本文論述了城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)水量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，運(yùn)用自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)并配以專業(yè)軟件，組成一個(gè)從取樣、預(yù)處理、分析到數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)傳輸?shù)鹊耐暾到y(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)，使我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的信息化水平不斷提升，優(yōu)化
環(huán)境管理效果。

1  概述城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)水量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.1  發(fā)展現(xiàn)狀

城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)水量在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括取樣系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)分析儀表、數(shù)據(jù)處理與傳輸系統(tǒng)及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理中心，這些分系統(tǒng)既各成體系，又相互協(xié)作，以完成整個(gè)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的連續(xù)可靠運(yùn)行。在污水處理廠的進(jìn)水口和出水口部位按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范設(shè)置采樣點(diǎn)、流量堰槽安裝流量計(jì)探頭等，監(jiān)測(cè)站房?jī)?nèi)包括在線分析儀及流量計(jì)，負(fù)責(zé)在線監(jiān)測(cè)污水處理廠的水質(zhì)和水量，分析計(jì)算數(shù)據(jù)，同時(shí)數(shù)據(jù)采集傳輸儀可以向監(jiān)控中心和污水處理廠等地傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在整個(gè)系統(tǒng)中，在線監(jiān)測(cè)基站管理系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用，負(fù)責(zé)對(duì)污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)儀器、集成控制單元、視頻信號(hào)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等進(jìn)行管理與共享，負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)程中心管理平臺(tái)的交互，實(shí)現(xiàn)整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程的自動(dòng)化及人工介入。不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)控污染因子，還可以采集和管理儀表數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各項(xiàng)功能。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要結(jié)合儀表擴(kuò)充要求，首先配置公用設(shè)備，在電源配置和基站控制接口等部位都要留出余量，布局站房的過(guò)程中需要考慮到今后擴(kuò)容問(wèn)題。

1.2  存在的問(wèn)題

近些年，我國(guó)很多城鎮(zhèn)安裝了自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，使監(jiān)測(cè)頻率不斷提升，同時(shí)可以獲得準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，但是一些監(jiān)測(cè)設(shè)備沒(méi)有聯(lián)網(wǎng)，不利于環(huán)境監(jiān)管部門掌握監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)入庫(kù)處理之后，電子文檔只能進(jìn)行查詢檢索和統(tǒng)計(jì)，無(wú)法為環(huán)保人員提供分析數(shù)據(jù)。分析城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)水量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行，一些系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中缺乏穩(wěn)定性，具有較高的故障率，無(wú)法滿足在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，增加了運(yùn)營(yíng)人員的運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作量及運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，對(duì)于在線監(jiān)控工作增加很多不確定性，增加了生態(tài)環(huán)境監(jiān)管部門分析判斷在線監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況的復(fù)雜性。此外，在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)控模式以及系統(tǒng)容錯(cuò)等方面也存在不少缺陷，加大了相關(guān)工作人員的工作量。不同廠家的在線監(jiān)控設(shè)備系統(tǒng)設(shè)置不同，有些設(shè)備存在現(xiàn)場(chǎng)端可人工修改相應(yīng)參數(shù)的情況，排污企業(yè)為了逃避污染因子超標(biāo)監(jiān)管而可能存在現(xiàn)場(chǎng)端修改參數(shù)或其他設(shè)備等弄虛作假的違法行為。

2  城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)水量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1  設(shè)計(jì)原則

系統(tǒng)先進(jìn)性：設(shè)計(jì)基站系統(tǒng)，可以滿足實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)要求，提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。需要選用先進(jìn)的在線分析儀器，例如當(dāng)前市場(chǎng)中廣泛利用水質(zhì)分析儀和自動(dòng)采樣系統(tǒng)，可以保障整體工作的穩(wěn)定性。利用這些設(shè)備具有較短的分析周期和廣泛的檢測(cè)范圍，可以處理各種復(fù)雜的水體，此外系統(tǒng)模塊需要利用各種先進(jìn)技術(shù)。系統(tǒng)穩(wěn)定性：系統(tǒng)可以始終穩(wěn)定地提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，主管機(jī)構(gòu)和行政部門以此作為監(jiān)管執(zhí)法的依據(jù)，提高了監(jiān)管執(zhí)法部門的工作效率和準(zhǔn)確性。為了發(fā)揮出城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)水量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的作用，不僅需要利用先進(jìn)的分析儀器，還要保障系統(tǒng)集成效果，利用先進(jìn)的工藝制造系統(tǒng)集成部件。預(yù)警功能：在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備自動(dòng)保護(hù)功能和預(yù)警功能，在斷電過(guò)程中可以發(fā)出報(bào)警，發(fā)揮報(bào)警保護(hù)作用，此外還具備設(shè)備故障報(bào)警和安全報(bào)警等功能，保障遠(yuǎn)程系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。遠(yuǎn)程監(jiān)控功能：在基站系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了減少系統(tǒng)維護(hù)的工作量，滿足監(jiān)管部門的監(jiān)測(cè)執(zhí)法要求，通過(guò)在線監(jiān)控中心遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，明確在線系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)是否正常。為了保障技術(shù)的及時(shí)性，在系統(tǒng)中設(shè)置運(yùn)營(yíng)維護(hù)端口，利用現(xiàn)代通信手段，掌握在線監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，出現(xiàn)故障，及時(shí)通知相關(guān)運(yùn)營(yíng)人員快速維護(hù)設(shè)備，并恢復(fù)正常。

2.2  工藝流程

城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)水量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)首先需要采集水樣，利用相關(guān)設(shè)備預(yù)處理水樣，進(jìn)入到測(cè)試周期，實(shí)施儀器配藥，處理采集的水樣。在現(xiàn)場(chǎng)端利用儀器自動(dòng)監(jiān)測(cè) COD、氨氮、總磷、總氮等污染因子，分析處理所有監(jiān)測(cè)結(jié)果，最后遠(yuǎn)程傳輸采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。因?yàn)?GPRS 網(wǎng)絡(luò)具有廣泛的覆蓋范圍，可以快速地傳輸數(shù)據(jù)，保障通信質(zhì)量。在城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)水量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中利用 GPRS，創(chuàng)新傳統(tǒng)的通信方式，可以傳輸大量的數(shù)據(jù)，保障數(shù)據(jù)安全性穩(wěn)定性，降低數(shù)據(jù)傳輸成本。

3  城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)水量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1  設(shè)計(jì)水樣采集和預(yù)處理單元

選擇現(xiàn)場(chǎng)水樣采集點(diǎn)：在設(shè)計(jì)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的過(guò)程中，需要選擇代表性的水樣，保障選擇的水樣在管路中不發(fā)生物理和化學(xué)變化。選擇的采樣點(diǎn)可以保證監(jiān)測(cè)水質(zhì)的代表性和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性。要按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，確定水樣采集位置。水樣采集單元的特點(diǎn)：水樣采集單元包括取水泵組件和采樣頭以及隔離柵等部分。在實(shí)際工作中，需要控制水樣吸入口和水面的距離處于 0.5~1m 范圍內(nèi)，同時(shí)，需要將隔離柵安裝在采樣頭的四周，降低水面漂浮物的影響。在工作過(guò)程中利用自吸式取水泵，避免改變溫度和溶解氧等參數(shù)，為了保障水樣處于流動(dòng)狀態(tài)，要按照技術(shù)要求配合利用取水泵和管道內(nèi)徑。合理配置自吸泵的部件，當(dāng)停止自吸泵的過(guò)程中，也不會(huì)發(fā)生水流失問(wèn)題，維護(hù)自吸泵良好的運(yùn)行狀態(tài)。

3.2  設(shè)計(jì)清洗除藻單元

除藻單元主要包括計(jì)量泵和電動(dòng)閥等部分，在取水管路和懸浮物參數(shù)管路中利用三條支路，負(fù)責(zé)主要除藻工作，同時(shí)利用 PLC 控制切換電動(dòng)閥管路。在除藻過(guò)程中，首先是在管道中加入專用殺藻劑，可以將部分藻類殺滅，隨后將管道排空，利用壓縮氣體提高管道的干燥性，可以將藻類徹底殺滅。清洗方式和除藻工作具備一致的實(shí)現(xiàn)方式，只是清洗方式?jīng)]有實(shí)施加入和藥劑加入的步驟，利用清洗工作，可以有效縮短除藻周期，節(jié)省系統(tǒng)運(yùn)行成本。在識(shí)別運(yùn)行狀態(tài)的過(guò)程中，需要合理配置和處理清洗除藻工作的液位和開關(guān)量等。

4  城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)水量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4.1  設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)基站的 PLC 軟件

結(jié)合工藝要求，落實(shí)監(jiān)測(cè)基站 PLC 自檢工作，結(jié)合上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)光信號(hào)，有效控制整個(gè)基站的設(shè)備。PLC 可以涉及污水處理廠所有設(shè)備的數(shù)據(jù)，通過(guò)運(yùn)輸處理操作之后，向上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上傳。如果電路發(fā)生故障，數(shù)據(jù)超過(guò)閾值，PLC 可以停止控制設(shè)備，監(jiān)控系統(tǒng)也可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

4.2  設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)基站上位機(jī)軟件

在基站系統(tǒng)安裝過(guò)程中，各個(gè)站的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和環(huán)境參數(shù)都是不同的。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要合理選擇參數(shù)，如果監(jiān)測(cè)項(xiàng)目發(fā)生變動(dòng)，可以及時(shí)解決問(wèn)題。基站管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和監(jiān)測(cè)儀器通訊，同時(shí)可以交換遠(yuǎn)程監(jiān)控信息，在水質(zhì)系統(tǒng)中通訊環(huán)節(jié)發(fā)揮著重要的作用。設(shè)計(jì)參數(shù)信息界面，可以設(shè)定上位機(jī)的參數(shù)范圍，并且在數(shù)據(jù)庫(kù)中存放設(shè)定值，利用窗口顯示數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置的參數(shù)。設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置界面，用戶可以利用該模塊設(shè)置軟件界面，系統(tǒng)結(jié)合參數(shù)向自動(dòng)控制系統(tǒng)和儀器發(fā)送命令，指揮設(shè)備完成相關(guān)動(dòng)作。設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程通訊設(shè)置界面的過(guò)程中，主要設(shè)置數(shù)據(jù)報(bào)和日志上報(bào)兩個(gè)方面，如果選擇數(shù)據(jù)上報(bào)，系統(tǒng)結(jié)束儀器測(cè)試工作之后，在數(shù)據(jù)庫(kù)保存數(shù)據(jù)，同時(shí)可以向在線監(jiān)控中心上報(bào)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。選擇日志上報(bào)形式，打包處理全天存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，并且向在線監(jiān)控中心遠(yuǎn)程傳送。

4.3  設(shè)計(jì)通信模塊軟件

在整個(gè)系統(tǒng)軟件中通信模塊發(fā)揮著重要的作用，該模塊主要是發(fā)揮 GPRS 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以向環(huán)境監(jiān)控中心實(shí)時(shí)傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，節(jié)省數(shù)據(jù)傳輸成本，同時(shí)有利于提高傳輸效率。各個(gè)基站利用 GPRS 通信方式，同時(shí)可以在 IPC上顯示采集到的數(shù)據(jù)。在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中可以定義格式，服務(wù)器接收數(shù)據(jù)之后，首先判斷數(shù)據(jù)格式，如果數(shù)據(jù)格式和系統(tǒng)不一致，可以利用服務(wù)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，否則可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟棄數(shù)據(jù)。

5  結(jié)束語(yǔ)

城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)水量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和拓展性，因此，我國(guó)各個(gè)城鎮(zhèn)可以廣泛拓展利用水質(zhì)水量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，合理監(jiān)管污水處理的水質(zhì)水量達(dá)標(biāo)排放，優(yōu)化城鎮(zhèn)污水處理廠的工作效果，提高了生態(tài)環(huán)境部門對(duì)污水處理廠排放情況監(jiān)管和執(zhí)法的精準(zhǔn)度和時(shí)效性。同時(shí)，也有不足之處，有待進(jìn)一步完善。

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