在线水质分析仪器：排水管网在线监测

市政排水管网按照其作用,一般有雨水排水和污水排水管网。两者在实际运行时有各自的特点。雨排管网内流量及介质变化较大,与降雨有直接关系。不降雨时,雨排管网内不仅没有流量,甚至长期处于旱季的雨排管线内没有水。而当降雨发生初期,雨排管网内水中含有大量的悬浮物,雨水浑浊。当降雨连续发生一段时间,雨排管网内水量增大、液位升高,其排水也将变澄清。而污水排水管网情况更为复杂,其流量、液位及介质情况受到人们生活习惯、单位企业生产情况以及降雨等因素影响。

由污水、雨水管网组成的城市排水系统,因其不同组建形式,形成了不同的排水体制。一般分为合流制和分流制两种。合流制是将污水、雨水合用一个管渠系统排除。而随着城市建设的发展,完全的直流式合流制排水已经逐渐改造成为了截留式合流制排水系统。同样,分流制管网系统中的不完全分流制排水系统已经渐渐向完全分流制系统升级。

一般情况下,城市排水管网系统收集来自城市各个功能区的污水、雨水。根据排水管网汇水区功能不同,可分为:商业区/文教区、工业区、居住区以及工商业居住混合区。这些区域因各自具有不同的运行特点,各区的排水也有不同特征。而整个城市排水系统通常由如下几个部分组成:排水支管(雨、污)、排水干管(雨、污)、溢流井(合流制)、截留管及泵站。在排水过程中,因整个排水系统庞大,在某些特殊位置可能出现管理困难、运转无规律、易发生意外情况、对系统影响重大等需要严加注意的位置,这些位置主要是:城市低洼地、溢流井(合流制)、雨水调蓄设施(分流制)、污水/雨水排出口。

(1)排水管网在线监测目的

市政排水管网水质监测的主要目的是增强管网污染物溯源能力及为排水管网管理能力提供数据支持。可对不同功能区域、不同重点污染物紧密监控,严控偷排偷放,同时为污水调配提供依据,为污水厂运行提供水质预测,以便污水处理厂调整工艺参数,保证出水稳定,并为污染物在管网内的迁移规律研究提供依据。

不同位置/区域进行水质数据采集目的见表2.2。出于不同的监测目的,可以有目的地选择是否在相应位置选择水质仪表进行监测。

表2.2　不同位置/区域进行水质在线监测的目的

●:强相关　△:相关　○:一般相关

(2)排水管网在线监测指标

对排水城市管网针对pH、BOD5、CODCr、悬浮物、氨氮、总氮、总磷、总镍、总铬、总铅、砷、总铜以及锌等水质数据进行采集。考虑到一些特殊工业区排入下水道的污水水质特征,适当选择电导率、氟离子、水中油指标进行采集。

根据不同功能区的管网运行特点,不同位置的监测参数选择参考表2.3。

表2.3　不同监测位置的水质参数选择

●:应检测　◎:宜检测

1)泵站:泵站一般为污水主管线的加压调配位置,密布于城市的支管收集污水后汇入总管,汇集到泵站。泵站承担加压输送污水至污水处理厂、强降雨时紧急排水、调配污水进入其他区域的任务。因泵站距污水处理厂或紧急排污时的受纳水体有一定距离,污水泵站的水质在线监测可以为污水处理厂提供预警或提前评估强降雨时污水排入受纳水体将带来的污染。(www.xing528.com)

另外,对泵站污水水质进行监测,当水质恶劣,比如降雨初期悬浮物高、冲入酸碱性物质引起的pH 异常。泵站内可以采取一定的措施对污水进行简单处理或调节,降低其对后续的影响。

2)商业区:商业区主要涉及餐厨污水、生活杂用水污水(卫生间、地面冲洗)、地面垃圾灰尘因降雨进入排水。此区域污水的特点为周期性强,水质较为规律,且出现工业污染物的可能性不大,因此此区域水质敏感度相比工业区低。通常对此区域的水质监测主要集中在常规参数,pH、氨氮、COD 和悬浮物。对此区域进行水质监测布点的主要目的是提高管网的管理能力,获得的数据可以在一定程度上为研究迁移规律提供依据,为正常情况或突发降雨时的水质预测提供依据。

3)工业区:根据不同类型,工业区应制订不同的水质监测计划。针对工业区管网水质监测通常以监控偷排投放、泄露事件为主要目的,当出现此类非正常事件,水质分析设备不仅可以采集数据保留证据,而且可以提醒下游污水处理厂采取相应措施,避免影响污水厂的正常运行。

4)居住区:生活区污水水质以一天为周期性变化,较为规律。监测参数以常规参数为主,因总磷总氮在污水迁移过程中会发生较大不确定性改变,可酌情监测。因生活污水通常是城镇污水处理厂的主要进水,其水质的波动对污水处理厂的运行通常有较大的参考意义。相比较泵站的水质监测,生活区污水水质更具有预警污水厂进水水质的作用。

5)城市低洼地:降雨时城市低洼地为主要雨水汇流区域,也是垃圾等悬浮物较易堆积区域。此区域的水质监测应以常规参数为主,而由于其水质并不具有整个管网运行代表性,可酌情减少监测参数,监测的主要目的集中在发现这种非正常积累污水、污染物的发生。

6)合流制溢流井:当使用截流式合流制系统,城市所有污水管线在进入污水处理厂前将首先经过一个合流制溢流井。溢流井在管路内液位较高,达到一定填充度时,将以溢流的形式将过多的污水直接排入河流。该设施的存在,是为了防止暴雨时大量雨水混合污水进入污水处理厂,超出污水处理厂水力负荷,而使得污水厂内活性污泥被冲刷而导致活性污泥流失。这种活性污泥的流失有两方面的影响:一方面污水处理厂瘫痪,且很难在短期内恢复;另一方面,因水量过大,二沉池无法正常工作,大量含有污泥的水随水流排入河流,导致极大的有机污染。因此,对于截流式合流制系统,溢流井的存在十分重要。

在暴雨发生,溢流井发生溢流,污水溢流进入河流,这种过程很可能对天然水体的影响不是非常严重,因为大量雨水的稀释作用,而且污染物浓度较高的初期雨水并没有进入河流。但是,溢流井是否发生了溢流,溢流进入天然水体的水质应该作为一个排水管网管理的数据参考。对此情况的水质监测,主要需针对主要常规污染物:COD、氨氮、SS。

7)雨水调蓄设施:主要用于收集降雨前期雨水,此时段雨水的各项污染物浓度均较高。这些高浓度污染物(主要为常规污染,距离工业区近的位置将有重金属和特殊污染物)如果直接以雨水的处理方式排入受纳水体(河流),大的污染物负荷可能导致较长时间内污染超过受纳水体的自净能力。因此,调蓄池的存在具有重大的意义。

利用雨水调蓄设施收集降雨初期雨水,并按照水质情况,判断如何处置初期雨水。如果污染物浓度不是非常高,且河流处于丰水期,可以将储蓄的初期雨水缓慢排入河流,依靠河流的稀释和自净能力降低污染物对环境的影响。当污染物浓度非常高,受纳水体很难接受,那么可以直接将初期雨水排入污水管网输送至污水处理厂处理。而调蓄池水质监测数据,也可以决定以多大输送负荷,以避免对污水处理厂正常运行产生不利影响。

调蓄设施内水质参数的选择应该以常规参数为主,但对于工业区附近的调蓄设施,应该根据工业区污染物特点增加重金属、氟化物、水中油、氰化物等特殊污染物。

8)管路排出口:多为泵站排入河流、污水处理厂处理出水排入河流的出口。对此类区域,应对常规参数进行监测,特别是COD、氨氮和SS。倒灌将引起管网内水量变大,污染物浓度降低,增大污水厂的处理水力负荷和处理难度。

(3)排水管网在线监测平台及网络

当前在我国,大多数城市老城区依然采用合流制排水体制,甚至部分排水系统存在雨污混接现象,晴天污水流速较低,导致混接的雨水管网严重淤积,甚至管网堵塞,有效过流能力大大减小。同时由于地下管网本身的隐蔽性,日常维护人员也难以及早发现问题管段,对于城市排水管网运行的主要指标及参数如流速、流量、运行水位等不能直观看到。但是这些指标是日常管理必不可少的部分,对于管道的维护、更新改造、污水收集,以至于排水管道的科学研究、设计、规划等都有及其重要的意义。但是多年以来,这些数据的获得缺乏科学依据,基本依靠维护工人的经验、记忆获得,使得城市排水管网运行管理几乎停留在定性分析方面,更谈不上定量分析。要解决上述排水管网管理的问题,通过采取先进成熟的技术手段,建设一套功能实用,运行稳定的运行监测系统,实时掌握城市排水管网运行的各项技术指标和变化规律,也就是将排水管网运行管理方面所需要的各类指标实时采集、传输、处理、分析、汇集整理,以满足管理工作的需要,达到隐蔽工程排水管网运行全过程的透明化、数量化监控并利用现代通信与计算机技术实现数据自动化处理,使城市排水管网运行管理水平达到质的飞跃。如城市管网检测SCADA(supervisory control and data acquisition)系统,是在可编程逻辑控制器(PLC)技术的基础上,结合了远程通信技术、网络技术、计算机技术而发展起来新型通用测控系统。它既保留了PLC 现场测控的功能,又能通过远程网络通信协议实现远程监测。利用SCADA 系统有效监测和管理城市污水排放及排污管网情况,能够准确及时地反映排水管网和检查井等构筑物以及污水干管的水质情况,实时监视和控制重点工业污水排放单位的水质、水量、可燃性气体百分比,为管理部分提供决策资料,同时起到污水排放监督,保护城市环境的作用。

氧化性杀生剂的加药量来控制水体中的微生物。