CN101261145A

CN101261145A - 一种水污染物排放总量的智能化测量方法

Info

Publication number: CN101261145A
Application number: CNA2008100239322A
Authority: CN
Inventors: 吕锡武; 周杏鹏; 孙建荣; 孔祥伟
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2008-09-10

Abstract

本发明公开了一种水污染物排放总量的智能化测量方法，在5分钟至30分钟的采样周期Δt内，按流量Q_i对污水连续、定时自动取样并混合均匀，以24小时(或48小时)为分析周期ΔT，以污染物在线测量仪表检测污染物浓度如式(Ⅲ)，则可计算出该分析周期内污染物排放总量如式(Ⅰ)，其中如式(Ⅱ)。本发明方法能提高采样的实时性和监测结果的科学与准确性；另一方而能减少相关指标的检测次数，有效地降低监测成本。使用本发明对现有的污染物总量监测系统进行改进，可以解决目前一些企业存在的超标偷排、过量排放以及对企业污染物排污总量计算不科学等问题，有效提高环保监控与执法水平。

Description

一种水污染物排放总量的智能化测量方法

技术领域

本发明涉及一种水污染物的测量方法，尤其是特别涉及一种水污染物排放总量的智能化测量方法。

背景技术

实施污染排放总量控制是我国环境管理制度的重大转变，是保证实现“九五”期间和2010年国家跨世纪绿色工程计划目标的需要。污染物排放总量控制以污染物源监测性监测的结果为依托。随着总量控制工作的实施，污染源监测将由以往的浓度监测向总量监测转变，这就给监测工作提出了新的要求。

污水污染物总量监测为污染物总量控制提供了科学依据，为总量控制目标的分解提供支持，为总量控制目标的考核、执法工作提供保障。目前我国对于污水污染物总量已采用在线自动监测的方法，监测系统的组成结构如图1所示。环境监测系统由以下几部分组成：环境监测信息化平台(设置在各级环保部门)、环境信息化监测与管理终端、(排污)现场数据采集仪以及污染物在线测量仪表等；监测的基本步骤包括现场数据采集仪采集所在排污点在线测量仪表测得污水排放流量、COD(化学需氧量)、NH₃-N(氨氮)等参数，通过无线或者有线的方式，将数据发送到环境监测信息化平台，计算得到有关污染物总量数据，再由各个环境信息化监测与管理终端根据相应权限通过信息化平台获取相关数据。

鉴于水污染主要物的COD(化学需氧量)、NH₃-N(氨氮)在线采集、测量一次通常需要几分钟到二三十分钟，且需消耗一定的重铬酸钾、硫酸亚铁或酸性高锰酸钾、草酸等氧化、还原剂及电能(按国标GB 11914-89做一次COD测量，氧化、还原剂及电能直接成本目前约需人民币7～8元)；因此，目前我国环保行业对企业污水污染物排污总量在线监测普遍以4～6小时间隔采集排污口污水瞬时样本，由在线COD(化学需氧量)、NH₃-N(氨氮)和pH(酸碱性)等仪器进行测量(4～6小时一次)，再依据这些测量值乘以(该排污日)这段间隔时间内(由流量仪测得)的污水排放累积流量，计算得到这段间隔时间的COD、NH₃-N和pH等参量的排放总量；或者用一个月内采集的全部COD、NH₃-N数据(通常在120～180个左右)的算术平均值乘以这个月的累积污水流量得出该排污口的COD、NH₃-N月排放总量。

因此，目前我国环保行业普遍采用的监测污水COD、NH₃-N等污染物排放总量的方法存在如下不足：

1、排污总量的计算方式不科学

目前采用的计量方法是由在线COD、NH₃-N等测试仪进行测量(4～6小时一次)，再依据这些测量值乘以排污口这段间隔时间的污水排放累积流量，计算得到这段时间间隔COD、NH₃-N等参量的排放总量。对于目前的采样方式，污水累积流量与污染物在线测量互相独立，且采样时间间隔较大(4～6小时)，4～6小时中仅用一次污染物瞬时测量数据代表整个时间段的平均值参与排污总量计算，若污染物浓度变化较频繁，这种测量方法显然不科学。

2、排污企业很容易超标偷排、过量排放而逃避监测

由于目前水污染物的COD、NH₃-N在线采集测量耗时长，成本高，每次测量间隔为4～6小时，排污企业很容易掌握监测采样的规律，这样排污企业利用一次在线测量后的一段时间进行高污染度污水的排放，环保数据采集仪则不能够监测到。

尽管可以在上述系统中采用实时或准实时在线测量仪表，以克服现有监测方法及设备的缺陷，但是困难不仅是实时或准实时在线测量仪表成本高，而且采用该类仪表，在技术上必须对现有系统进行更新改造。有鉴于此，本发明的目的在于在现有的监测系统的基础上，提出一种对排污企业的污染物排放及总量的科学有效的测量方法。

发明内容

本发明能克服现有污染物总量监测方法及装置存在的采样间隔时间长、难以科学准确地测量污染物排放总量，因而无法有效监测与监管排污企业超排、偷排行为的缺陷，通过采用科学的采样方法和缩短采样时间间隔，一方面污水样品能准确反映污水污染物排放的真实状况，提高采样的实时性和监测结果的科学与准确性；另一方面在保证排污总量监测准确的前提下，能减少相关指标的检测次数，有效地降低监测成本。使用本发明对现有的污染物总量监测系统进行改进，可以有效提高环保监控与执法水平。

本发明采用如下技术方案：

一种水污染物排放总量的智能化测量方法，包括以下步骤：

1、通过流量计测量所排污水瞬时流量q(t)和累积流量Q_i；

2、连续、定时地对待测污水自动采样，在每一个采样周期Δt内，根据累积流量Q_i按比例取得污水样本为kQ_i，其中取样系数k为一常数；所取得的样本在污水存储罐中汇集；

3、以N个采样周期Δt为一个分析周期ΔT，ΔT＝NΔt，其中N为48～576的自然数，经过一个分析周期ΔT后，将污水存储罐的污水样本混合均匀，并由污染物在线测量仪表测定污水样本的平均污染物浓度C(t)，则在该分析周期内，污染物排放总量L_j＝Q·C(t)，其中

Q = Σ_{i = 1}^{N} Q_{i};

4、排空污水存储罐中的污水样本，重复步骤1至步骤3。

本发明中，所述的采样周期Δt可以设置为5分钟至30分钟范围内的任意时间间隔，比如5、10、15、20、25或30分钟。取样系数k可以根据污水流量、污水存储罐体积及数值N选择，其条件是在一个分析周期内，污水存储罐体积大于即可，比如k值为0.0001、0.0005、0.001、0.005、0.01或0.05等。以ΔT＝NΔt为分析周期，可以有效地减少污染物浓度的测定次数，比如分析周期ΔT可选择为24小时～48小时等。

所述的由污染物在线测量仪表至少应当包括COD测试仪和氨氮测试仪等，以在线测定污水的平均COD浓度、氨氮浓度等(C(t))，并据以计算COD及氨氮污染物排放总量L_j。

排污总量的科学计算，理论上应等于所排污水瞬时流量q(t)乘以被测污染物瞬时浓度C(t)，然后对时间区间(可以为日、月、年等)积分，获得积分时间区间被测污染物排污总量L_j，即L_j＝∫q(t)·C(t)dt。由于流量计实时性好，而污染物浓度测量仪表实时性相对差，若能减小采样时间间隔，这样得到的排污总量越接近真实值，由于测量时间与测量成本的限制，污染物浓度测量仪不能频繁地对污水进行测量。

本发明采用污水存储罐将采样的污水水样存储起来，若设置比例取样系数为k，经过一段时间后，排污总量为Q，罐中的水样总量q＝k·Q，罐中污水污染物浓度即是该时间段里的企业排出污水的平均污染物浓度C(t)，则污染物排放总量L_j＝Q·C(t)，一般24小时(或48小时)只需要对污水水样做一次测试即可，与现有的测试方法相比，很大程度上节约了测试成本。可见本发明对排污总量的近似计算方式科学、合理、误差小，且完全可行，特别适用于企业污水排污总量的计算。

本发明所述的方法可以在现有污染物总量监测系统上实现，除环境监测信息化平台和环境信息化监测与管理终端外，智能化污染物总量监测系统现场监测终端包括环保数据采集仪、智能化比例取样控制器、流量计、污水样本电控取样器、集成化污水存储罐、GPRS通信模块、COD测试仪、氨氮测试仪等，其结构如图2所示。流量计能够对排污管道的流量进行检测，智能化比例取样控制器控制污水样本电控取样器进行污水的取样，实现对污水按污水流量大小比例和连续定时(定时间隔时间允许从5分钟至30分钟任意设置)自动取样，当经过24小时(或48小时)取样后，智能化比例控制器使搅拌电机启动，为保证水样的特性，搅拌时间不宜过长(约1分钟)，污水样品搅拌均匀后，启动COD测试仪，氨氮测试仪等测试仪开始测量，测试仪测量完成后将测量数据送入环保数据采集仪，环保数据采集仪通过有线或GPRS无线通讯接口将监测数据远传给环境监测信息化系统平台，即可完成对污水污染物总量的智能化监测。

本发明适用于对污水污染物排污总量进行智能化科学监测，其主要技术特点是：1、污水水样采集与处理方法科学、合理，可以大大降低污染物浓度测量次数，降低测量成本；2、可充分利用目前已有排污监测仪器与装置，改造成本低；3、可以有效解决目前一些不诚信企业在污水排放过程中选择测试间隔超标偷排、过量排放等问题，非常适合排污环保执法与监管部门对各排污点源污水污染物排污总量科学监控。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.通常是24小时(或48小时)进行一次COD、NH₃-N等参数的测量，与目前4～6小时测量一次相比，大大降低了检测所需要的测试成本。

2.污水水样采集与处理科学、合理，污水连续取样使得排污企业的排污总量能够更加科学地计算出来，避免了企业“零成本”偷排的现象发生。为监管执法部门在监管时提供了可靠的证据。

3.适应性好，可以科学准确地测量出污水指标COD、NH₃-N、pH等，远传至监测平台，可以方便地进行监控，便于环保部门执法和监管部门对各排污点源污水污染物排污总量的监控，具有广泛的适用性。

4.可以通过存储罐的人工取样口取样后经过标准的测试，得出准确的污水指标，与环保数据采集仪所得到的数据相比较，若存在较大偏差，通过环境监测信息化系统平台可以方便地对各个环保数据采集仪做校正，以保证污染物总量的准确反映。

以下结合具体实施方式对本发明所述的方法进行详细描述。

附图说明

图1目前国内污水污染物监测系统的组成结构图；

图2本发明方法现场监测终端结构示意图。

具体实施方式

一种水污染物排放总量的智能化测量方法，在现有的污染物总量监测系统上，对污水COD、NH₃-N等污染物排放总量进行智能化监测，其现场监测终端结构如图2所示。

如图2，现场监测终端包括智能化比例采样控制器2、流量计1、集成化污水存储罐4、污水样本电控取样器3、环保数据采集仪5(内含GPRS通信模块6)、COD(化学需氧量)测试仪10和NH₃-N(氨氮)测试仪11。

具体监测过程包括以下步骤：

1、流量计1测量所排污水瞬时流量q(t)和累积流量Q_i；

2、以5分钟为一个采样周期Δt，将智能化比例采样控制器2取样系数k设为0.01，由电控取样器3连续、定时地对待测污水自动采样，采样量根据累积流量Q_i按0.01的比例取得污水样本为0.01Q_i；所取得的样本在污水存储罐4中汇集；

3、以24小时为一个分析周期ΔT，在24小时内，连续、定时取样288次后，将污水存储罐4中的污水样本混合均匀，并由COD测试仪10和NH₃-N测试仪11测定污水样本的平均COD和NH₃-N浓度(C(t))，则可以计算出，在该24小时的分析周期内，污染物COD和NH₃-N的排放总量L_j＝Q·C(t)，其中

Q = Σ_{i = 1}^{288} Q_{i};

4、排空污水存储罐4中的污水样本，重复步骤1至步骤3。

在上述过程中，流量计1测量瞬时流量和累积流量，智能化比例取样控制器2根据瞬时流量控制污水样本电控取样器3以一定的比例和连续定时(定时间隔时间允许从5分钟至30分钟任意设置)抽取污水到集成化污水存储罐4中，当经过24小时(或48小时)后，控制器2启动搅拌电机12搅拌约一分钟后，启动COD测试仪10、氨氮测试仪11等测试仪进行检测，测试完成后可以控制存储罐排污口电控阀门7将污水样品排出(即开始下一时间的周期污水分时比例采集)；流量计1、COD测试仪10以及NH₃-N测试仪11等测试仪的测量结果由环保数据采集仪5通过GPRS模块6传送给环保监测信息化系统平台，由信息化平台计算机根据此次COD或NH₃-N测量值，乘以24小时(或48小时)内的累积流量就可以比较科学地得到该排污口24小时(或48小时)所排COD或NH₃-N总量。

集成化污水存储罐4的外部加装电控半导体制冷片8(或把集成化污水存储罐4置入经改装的电冰箱内)保持罐内污水样品的低温环境；罐体留有人工取样口9，可以进行人工取样，经过标准测量后通过环境监测信息化系统平台对现场测量数据作相应的校正。

Claims

1、一种水污染物排放总量的智能化测量方法，包括以下步骤：

1)通过流量计测量所排污水瞬时流量q(t)和累积流量Q_i；

2)连续、定时地对待测污水自动采样，在每一个采样周期Δt内，根据累积流量Q_i按比例取得污水样本为kQ_i，其中取样系数k为一常数；所取得的样本在污水存储罐中汇集；

3)以N个采样周期Δt为一个分析周期ΔT，ΔT＝NΔt，其中N为48～576的自然数，经过一个分析周期ΔT后，将污水存储罐的污水样本混合均匀，并由污染物在线测量仪表测定污水样本的平均污染物浓度C(t)，则在该分析周期内，污染物排放总量L_j＝Q·C(t)，其中

Q = Σ_{i = 1}^{N} Q_{i};

4)排空污水存储罐中的污水样本，重复步骤1至步骤3。

2、根据权利要求1所述的智能化测量方法，其特征在于所述的采样周期Δt可以设置为5分钟至30分钟范围内的任意时间间隔。

3、根据权利要求1所述的智能化测量方法，其特征在于所述的分析周期ΔT为24～48小时。

4、根据权利要求1所述的智能化测量方法，其特征在于所述的污染物在线测量仪表至少包括COD测试仪和氨氮测试仪。