基于在線監測系統對含鉛廢水超標排放監控及控制的設計和運用

劉真貞 聶瑩暉 鄭明明 全繼宏 朱艷 張栩 徐榮華 田一平

【摘 要】重金屬廢水因成分復雜，處理工序條件要求高，常出現處理不完全超標排放。在線監測系統僅能反映污染因子濃度，即使監測到超標，水依然排放污染環境。本研究提出了一種重金屬廢水在線監測系統監控及控制設計，通過控制污水處理過程中關鍵位置的pH回流控制閥，實現超標監控及控制。并詳細介紹了該系統在荷貝克電源（武漢）有限公司的實際運行情況，實踐表明這種監控及控制設計的應用，在一定程度上提高了重金屬污水在線監測系統的自動化程度，實現了廢水達標排放。

【關鍵詞】重金屬廢水 在線監測系統 超標 監控及控制 pH控制

污染源在線監測系統是以在線自動分析儀器為核心，以移動通訊為傳輸媒介，運用現代傳感技術、自動測量技術、自動監測技術、計算機應用技術以及相關的專用分析軟件和通訊網絡組成的一個綜合性的在線自動監測與預警系統[1]。該系統是利用現代監測技術、信息網絡技術和自動控制技術對排污企業實施全程監督控制，及時預防和處理污染事件發生的管理系統[2]。

傳統重金屬污水在線監測系統自動化程度不高，當進水污染物負荷超出工藝處理范圍或工況出現異常時，監控系統只能監測出出水污染物超標濃度，且超標廢水大多直接被排放到環境中，或企業投入更多的資金進行再次處理，這嚴重增加了生態環境和企業的負擔。本文主要針對傳統在線監測系統“只測不控”，提出了一種污水在線監測系統監控及控制設計方案，并在試點“荷貝克電源系統（武漢）有限公司”含鉛廢水在線監測系統中的應用。

1 監控及控制設計

1.1 pH對重金屬濃度的影響

重金屬離子在水中的溶解度與pH值有關，當堿加入含重金屬廢水中時，重金屬陽離子以氫氧化物或鹽的形態沉淀析出。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溶解現象。pH控制過低，重金屬離子不會完全沉淀析出，pH過高金屬氫氧化物就會出現反溶，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：

因在線監測設備在顯示監測的污染物濃度數據前，必須先完成水樣的采集與水樣的分析工作，故污染物因子的監測存在一定的滯后性。若監測到污染物超標后再啟動超標監控及控制系統，則超標污染物已被排放到環境中，無法實現超標監控及控制。本研究所設計的重金屬廢水在線監測監控及控制系統，根據pH值對廢水中重金屬濃度的影響，在污水處理工況過程中對pH進行監測，利用pH回流控制閥進行廢水超標監控及控制。

1.2 監控及控制系統結構

如圖1 所示，監控及控制系統主要由控制中心、控制單元、傳輸單元、采集存儲單元、廢水處理工藝裝置、監測設備這幾大板塊組成，其中傳輸單元、控制單元和采集存儲單元合稱數據采集傳輸儀，通過PLC控制程序對這些單元進行控制[3]。當數據采集傳輸儀采集傳輸到控制中心的數據小于等于控制中心的設定指令時，廢水各項指標保持在規定范圍內；當數據采集傳輸儀采集傳輸到控制中心的數據大于控制中心的設定指令時，就會通過控制廢水處理工藝裝置，使廢水各項指標保持在規定范圍內。

圖1 監控及控制系統結構設計

2 監控及控制系統功能

監控及控制設計運用在重金屬廢水在線監測系統，可以實現以下三方面功能：（1）根據數據采集傳輸儀采集并發送到控制中心到的數據，當采集到的pH值大于控制中心設定值時，重金屬廢水處理工藝裝置啟動自閉系統以阻止超標廢水排放到環境中，同時開啟回流系統將超標廢水輸送到污水進口，對污水進行再次處理，確保了排出的廢水能夠達標排放。（2）當在線監測設備發生故障或污水處理設施正停運檢修，出現出水污染物濃度超標情況時，系統可以自動報警給控制中心，控制中心經過反饋環節發送指令對現場設備進行故障自診斷、自處理。（3）通過監控及控制系統可以提高監控能力，有效防止企業偷排和漏排以及上報虛假數據等違規行為[4]。

3 實例運用

重金屬廢水在線監控系統監控及控制設計在荷貝克電源配件（武漢）有限公司中得到了實際應用。荷貝克電源系統（武漢）有限公司主要生產產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，其產生的污水主要是含鉛重金屬廢水。生產污水處理工藝采用物理化學法，主要包括預沉淀處理系統、中和處理系統、曝氣系統、二級pH調節系統、一步終端凈化、變頻供水裝置、污泥濃縮干化系統等工藝，廢水處理工藝流程見圖2，工藝流程界面見圖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，系統通過監測pH二級調節池和終端槽中pH值，分別控制污水處理過程中回流控制閥2與回流控制閥3，實現對現場污水處理工藝的監控及控制控制。

系統對工況過程中pH值進行監測分析，，判斷出出水是否屬于超標排放。當二級調節池或終端槽中pH值超出工藝過程規定的范圍，則系統將進行“超標報警”，并將超標信號自動發送到控制中心，在“自動控制”模式下，系統自動關閉排放泵，并打開回流控制閥，使未達標廢水重新回到污水處理系統原水調節池進行二次處理；當這兩個部位pH值都在工藝范圍內，表明出水重金屬濃度能達標排放，此時控制中心將自動開啟排放泵，污水順利排出。

圖4 監測記錄

圖4為系統查詢到的2013年1月25日到2013年1月26日監測數據。圖中顯示了九列數據，分別為時間、總鉛濃度、總鉛在線監測儀自檢溫度數據、總鉛在線監測儀自檢電壓數據、回流控制閥2狀態、回流控制閥3狀態、pH1（pH一級調節池pH值）、pH2（pH二級調節池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，這表明在該時段實現了超標監控及控制。

4 結語

重金屬廢水在線監測系統中的監控及控制設計，不僅實現了廢水超標排放，減輕了對生態環境的污染；而且它的應用與推廣在一定程度上提高了污染源在線監測自動化程度，提升了我國連續自動監測系統的的環境管理水平。

參考文獻：

[1] 管峰.我國污染源在線監測系統的管理完善和技術優化[J].環境研究與監測，2012，1：37-38.

[2] 于愛敏，于洋，范卉.談我國污染源在線監控與預警系統建設的問題[J].北方環境，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測系統的討論[J].油氣田環境保護，2012，22（3）：54-56.

[4] 李金國，焦建文，劉杰 等.揚州六圩污水廠的工藝改進及優化控制設計[J].中國給水排水，2009，25（22）：25-30.

項目：環保部環境監察局國控重點污染源自動監控運行管理（2014）課題

項目名稱：污染源自動監控現場端規范化程序研究

作者簡介：劉真貞（1982一），女，碩士研究生，研究方向：污染源與自動監測。