污水处理工程中仪表的设置及发展趋势

污水处理工程中仪表的设置及发展趋势苏新苏新先生，中国市政工程中南设计研究院高级工程师。关键词：污水处理沉淀池仪表污水包括生活污水、工业废水、被污染的降水及其他污染水。按化学成分划分，污水中的污染物可分为有机性和无机性两大类。针对这两大污染物的类别，常用污水处理方法也可分为物理处理方法和生物处理方法(化学处理方法由于处理成本太高在此不予阐述)。前者主要是通过格栅、网筛和各种沉淀池，去除污水中的固体悬浮物。后者主要是通过各类生物处理池内微生物的代谢活动对污水中的有机污染物进行降解，从而达到最大限度地降低污水中有机污染物含量的处理目的。常用的污水处理工程一般都采用物理处理和生物处理相结合的处理工艺对污水进行处理使之达标排放。对污水处理厂的仪表设计来讲，主要是根据不同的工艺流程，找出关键的检测点和检测参数，用最少的仪表系统投入，来最大限度地满足生产管理人员对生产过程全面、准确、及时了解的需求。并为计算机控制系统提供最佳的信息。一格栅间污水处理工程中格栅间内安装的主要设备是格栅机，它用来拦截、清除污水中的漂浮物。格栅机分粗格栅和细格栅两类，形式也多种多样。但其工作原理都是通过栅条拦截污水中的漂浮物，当栅条上拦截的漂浮物过多以至影响到格栅过水时，启动机械装置清除栅条上的漂浮物。就这样循环往复。从这个工艺过程来看，格栅间设置仪表的主要目的是发现栅条上拦截的漂浮物过多以至影响格栅过水的条件。从流体力学的角度讲，随着栅条上漂浮物的增多，栅条处的水阻会随之增大，这样必定会在栅前和栅后形成一个水位差，因此应在格栅机前后分别设置水位计。水位计可以是投入式的，也可以是超声波式的。当两台水位计的测量差值≥20～40mm时，可得出栅条上漂浮物需要清除的结论。通过手动或自动控制系统给出启动机械装置的指令。在具体的工程实践中，可以针对不同的工艺条件，对上述的仪表设置作适当调整。如当栅后水位为基本恒定时，可以仅在格栅机前设置水位计。二旋流沉砂池旋流沉砂池利用旋转水流的磨擦作用对污水中的砂砾进行清洗并使之沉淀下来。生产管理者最为关心的是排砂问题，即何时启动排砂泵排除旋流沉砂池砂斗中的积砂。排砂周期太长，砂斗中积砂容易板结，造成排砂不彻底；时间太短，每次排砂夹带出大量的水，造成能量浪费。理论上可以在砂斗中设置砂位计来解决这个问题。但选择一个恰当形式的砂位计安装在砂斗中非常困难。一般城市每立方米污水中含砂仅为0.03L，含砂量非常低。在旋流沉砂池中沉积的砂砾量也很小。所以，我认为在一般情况下在旋流沉砂池可不设置任何仪表，排砂问题可以采用定时排放的办法来解决。三沉淀池沉淀池通过重力沉淀的原理，去除污水中的泥等悬浮物。它有幅流式、平流式、周进周出、周进中出等多种形式。根据它在污水处理工艺中的位置不同，还可把沉淀池分为初次沉淀池和二次沉淀池。沉淀池中一般装有刮泥桁车，它以非常慢的速度连续运行。生产管理人员需要了解的是它什么时候要排泥，每次排泥持续多长时间。在初次沉淀池中可以考虑在泥斗中设置泥位计检测泥位，当泥位到达一定高度时开启排泥阀进行排泥。但是，在有些池型中装泥位计非常困难，而泥位计的价格也比较贵。所以在一般的污水处理工程中建议不要装设泥位计，而以时间周期来控制初沉池的排泥。初沉池开始排泥后，一般根据经验设定一个时间，称之为排泥时间，从排泥开始至该时间到时，排泥阀闭合，排泥过程结束。在一些规模较大的污水处理工程中，也可以考虑在初沉池的排泥管中设置多功能管道检测仪，它可测量管道中流体的流速，也可测量管道中流体的质量。这样，生产管理者或计算机控制系统就能准确知道什么情况下排泥过程该结束了。该方法既可避免排泥时间过短造成排泥不完全，又可避免排泥时间过长，最后排出的不是泥而是水，从而加大污泥处理系统的负荷，增大运行成本。由于二沉池的排泥以连续方式进行，所以在二沉池可以不设置任何仪表。四生物处理池生物处理池是污水处理工程中最重要的处理构筑物，为污水的生物处理提供场所和条件。生物处理池形式多种多样，本文仅以其中较复杂的A2O处理工艺为例(如图所示)，简单阐述其中部分仪表的设置问题。在工艺设计中，把生物处理池划分为厌氧、缺氧、好氧三个区。由于每个区的工艺条件不同，生长的微生物种类也不完全一样，使每个区的处理功能不一样，通过这些不同的功能组合，达到除磷脱氮的处理目的。虽然厌氧、缺氧区可以去除一部分BOD、COD，但好氧区的去除能力更为突出。好氧区好氧菌群数量的多少与其处理效果有着直接的关系。好氧菌数量偏少，对有机污染物的降解作用进行得不充分，处理效果当然不会好；数量偏大时，好氧区中的需氧量也会随之增大，造成能源的浪费。了解好氧菌群在好氧区的数量并使之维持在一个合适的范围内，对生产管理者而言是一个重要的问题。活性污泥是一种絮状污泥，其主要组成部分就是微生物——好氧菌。所以污泥浓度间接反映了好氧菌的数量。在好氧区设置污泥浓度计是非常必要的。它不仅使管理者能直观地了解好氧菌的生长情况，也为回流污泥量的确定提供了依据。需要在好氧区设置的另一个重要仪表是溶解氧。从好氧区进行的一个重要反应—硝化反应的方程式看：NH4++2O2→NO3-+2H++H2O+能量好氧区有无足够的氧，与硝化反应能否完成至关重要，同时氧还是好氧菌能否正常生活的一个关键因素。通过在好氧区设置溶解氧仪，生产管理者或计算机控制系统可据此调节供氧量使之保持在一个合理范围内。理论上，厌氧区溶解氧值应保持为零，缺氧区溶解氧应≤0.2mg/L。设计中通过采用一些工程措施予以保证。在小型污水处理工程中，如果使用A2O工艺，建议在厌氧和缺氧区不设置工艺过程仪表。在大型污水处理工程中，可以设置氧化还原电位计或溶解氧仪，使生产管理者对厌氧和缺氧区进行的生化反应有所了解，做到心中有数。由于氧化还原电位与溶解氧的浓度和硝酸根离子的浓度有关，个人认为，在上述情况下，使用氧化还原电位计更合适。因为从缺氧区的反硝化反应和厌氧区的聚磷菌的放磷过程看，它们都不仅与溶解氧有关，还与硝酸根浓度有关。在生物处理池的进水和出水处设置BOD、COD、NH等在线仪表，直接观察其处理效果也是一个好的仪表设计方案，但此类仪表价格太高，一般用户难以承受。也许，在不久的将来，随着此类仪表价格的大幅降低，我们在设计中将有更多的机会选择使用这类仪表。目前，大部分情况下，这些重要的参数还只能在化验室通过检验的方法获得。五其他部位仪表的设置任何污水处理厂对进水和出水水质的测量都是非常必要的。进水处需要测量的参数一般有：SS、DO、pH、水温、流量等。检测仪表的安装部位在格栅与沉砂池之间为宜。出水处需要测量的参数一般有：SS、DO、余氯等。污泥处理部分的工艺相对简单一些，使用的仅为一些物位和流量仪表。近年来大量使用一体化脱水机更是将一切都包含其中，使这一部分的仪表设计变得更为简单。六污水处理行业相关仪表的发展趋势污水处理行业相关仪表的发展趋热主要表现在如下两个方面：(1)污水处理行业相关的仪表种类越来越多、越来越全。目前污水处理工程中非常重要的参数如BOD、COD、氨氮、总磷、总氮等均有在线式过程仪表产品可供选择。虽然目前价格还非常昂贵，相信随着技术水平的不断提高，在不久的将来一般污水处理工程都有能力装备这些仪表。(2)污水处理行业相关仪表正向着小型化、智能化、网络化方向迅速发展。随着微电子技术、计算机技术的发展，仪表行业开始大量使用这些技术。仪表的体积越来越小、电耗越来越低、但功能越来越强、使用越来越方便。近年来随着计算机网络技术的发展，相当多的仪表生产厂家已推出具有网络接口的污水处理相关仪表产品。使用这些产品可方便通过Profibus等现场总线将仪表的测量信号以数字的方式传送至计算机控制系统。在连接非常方便的同时，由于使用了数字传输方式，去除了传统仪表中模/数和数/模转换过程中产生的偏差，提高了仪表的精确度。（全文完）来源：《世界仪表与自动化》出版日期：2005年3月