环境监控——提高生活质量的分析解决方案

• 关键词：电机,流量计,工控,步进电机
• 作者：张伟，Philipp Roth，袁梦琦

引言
对于世界上绝大多数人口来说，水资源是极其珍贵的资源，尤其是在气候变化导致水资源缺乏加剧的今天。当前，各国都制订了规章制度来保护水质，并为水系统提供公水供应。Endress Hauser公司在水质监控和废水处理项目两个方面为用户提供全面的解决方案。

水质监控通常见于以下两种典型场合：一是控制处理后的废水的各项指标符合法律规定；二是监控地表水水质，以识别小型工厂、居住区或农业区等地区水域的污染物。以下列举两个Endress＋Hauser公司参与的这类监控计划的客户实施情况。

第一章 工业区的综合废水管理
Bitterfeld-Wolfen化学工业园位于德国中部。它占地面积约1,200公顷，是欧洲具有100多年历史的最大的化工基地之一。在该化学工业园区中，ChemiePark Bitterfeld Wolfen GmbH公司负责管理一个已处理水网络，约有130 km，包括7个雨水贮水池和1个废水收集池，总容积达35,000 m�。该网络实现了对雨水的管理。此外，还有一个约40 km的废水网络，用于收集化学工业园的生产废水、清洁污水和污染地下水。这些废水流入园内的联合废水处理厂。

1.1 水质监控站
该化学工业园的废水监控有两个主要目标：一方面，废水质量必须符合政府规定和废水处理厂在合同中要求达到的质量，以便随时保证顺畅的处理。另一方面，废水监控可在超出极限值时进行源头追踪。废水取样和分析为“污染者付费”原则提供依据。
为实现这两个主要目标，20世纪90年代初在废水和已处理水检修孔处安装了取样器，以监控间接排放者。约半数取样器配备有一个额外的多参数传感器，以监控与废水有关的参数，如温度、pH值和电导率。数据可通过调制解调器传送。
基于过去的肯定经验，决定在园内普遍安装用于废水监控的Endress Hauser STIP分析仪。第一台在线分析仪于1996年在已处理水进入受纳水体 (Mulde河) 处投入运行。STIP-toc分析仪在线测量有机碳含量，STIPTOX-norm分析仪在线连续监控毒性。这可以说是一个综合高效监控网络的起点。
为确保化学污染水不排入受纳水体，必须扩展该连续废水监控系统。为此，在化学工业园的网络连接点处又安装了5个集装箱监控站，并在化学工业园已处理水出口处安装了第6个集装箱监控站。

1.2 集装箱监控站中的在线测量系统
集装箱监控站中除了包含STIP-toc、STIPTOX-norm等柜式分析仪外，还包含了PBS1铵浮标和STIP-scan多参数探头。与柜式分析仪相反，PBS1铵浮标和STIP-scan多参数探头为直接放置于废水中测量的在线分析仪，他们被安装在监控站内的收集器中。已处理水通过潜水泵输送至收集器中，并经旁通管道运送至各柜式分析仪中。
潜水泵输送流量设定在约5 m�/h，以实现实时测量并防止管路对水质的进一步污染。如果管路中有沉淀物时，可以通过螺旋接头轻松拆卸，清洁方便。另外，只有少量百分比的废水从旁通系统中抽出用于分析。大多数排回下水道。由于在线分析仪专门针对废水设计，因此无需进行额外的过滤或样品准备 (如超滤)。图1为Bitterfeld-Wolfen化学工业园中用于监控间接排放者的集装箱监控站。

图1
STIP-scan多参数探头最适于事件控制。它测量几个参数，如COD、TOC、NO3-N、SAC和淤泥参数，即总固态物 (TS)、淤泥量 (SV) 和淤泥指数 (SI)。该分析仪是一个分光镜探测器，测量光谱在190至730 nm之间的废水。探测器内的沉降过程意味着STIP-scan可用于入口和出口测量，并用于在曝气池中直接测量。在Bitterfeld-Wolfen现场，该分析仪用于测量COD、硝酸盐和SAC。
这样，所有重要的营养物和总含碳量参数可永久受到实时监控，并且与可能产生的失败和报警信号一起，经模拟输出口和数字继电器发送至化学工业园的控制系统。如果客户需要，数据传输可与现场总线系统连接。当超出预设极限值时，取样器与在线分析仪一起自动取样。这些样品用于进一步的实验室分析、文件编制和证据证明。除事件控制取样外，样品还可依流量和时间成比例提取。
Bitterfeld-Wolfen化学工业园中的废水监控概念证明，在正确的场所放置正确的测量仪器可带来正确的结果。这样便实现了一个完整的监控网络以及符合极限值的排放量。

第二章 市政废水和地表水水质监控
在法国梅斯 (Metz) 附近地区，一个包括15个测量站的完整网络已投入运行，用于监控废水网络和地表水。该网络是在Aquametris Engineering和Endress Hauser的共同合作下实现的。
“只有最佳技术支持才能保证此类项目的成功，因为除适当的测量技术外，针对应用的适当的工程和维护概念可确保顺利的、符合成本效益的运行，”Aquametris的咨询工程师Jean-Luc Cecile说，他从一开始就进行该项目的协调工作，目前则负责运行。
在市政废水中通常测量如下参数：pH值、氧化还原值、电导率、浊度、在254 nm时的光谱吸收系数 (SAC)以确定有机负荷量。此外，另有一个取样器在运行，用于在发生某些事件时对某些参数的不连续测量，如COD、BOD和碳氢化合物；在地表水中通常测量如下参数：pH值、氧化还原值、电导率、溶氧含量、浊度、流量、氨氮、硝酸盐、在254 nm时的光谱吸收系数 (SAC) 以确定有机负荷量。另有一个取样器在运行，用于在发生某些事件时对某些参数的不连续测量，如COD、BOD和碳氢化合物。


2.1 自给型测量站充当早期预警系统
在此项目中，控制系统通过测量地表水和废水的质量来优化废水处理厂的流入物。此外，这些测量站充当整个废水系统的早期预警系统。此项目的另一个重要目标是根据“欧洲水框架指令”来改善塞勒河的水质，这条河接收已处理水。
通过测量网络，可以获得广泛的在线数据 (即可获得实时测量结果)，这是此类控制系统的一个关键要求。这些数据可用于决定废水如何和是否 (尤其在雨季) 需要处理或存储，是否可不经处理排走。为此，该项目的一部分还包括建设一个地道，作为到目前为止雨水溢流池溢出雨水的收集器。它可提高存储容量并在降雨时防止废水逐步流回环境。梅斯目前正在建设一个整体式废水网络和一个污水处理厂，可为25万居民服务。

2.2 符合当地要求的测量技术
针对废水网络共有9个测量站投入运行，以便及早识别废水负荷量和质量；另有6个测量站用于监控地表水 (摩泽尔河和塞勒河)。所有测量站在交付后即可使用。交付范围包括一个集装箱、整套测量技术 (包括支架、管道、分析仪前的样品预处理、测量值的GSM传输等)。图2为塞勒河旁的测量站，其包括氨氮分析仪、硝酸盐和SAC探头，pH值测量、氧化还原值测量、溶氧含量测量、浊度和电导率测量。

图2

第三章 总结
Endress Hauser以其完备的产品组合，成为环境监控站液体分析用测量仪器的理想供应商。公司提供简单的分析测量回路 (如pH、电导率和溶解氧回路) 、光学原理 (如浊度、硝酸盐、SAC) 和用于特定离子或用于有机负荷量 (TOC、COD、BOD) 的分析仪。公司在市政和工业项目中的长期工程技术支持经验，使其能够为用户提供全面的解决方案。