本文論述了城鎮(zhèn)污水處理廠進出水水質水量在線監(jiān)測系統(tǒng)設計，運用自動控制技術、計算機技術并配以專業(yè)軟件，組成一個從取樣、預處理、分析到數(shù)據(jù)處理及存儲傳輸?shù)鹊耐暾到y(tǒng)，從而實現(xiàn)對樣品的在線自動監(jiān)測，使我國環(huán)境監(jiān)測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)污水處理廠進出水水質水量在線監(jiān)測系統(tǒng)

1.1  發(fā)展現(xiàn)狀

城鎮(zhèn)污水處理廠進出水水質水量在線自動監(jiān)測系統(tǒng)主要包括取樣系統(tǒng)、預處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)、在線監(jiān)測分析儀表、數(shù)據(jù)處理與傳輸系統(tǒng)及遠程數(shù)據(jù)管理中心，這些分系統(tǒng)既各成體系，又相互協(xié)作，以完成整個在線自動監(jiān)測系統(tǒng)的連續(xù)可靠運行。在污水處理廠的進水口和出水口部位按照相關技術規(guī)范設置采樣點、流量堰槽安裝流量計探頭等，監(jiān)測站房內(nèi)包括在線分析儀及流量計，負責在線監(jiān)測污水處理廠的水質和水量，分析計算數(shù)據(jù)，同時數(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)測數(shù)據(jù)。在整個系統(tǒng)中，在線監(jiān)測基站管理系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用，負責對污水處理廠現(xiàn)場儀器、集成控制單元、視頻信號、監(jiān)測數(shù)據(jù)等進行管理與共享，負責與遠程中心管理平臺的交互，實現(xiàn)整個監(jiān)測過程的自動化及人工介入。不僅可以實時監(jiān)控污染因子，還可以采集和管理儀表數(shù)據(jù)，實現(xiàn)系統(tǒng)各項功能。在系統(tǒng)設計過程中，需要結合儀表擴充要求，首先配置公用設備，在電源配置和基站控制接口等部位都要留出余量，布局站房的過程中需要考慮到今后擴容問題。

1.2  存在的問題

近些年，我國很多城鎮(zhèn)安裝了自動監(jiān)測設備，使監(jiān)測頻率不斷提升，同時可以獲得準確的監(jiān)測數(shù)據(jù)，但是一些監(jiān)測設備沒有聯(lián)網(wǎng)，不利于環(huán)境監(jiān)管部門掌握監(jiān)測的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)入庫處理之后，電子文檔只能進行查詢檢索和統(tǒng)計，無法為環(huán)保人員提供分析數(shù)據(jù)。分析城鎮(zhèn)污水處理廠進出水水質水量在線監(jiān)測系統(tǒng)運行，一些系統(tǒng)運行過程中缺乏穩(wěn)定性，具有較高的故障率，無法滿足在線監(jiān)控數(shù)據(jù)的連續(xù)穩(wěn)定運行，增加了運營人員的運營維護工作量及運營維護成本，對于在線監(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)控設備運行情況的復雜性。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)容錯等方面也存在不少缺陷，加大了相關工作人員的工作量。不同廠家的在線監(jiān)控設備系統(tǒng)設置不同，有些設備存在現(xiàn)場端可人工修改相應參數(shù)的情況，排污企業(yè)為了逃避污染因子超標監(jiān)管而可能存在現(xiàn)場端修改參數(shù)或其他設備等弄虛作假的違法行為。

2  城鎮(zhèn)污水處理廠進出水水質水量在線監(jiān)測系統(tǒng)設計

2.1  設計原則

系統(tǒng)先進性：設計基站系統(tǒng)，可以滿足實時在線監(jiān)測要求，提供實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。需要選用先進的在線分析儀器，例如當前市場中廣泛利用水質分析儀和自動采樣系統(tǒng)，可以保障整體工作的穩(wěn)定性。利用這些設備具有較短的分析周期和廣泛的檢測范圍，可以處理各種復雜的水體，此外系統(tǒng)模塊需要利用各種先進技術。系統(tǒng)穩(wěn)定性：系統(tǒng)可以始終穩(wěn)定地提供監(jiān)測數(shù)據(jù)，主管機構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確性。為了發(fā)揮出城鎮(zhèn)污水處理廠進出水水質水量在線監(jiān)測系統(tǒng)的作用，不僅需要利用先進的分析儀器，還要保障系統(tǒng)集成效果，利用先進的工藝制造系統(tǒng)集成部件。預警功能：在線監(jiān)測系統(tǒng)具備自動保護功能和預警功能，在斷電過程中可以發(fā)出報警，發(fā)揮報警保護作用，此外還具備設備故障報警和安全報警等功能，保障遠程系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。遠程監(jiān)控功能：在基站系統(tǒng)設計過程中，為了減少系統(tǒng)維護的工作量，滿足監(jiān)管部門的監(jiān)測執(zhí)法要求，通過在線監(jiān)控中心遠程監(jiān)控數(shù)據(jù)，明確在線系統(tǒng)的運行狀態(tài)是否正常。為了保障技術的及時性，在系統(tǒng)中設置運營維護端口，利用現(xiàn)代通信手段，掌握在線監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，出現(xiàn)故障，及時通知相關運營人員快速維護設備，并恢復正常。

2.2  工藝流程

城鎮(zhèn)污水處理廠進出水水質水量在線監(jiān)測系統(tǒng)運行過程中，系統(tǒng)首先需要采集水樣，利用相關設備預處理水樣，進入到測試周期，實施儀器配藥，處理采集的水樣。在現(xiàn)場端利用儀器自動監(jiān)測 COD、氨氮、總磷、總氮等污染因子，分析處理所有監(jiān)測結果，最后遠程傳輸采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)。因為 GPRS 網(wǎng)絡具有廣泛的覆蓋范圍，可以快速地傳輸數(shù)據(jù)，保障通信質量。在城鎮(zhèn)污水處理廠進出水水質水量在線監(jiān)測系統(tǒng)設計過程中，在數(shù)據(jù)傳輸過程中利用 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)污水處理廠進出水水質水量在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設計

3.1  設計水樣采集和預處理單元

選擇現(xiàn)場水樣采集點：在設計水質自動監(jiān)測站的過程中，需要選擇代表性的水樣，保障選擇的水樣在管路中不發(fā)生物理和化學變化。選擇的采樣點可以保證監(jiān)測水質的代表性和監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性。要按照相關技術規(guī)范要求，確定水樣采集位置。水樣采集單元的特點：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，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狀態(tài)，要按照技術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，當停止自吸泵的過程中，也不會發(fā)生水流失問題，維護自吸泵良好的運行狀態(tài)。

3.2  設計清洗除藻單元

除藻單元主要包括計量泵和電動閥等部分，在取水管路和懸浮物參數(shù)管路中利用三條支路，負責主要除藻工作，同時利用 PLC 控制切換電動閥管路。在除藻過程中，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現(xiàn)方式，只是清洗方式?jīng)]有實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)運行成本。在識別運行狀態(tài)的過程中，需要合理配置和處理清洗除藻工作的液位和開關量等。

4  城鎮(zhèn)污水處理廠進出水水質水量在線監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設計

4.1  設計監(jiān)測基站的 PLC 軟件

結合工藝要求，落實監(jiān)測基站 PLC 自檢工作，結合上位機監(jiān)控系統(tǒng)光信號，有效控制整個基站的設備。PLC 可以涉及污水處理廠所有設備的數(shù)據(jù)，通過運輸處理操作之后，向上位機監(jiān)控系統(tǒng)上傳。如果電路發(fā)生故障，數(shù)據(jù)超過閾值，PLC 可以停止控制設備，監(jiān)控系統(tǒng)也可以發(fā)出報警信號。

4.2  設計監(jiān)測基站上位機軟件

在基站系統(tǒng)安裝過程中，各個站的監(jiān)測項目和環(huán)境參數(shù)都是不同的。在系統(tǒng)設計過程中，需要合理選擇參數(shù)，如果監(jiān)測項目發(fā)生變動，可以及時解決問題?；竟芾硐到y(tǒng)負責現(xiàn)場設備和監(jiān)測儀器通訊，同時可以交換遠程監(jiān)控信息，在水質系統(tǒng)中通訊環(huán)節(jié)發(fā)揮著重要的作用。設計參數(shù)信息界面，可以設定上位機的參數(shù)范圍，并且在數(shù)據(jù)庫中存放設定值，利用窗口顯示數(shù)據(jù)庫設置的參數(shù)。設計運行參數(shù)設置界面，用戶可以利用該模塊設置軟件界面，系統(tǒng)結合參數(shù)向自動控制系統(tǒng)和儀器發(fā)送命令，指揮設備完成相關動作。設計遠程通訊設置界面的過程中，主要設置數(shù)據(jù)報和日志上報兩個方面，如果選擇數(shù)據(jù)上報，系統(tǒng)結束儀器測試工作之后，在數(shù)據(jù)庫保存數(shù)據(jù)，同時可以向在線監(jiān)控中心上報監(jiān)測數(shù)據(jù)。選擇日志上報形式，打包處理全天存儲的數(shù)據(jù)，并且向在線監(jiān)控中心遠程傳送。

4.3  設計通信模塊軟件

在整個系統(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)絡技術，可以向環(huán)境監(jiān)控中心實時傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)，節(jié)省數(shù)據(jù)傳輸成本，同時有利于提高傳輸效率。各個基站利用 GPRS 通信方式，同時可以在 IPC上顯示采集到的數(shù)據(jù)。在程序設計過程中可以定義格式，服務器接收數(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，可以利用服務器存儲數(shù)據(jù)，否則可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟棄數(shù)據(jù)。

5  結束語

城鎮(zhèn)污水處理廠進出水水質水量在線監(jiān)測系統(tǒng)具有較強的適應性和拓展性，因此，我國各個城鎮(zhèn)可以廣泛拓展利用水質水量在線監(jiān)測系統(tǒng)，合理監(jiān)管污水處理的水質水量達標排放，優(yōu)化城鎮(zhèn)污水處理廠的工作效果，提高了生態(tài)環(huán)境部門對污水處理廠排放情況監(jiān)管和執(zhí)法的精準度和時效性。同時，也有不足之處，有待進一步完善。

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