關(guān)于污水處理廠的儀表的問題，如何解決？

【專家解說】：污水處理過程的監(jiān)視與控制系統(tǒng)由模型、傳感器、 局部調(diào)節(jié)器和上位監(jiān)控策略等4個(gè)部分組成。其中， 傳感器是污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)中最薄弱，也是最重要、 最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)。 日益嚴(yán)格的污水排放標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致了污水處理工藝流程和裝備的復(fù)雜化， 對用于污水處理過程監(jiān)視與控制的傳感器的性能也提出了更高的要求 ，促進(jìn)了污水處理領(lǐng)域傳感器技術(shù)的發(fā)展， 一些適用于污水處理過程的新型傳感器相繼問世。 污水處理過程是復(fù)雜的生化反應(yīng)過程，所涉及的儀器儀表種類繁多， 多數(shù)傳感器是污水處理過程所特有的，分別應(yīng)用于不同的場合， 反映一個(gè)或多個(gè)特定變量的狀態(tài)信息變化。 污水處理工藝一般由機(jī)械處理、生化處理和化學(xué)處理構(gòu)成， 其中涉及液相、固相、氣相三種物質(zhì)成分。 監(jiān)視這些相態(tài)的儀表可以簡單地分為通用型和特殊性兩大類。 2、污水處理過程的通用儀表 通用測量儀表包括溫度、壓力、液位、流量、pH值、電導(dǎo)率、 懸浮固體等傳感器。 ①厭氧消化過程由于常常實(shí)施溫度控制，溫度傳感器顯得更加重要。 典型的溫度測量元件是熱電阻 ②壓力測量值常常用作曝氣和厭氧消化過程的報(bào)警參數(shù)。 ③液位測量用于水位監(jiān)視，通常采用浮標(biāo)、差壓變送器、容量測量、 超聲水位檢測等方法測量。 ④流量監(jiān)測儀表主要有堪板、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、渦輪式流量計(jì)、 靶式計(jì)量槽、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等。 ⑤pH值是生化過程中的一個(gè)重要變量， 更是厭氧消化和硝化過程的關(guān)鍵值， 通常在污水處理廠都安裝有pH電極浸人污泥中， 通過不同的清潔策略可以實(shí)現(xiàn)長期免維護(hù)。 對于具有高度緩沖能力的廢水，pH值測量對過程變化可能不敏感， 因此不適合于過程監(jiān)督與控制， 這種情況可以用碳酸鹽測量系統(tǒng)代替。 ⑥電導(dǎo)率傳感器用于監(jiān)視進(jìn)水成分的變化， 同時(shí)也是化學(xué)除磷控制策略的基礎(chǔ)。 ⑦ 傳統(tǒng)的生物量測量是根據(jù)懸浮粒子對入射光的散射及吸光度進(jìn)行估計(jì) 。隨著靈敏的光檢測儀的出現(xiàn)， 能夠自動進(jìn)行光效應(yīng)測量的傳感器得以問世。 大多數(shù)商業(yè)傳感器使用了一個(gè)發(fā)射低可視光或紅外光的光源， 在這個(gè)區(qū)域內(nèi)大多數(shù)介質(zhì)表現(xiàn)低吸光度。 生物量濃度也可根據(jù)超聲波在懸浮物和微生物之間游離溶液的速度差 確定。 3、厭氧消化過程中的傳感器 生物氣流量的測量在厭氧消化過程中得到廣泛采用， 它可以表示反應(yīng)器的總體活性。 近年來一些專用技術(shù)被用來監(jiān)視氣體成分。 典型的實(shí)驗(yàn)室方法是洗瓶分離方法， 根據(jù)進(jìn)瓶前和出瓶后的流量比可以確定氣體成分。例如， 堿洗瓶將能夠收集所有的C02、H2S而允許CH4通過。 更專業(yè)的氣體分析儀可以直接監(jiān)視氣體成分含量， 如紅外吸收測量儀用來確定C02和CH4含量， 專用氫分析儀也已基于化學(xué)電源研制而成。 氣相H2S測量儀可以通過監(jiān)視硫化物對鉛剝離的反應(yīng)來確定H2S 含量。 基于氣體分析的監(jiān)視系統(tǒng)的主要問題是不能直接預(yù)測液相中相應(yīng)氣體 的濃度?？梢灾苯訙y量溶解氫的浸入式傳感器已經(jīng)研制成功。 燃料電池是此種傳感器的核心。 H2S和CH4的直接測量儀器至今未見報(bào)道。 pH測量不容易對不平衡厭氧消化槽進(jìn)行檢測， 特別是當(dāng)混合液的堿度高時(shí)。 這種情況下可對混合液體中C02和碳酸鹽進(jìn)行測量。 堿度主要取決于碳酸鹽緩沖物， 因此常常被用于厭氧消化的控制策略中。 碳酸鹽監(jiān)視器已被開發(fā)應(yīng)用于實(shí)際厭氧消化過程。 估計(jì)碳酸鹽堿度的基本原理有兩個(gè)。其一為滴定法， 先進(jìn)的在線滴定傳感器可以同時(shí)監(jiān)視氨、碳酸鹽等不同的成分。 對堿度進(jìn)行在線確定的另一方法基于對樣品酸化而得到的氣態(tài)C02 的定量?？梢圆捎脷怏w流量計(jì)測量所產(chǎn)生的氣體的體積。 所有的生物活性都可用熱量的產(chǎn)生來表征。 通過熱量計(jì)對熱量的測量可以直接洞察生物過程變化。 污水處理過程首選的是流量熱量計(jì)。 揮發(fā)性脂肪酸(VFA)是厭氧消化過程最重要的中間產(chǎn)物。 他們的聚集會引起pH值的降低而導(dǎo)致過程厭氧消化過程的失敗。 通常通過VFA濃度監(jiān)視作為過程性能指示， 但很少實(shí)施在線傳感器。 最先進(jìn)的測量儀器包括氣相色譜儀或高壓液相色譜儀。 傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR) 作為在線多參數(shù)傳感器可以同時(shí)提供COD、TOC、 VFA等參數(shù)的測量。FT-IR不需要添加任何化學(xué)品， 且只需要很少的維護(hù)，但其校準(zhǔn)比較困難。 更具可靠性的測量是采用滴定計(jì)通過兩步滴定或滴定反滴定提供采樣 中的VFA含量。 生物傳感器近年來在污水處理行業(yè)得到發(fā)展應(yīng)用。 VFA分析儀可以決定消化液體中VFA濃度； MAIA生物傳感器可對代謝活性進(jìn)行測量； RANTOX生物傳感器用于檢測即將來臨的有機(jī)物過載及毒性負(fù)載 。 4、活性污泥過程中的傳感器 氧在活性污泥過程中起著非常重要的作用， 且相關(guān)的曝氣費(fèi)用約占全部運(yùn)行費(fèi)用的40%, 因此氧傳感器成為廢水處理廠最廣泛的測量監(jiān)視儀表。 氧測量基于液體中擴(kuò)散氧的電化學(xué)反應(yīng)。溶解氧(DO) 傳感器是可靠準(zhǔn)確的測量儀表，但必須謹(jǐn)慎選擇合適的測量位置， 并防止結(jié)垢。目前自動清潔系統(tǒng)已經(jīng)相當(dāng)普遍， 一些裝備清潔系統(tǒng)并可進(jìn)行自校準(zhǔn)的溶解氧傳感器已有應(yīng)用。 DO傳感器被廣泛用于曝氣過程的控制，節(jié)省了大量投資， 所獲得的信息也可用于監(jiān)視任何活性污泥處理過程。 呼吸量是對活性污泥呼吸速率的測量與解釋， 定義為在單位時(shí)間內(nèi)單位體積活性污泥中微生物所消耗的氧。 它是表征廢水和污泥動力學(xué)的常用工具。 呼吸計(jì)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)反應(yīng)器，測量結(jié)果易受實(shí)驗(yàn)條件變動的影響。 廢水的生物可降解成分通過離線測量生物需氧量(BOD5) 的標(biāo)準(zhǔn)方法獲得。 BOD5是5天內(nèi)有機(jī)溶質(zhì)生物氧化所需溶解氧量。 BOD5實(shí)驗(yàn)不適于自動監(jiān)視和控制，因?yàn)橥瓿蓪?shí)驗(yàn)需要較長時(shí)間， 且很難達(dá)到一致的準(zhǔn)確測量。 廢水負(fù)載的在線測量根據(jù)短期BOD估計(jì)實(shí)現(xiàn)。 目前使用的在線BODst方法有兩種： 呼吸測量儀和微生物傳感器。 Vanrolleghem等提出的呼吸測量傳感器RODTOX能 夠監(jiān)視BODst和廢水潛在毒性。該傳感器有由一個(gè)恒定曝氣、 完全混合的批反應(yīng)器構(gòu)成，內(nèi)含10升污泥， 可以得到大動態(tài)范圍內(nèi)BODs。微生物傳感器由固化電池、 薄膜和一個(gè)溶解氧探測儀組成， 最適合包含多種微生物的活性污泥系統(tǒng)。為了維護(hù)其功效， 微生物BOD傳感器需要精心維護(hù)與儲藏。 大多數(shù)微生物BOD傳感器壽命較短，從幾天到幾個(gè)月。 廢水處理廠最廣泛監(jiān)視的變量是化學(xué)需氧量COD。 COD自動監(jiān)測儀可以每隔1~2小時(shí)進(jìn)行一次自動監(jiān)測， 根據(jù)氧化分解的條件分為酸性法監(jiān)測儀和堿性法監(jiān)測儀。 COD實(shí)驗(yàn)的主要限制是不能區(qū)分可生物降解和惰性有機(jī)物。 TOC表示污水中總有機(jī)碳的含量， 也是表征水體受有機(jī)物污染程度的一個(gè)指標(biāo)。 TOC測量的主要原理是將有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為C02, 隨后在氣相中測量這種產(chǎn)物，據(jù)此求出水相中有機(jī)碳濃度。 典型的測量儀器是紅外線抽氣分析儀。 TOC被認(rèn)為是一個(gè)很好的監(jiān)視參數(shù)，特別是監(jiān)視排水質(zhì)量。 許多廢水成分吸收紫外光。 紫外線的吸收與廢水中的有機(jī)物有著密切的關(guān)系。 紫外線吸光度自動監(jiān)測儀引人廢水處理系統(tǒng)用于檢測水污染程度或評 價(jià)排放質(zhì)量。最近10年，光學(xué)技術(shù)取得顯著進(jìn)步， 使遠(yuǎn)程與多點(diǎn)測量成為可能，大大方便了污水處理過程監(jiān)視的實(shí)施。 紅外光譜測量對于TOC、COD、 BOD等特殊參數(shù)的估計(jì)與在線監(jiān)視具有很大潛力。 紅外光譜儀的主要缺點(diǎn)是光電池成分的結(jié)垢會引起靈敏度的降低， 需要頻繁重校。