.SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度管理的自动化系统,可以有效地改善城市排水系统的运行效果,提高排水设施的经济效益和社会效益.在国内,80年代中期以后,随着计算机和通信技术的发展,以及国内设备性能、可靠性和软件开发水平的提高,多家给排水企业开发了新一代分布式SCADA系统.但是针对排水监测技术和管理体系的研究较晚,SCADA系统应用在城市排水系统时,还未形成系统的城市排水监测技术和管理体系.城市污水排放在线监测与分析技术,利用现代检测仪表、数据通讯和模拟技术,实现对城市排水系统的实时动态监测和管理,达到最佳收集和处理城市污水源头数据,保护城市水体资源,整合优化城市排水资源配置的效果.由于现有不少企业将经过预处理的工业污水接入城市排水管网系统,因此,对这些工业污染源而言,做好它的管理控制才能保证城市排水设施正常运转;对污染排水户超标偷排进行实时监测,才能起到有效的监管作用.在许多实际工程中,城市排水监测技术与管理体系的环境效益和经济效益仍未得到充分发挥,还存在诸多问题.例如,在实际工作中发现过未经处理的强酸及强碱工业废水排放,直接进入城市排水管网和泵站后,直接影响排水管网、污水处理厂的设备、设施,甚至使污水处理效果变差.现代很多污水厂是采用活化污泥法(ActivatedSludgeProcess)处理工艺技术,主要通过微生物的新陈代谢将污水中的大部分有机、无机污染物质从水中分离,变成CO2和H2O,使污水得到净化.而微生物都要有它们适宜的pH值范围,在酸性太强或碱性太强的环境中一般不能生存,也不能生长,就不能在曝气生物滤池产生足够的活化生物去处理污水了.作者认为,监测系统通过对城市排水污染点源的在线控制,实时监测排水的水量、水质,可对超标排放污染源及时采取对应措施进行处理.2镇江市实时监测和自动控制系统镇江排水管理处负责主城区雨水排放处理、污水截流收集和污水处理工作.征润洲污水处理厂于2003年投入使用,现污水处理能力为1.8@105t/d,采用cast生物脱氮除磷工艺,以氧化塘为辅助.由于排水的不均匀性,污水处理厂采取削峰填谷的做法,利用部分原氧化塘系统作为调节池,增设调节泵站,增加蓄调能力,充分发挥了cast池的作用.2008年全年完成污水处理近5@107.t排水泵站及设备安装地理布局见图1.图1镇江市排水泵站设备安装地理布局Fig.1ZhenjiangCity,thedrainagepumpstationequipmentinstallationgeographicallayout根据镇江市排水管网和污水泵站的分布情况以及监测要求,整个系统由中央控制管理级(中控室)、现场控制级(各泵站PLC)和以太通讯网组成(如图2所示).图2控制系统框图Fig.2Controlsystemdiagram中控室由2台上位工控机(一用一备)、数码光路处理器(DigitalLightProcessor,DLP)控制器及大屏幕显示屏组成,完成对系统的监控、显示和管理任务.DLP技术是美国德州仪器公司开发的一种专利技术,以DMD(DigitalMicormirrorDevice)数字微镜作为成像器件的投影技术.每台工控机装有以太网卡,以便与中控室的以太网交换机连接,进而通过以太网与现场控制级组成分布式集中控制系统.现场控制级以A-BPLC为控制核心,完成对各泵站的监控与信息采集,通过PLC本身的以太网通信口和以太网交换机连接到以太网通信层,实现和中央控制管理级的高速互联互通.在线仪表[8]实时数据采集程序是通过底层DDE(动态数据交换)通讯技术从INTOUCH工控系统中获取.本系统在征润洲污水处理厂和江滨泵站全天候实时运行.在征润洲污水处理厂和各个泵站所需的实时状态工作点(例如氧化塘、消毒池、鼓风机,等等),均能将数据从中控室的上位机中采集到.目前设置的采集频率为每5min更新1次,能够及时反映各个仪表的数据及运行状态.通过在征润洲污水处理厂及江滨泵站管理所安装实施在线监测系统,在运行过程中,可以远程在线监测污水排放点源水质,通过数据采集、传送、处理等控制程序的运行,能够将整个污水处理过程(从重点排水户排口、污水处理厂、泵站、化验中心等生产运行部门)实时数据提供给管理者,深入实时地了解任何一个排水监测和控制点的运行状况.3在线监测与数据处理城市排水参数是突发和实时的.系统集成监测设备、无线远程通讯设备进入监测数据处理中心,这也是整个监测系统最基础、最根本的部分,监控中心内部由监测工作站、网络服务器及相应的配置应用管理软件和数据库组成,系统控制中心通过Internet和GPRS(通用分组无线业务)无线通信系统与排水监测的点进行双向数据通信.3.1现场数据的采集与处理在线仪表实时数据发送程序是采用VB.net与SQLSERVER数据库技术,将DDE采集到的数据,传输到服务器的DataBase中,将各个泵站的在线实时数据及时发送出去,实现在总公司可以在线及时监测各个泵站和重点排污点源运行情况的功能.数据主要有两种类型:模拟数据和数字数据.模拟数据(AnalogData)是由传感器采集到的连续变化的值,例如流量、压力、pH值等;数字数据(DigitalDa2ta)是模拟数据经量化后得到的离散值,在计算机中用代码表示的字符、图形、音频和视频数据,例如在线监测水质检测[9]数据详细结构信息(见表1).表1水质检测数据详细结构信息Tab.1Waterqualitytestingdataindetailstructureofinformation操作人员终端的基本接口是图形用户界面(GUI),以图形方式显示污水处理厂或者设备.在静态背景上,生动的数据显示为图形形状(前景).随着数据在现场的变化,前景被更新.现场来的数据被处理,如果存在警报,将以检测报警状态显示.在现场监测到的任何异常条件都贮存在中央主机.当现场变量随时间变化时,在线监测系统可提供一个趋势性的系统,其中特定变量的变化行为可以在图形用户界面屏幕上绘出.数据的采集方式通过DDE的方式来完成.在实际应用中需要根据采集后的数据进行分析处理,并且对照经验数据和现场实际测试数据作出误差和数据采集取样的调整,寻找出最佳数据处理计算方法.存入SQL数据库的是经过预处理的、从网络上接收到的污水排放管网口发来的信息数据,利用ASP(activeservepages)在远程