CN101302042A - 一种工业园区废水排放污染物智能化监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业园区废水排放污染物的智能化监控方法，该方法集污染物在线测量、排放总量科学计量、排污异常情况实时监控于一体，选用准实时的在线测量仪表，对工业园区内污水排放情况实现在线实时监控，不仅解决化学药剂方法存在的采样间隔时间长、难以进行污染物浓度实时监测及污染物排放总量的科学测量与计算，因而无法有效监测与监管排污企业超排、偷排行为的缺陷，而且能够对排污过程中出现的异常情况采取及时报警、关闭超限排污管道等措施，从而有效地保障工业园区污水集中处理厂安全可靠的运行，特别适合对工业园区企业污水排放的实时监控及排污总量的科学测量计算。

Description

一种工业园区废水排放污染物智能化监控方法

技术领域

本发明涉及一种环境污染物监控方法，尤其是特别涉及一种工业园区废水排放污染物的智能化监控方法，用以实现对企业废水排放的实时监控和排污总量的科学计算。

背景技术

2000年以来，我国各地逐步把化工、印染、食品、造纸、制药等对水环境有较大污染的企业集中到相应工业园区，园区内该类企业的废水经简单处置后汇集园区污水处理厂，由园区污水处理厂统一处理，并按各排污企业排污总量(计算)收取污水处理费和排污费。

目前国内各类工业园区排污企业的污水污染物(总量)监测(控)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底层(污染物)在线测量仪表等。监测的基本过程是，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，由信息化平台进行相应处理及计算，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。

我国目前的污染物监测系统，污染物排放的相关指标或参数，如COD(化学需氧量)、NH₃-N(氨氮)等的在线采集、测量方法，大量采用传统的化学药剂法(即业内俗称的“湿法”)，一次采集、测量通常需要十几分钟到一两个小时，且需消耗一定试剂和电能(如按国标GB11914-89做一次水污染物COD测量，至少需要两个小时，消耗重铬酸钾、硫酸亚铁或酸性高锰酸钾、草酸等氧化剂、还原剂及电能所产生的直接成本，目前约需人民币7～8元以上；送第三方检测，则一次检测费用需65～90元左右)。因此，由于成本上的原因，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)等仪器进行测量(一天4～6次)，再依据这些测量值乘以(该排污口)这段时间间隔内(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。

综上，可以看出目前我国环保行业普遍采用的监测企业COD(化学需氧量)、NH₃-N(氨氮)等污染物排放监测及总量计算方法上存在如下不足：

1.排污总量测量与计算方式不科学

目前采用的计量方式是由基于化学药剂法的传统COD(化学需氧量)、NH₃-N(氨氮)等在线测量仪器进行测量(一天4～6次)，再依据这些测量值乘以(该排污口)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等参量的排放总量。对于目前的采样方式，排污流量与污染物在线测量相互独立，且采样间隔过大(4～6个小时)，以4～6个小时中(通常是此时段开头)一次污染物瞬时测量数据代表整个时段平均值参与排污总量计算，显然不合理、不科学。

2.排污企业对污染物在线测量仪表采样与测量规律极易掌握

由于目前水污染中的主要污染物COD(化学需氧量)、NH₃-N(氨氮)在线采集、测量耗时长、成本高，因此目前国内各级环保部门对排污监测的采样时点允许间隔时间很长(4～6个小时)。故排污企业对污染物在线测量仪表采样与测量规律极易掌握(测量仪表有采样及测量结果现场实时显示功能)，这就给不诚信企业利用在两次采样之间间隔的几个时间段内集中排放高污染物浓度污水变得十分“方便”、“可靠”与“经济”。然而目前的污染物排放监控系统无法对这些不诚信企业的上述卑劣行为进行有效监控，因而难以对这些不诚信企业进行追究和惩处。

3.园区污水处理厂安全可靠的运行存在隐患

对于工业园区内企业排出的超高浓度污水，需要排污企业自行预处理，达到一定的浓度范围，才允许进入园区污水处理厂集中进行处理；而园区污水处理厂出厂水质按规定应达到二类水质标准后才能排入江河。而对于不同污染物浓度的污水的处理成本(每吨处理污水费)不同，收费也应不同。

由于目前水污染主要污染物COD(化学需氧量)、NH₃-N(氨氮)在线采集、测量采用的传统的“湿法”，耗时长、成本高，造成目前基于“湿法”的污染物监测系统采样时间间隔过长，因此目前的监测系统难以有效、及时地监测排污浓度的突然变化，对不诚信企业利用两次测量间隔的3～5个小时左右的间隙时间突击大量排放超高浓度污水，可能会超过工业园区污水处理厂的处理能力，从而导致大量杀死污水处理厂中的可降解菌种，威胁到污水处理厂安全可靠的运行；若这部分污水直接排放到江河中，则会对当地水环境和下游地区的水环境、生态产生严重的损害及破坏。

发明内容

本发明提供一种适合工业园区企业排污实时监控和排污总量科学计算的水污染物智能化监控方法，能克服现有污染物总量监测方法存在的采样间隔时间长、难以进行污染物浓度的实时监测及污染物排放总量准确计算及无法有效监测(管)排污企业超排、偷排行为的缺陷。该方法采用采样速率较快的在线准实时测量仪表，不仅实现了对定点排污口排污情况的实时监控，有效地保障工业园区污水集中处理厂的安全可靠的运行；而且可以科学地计算出所监控排污口污染物排放总量，特别适合对工业园区企业污水污染物排污实时监控及排污总量科学地测量与计算。

本发明方法的构思是选用准实时的测量仪表，如准实时的COD(化学需氧量)测量仪、NH₃-N(氨氮)仪等，通过对智能化监控仪相关参量设置，对废水污染物浓度进行较高频率的测量，可大大减小排污总量计算时的偏差；并对排污管道进行实时智能化监控。由智能化监控仪把采集、处理获得的废水流量、监测水污染物浓度、排放总量等等相关数据信息通过GPRS模块发送给上层的信息化管理平台，在发现排污管道中污染物浓度的突然变化等异常情况时以无线方式发送警报信息，并在必要时通过控制电控阀门关闭该排污口。

本发明采用的技术方案如下：

一种工业园区废水排放污染物智能化监控方法，其特征在于：

在污染物监测系统中，采用准实时水污染物在线测量仪，包括COD测量仪和氨氮测量仪；

废水排放污染物的监测包括以下步骤：

1)在线测量仪连续在每个测量周期ΔT内，对被测污染物采样一次，并检测被测污染物瞬时浓度C_i；

2)流量计测量该测量周期ΔT内的累积流量Q_i；

3)按流量权比，计算污染物排污总量L，公式如下

$L=\underset{i=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i\·C_i---\left(I\right)$

其中， $N=\frac{t_2-t_1}{\mathrm{\ΔT}},$ t₁、t₂分别为计算排放总量的起始和结束时间；

4)当步骤1)所测得的污染物瞬时浓度C_i发生异常变化时，若该浓度值达到或超过设定的报警值或强行关断值，则自动触发报警或自动关闭排污口。

本技术方案对排污参数的采集改用准实时的在线仪表，包括COD测量仪和氨氮测量仪等。所述的准实时在线测量仪不同于基于经典化学药剂法(“湿法”)类污染浓度测量(分析)仪表，能够实现废水污染物的准实时监测，并符合国家有关环境监测的技术标准与规范。以COD为例，将目前环保行业普遍采用的经典化学药剂法(即业内俗称的“湿法”)类污染浓度测量(分析)仪表换成采用准实时的在线监测仪表(即业内俗称的“干法”类仪表)，如目前先进的UV254紫外有机物分析法。这种测COD的“干法”已经有国家环保总局发布的行业标准(HJ/T 191-2005)，完全可以应用于实际的系统中。采用这种方式，可以在线实时的对污水进行检测，例如采用美国HACH公司的紫外COD测量仪，采样间隔最小可设置为1分钟，这就可以实现对COD近似实时的监测，彻底杜绝一些不诚信企业利用采样间隔的时间集中排放高污染浓度污水的可能性。另外，改用在线准实时仪表进行测量后，除了每次测量时仪表需消耗极少量电能外，测量成本几乎为零。

目前环保行业普遍采用的基于经典化学药剂法(“湿法”)类污染浓度测量(分析)仪表构建的系统，采样间隔ΔT一般为4～6个小时；即使不考虑排污企业受利益驱动，利用两次测量之中几个监测真空期恶性突击排放，将一次污水采样、污染物浓度测量值作为4～6个小时平均值用于计算污染物排污总量L显然将产生很大偏差。

基于采用准实时污染浓度测量(分析)仪表(即业内俗称的“干法”测量仪表)，本发明提出了一种准实时污染浓度及总量的测量与监控方法。

具体来说，本发明提出的基于“干法”准实时污染浓度测量(分析)仪表的方法，其连续测量周期ΔT可选择范围为：1分钟≤ΔT≤20分钟(即每24小时需按等时间间隔均匀采样测量72～1440次)。通过大幅度减小采样、测量周期(1分钟≤ΔT ≤20分钟)，可测得的被测污染物瞬时浓度C_i，不仅将彻底杜绝一些不诚信企业利用采样间隔的时间集中排放高污染浓度污水的可能性；而且以每个周期内取样测得的污染物浓度C(t_i)值近似地作为该周期(1分钟≤ΔT≤20分钟)污染物浓度C(t_i)平均值，据此计算排放污染物总量，显然比目前环保行业普遍采用的经典化学药剂法(“湿法”)类污染浓度测量(分析)仪表，以采样间隔ΔT一般为4～6个小时测量、计算排污总量更科学、合理、误差小。

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，即

$L=\underset{t_1}{\overset{t_2}{\∫}}q\left(t\right)\·C\left(t\right)\mathrm{dt}$

在本发明中，污染物总量的监测采用如下的近似计算方法：

1)通过流量计测得在采样间隔ΔT时间内的累计污水排放总量Q_i；

2)将两次采样间隔中的污染物浓度C(t_i)认为是不变的，记为C_i；

3)按流量权比，计算日(月、年)污染物排污总量L，即

$L=\underset{i=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i\·C_i---\left(I\right)$

其中， $N=\frac{t_2-t_1}{\mathrm{\ΔT}},$ t₁、t₂分别为计算排放总量的起始和结束时间。

每个周期内取样测得的准实时的污染物浓度C(t_i)值，近似地作为该周期(1分钟≤ΔT≤20分钟)污染物浓度C(t_i)平均值，再按公式(1)计算排放污染物总量，计算排污总量科学、合理且误差小，基本能满足工业园区废水排放实际监控的要求。

另外，由于本发明中采用的是准实时的污水污染物浓度测量仪表，因此(水污染物排放)智能化监控仪在数据采集的过程中，同时可以实时监测排污管道中污染物浓度的变化情况。比如设定污染物浓度阈值C₀，步骤1)所测得的污染物瞬时浓度C_i与设定的浓度阈值C₀进行比较，按照预设的条件进行判定，当园区企业出现排污异常或故意违规排放大量超高浓度污水时，智能化监控仪立即向排污企业和污水处理厂和当地环保部门无线报警，同时通过计算，如果排放量超出工业园区的污水处理厂的处理能力，危及污水处理厂的菌种的生存环境时，则及时地通过控制电动阀关闭该排污口，从而保证园区污水处理厂的安全运行。

本发明方法将水污染物浓度的测量和排污总量计算周期缩小到分钟级别，实现监测准实时化，从而使得总量计算更加科学化；同时通过对水污染物浓度的准实时监测，能即时发送相关数据和警报信息，并在必要时能够采取应对措施，保证工业园区集中污水处理厂的安全运行。总之，本发明方法不仅实现了对定点排污口排污情况的实时监控，有效地保障工业园区污水集中处理厂的安全可靠的运行；而且可以科学地计算出所监控排污口污染物排放总量，特别适合对工业园区企业污水污染物排污实时监控及排污总量科学地测量与计算。

下面结合实施例对本发明具体实施方式进行详细描述。

附图说明

图1目前工业园区废水排放污染物监测系统的组成结构图；

图2本发明方法采集环节结构示意图。

实施例

一种工业园区废水排放污染物的智能化监控方法，可用于现有工业园区废水排放污染物监测系统中，其方法是以准实时水污染物在线测量仪替代传统的基于化学药剂法的传统COD(化学需氧量)、NH₃-N(氨氮)等在线测量仪器，使用本发明方法的智能化监控系统其采集环节的结构如图2所示。

如图2，智能化污水污染物总量监控系统，包括在线污水污染参数采样仪表，包括COD测量仪3和氨氮测量仪4等，及排污管道流量计1、(水污染物排放)智能化监控仪5、电控阀门2和GPRS模块6等。其中，在线污水污染参数采样仪表都采用的是准实时或实时的测量仪表，COD测量仪3采用目前先进的UV254紫外有机物分析法的测量仪，如美国HACH公司的紫外线COD测量仪，该测量仪采样接近实时，采样间隔在1分钟到30分钟可设置；氨氮测量仪4可选采用电极法或光学法的在线氨氮测量仪，所用测量仪采样接近实时，采样、测量时间约为几分钟至十几分钟。排污管道流量计1实时监测排污管道上的流量大小。水污染物排放监测仪代替现有系统中的数据采集仪，实现对数据的采集和对污染情况的监控。

智能化监控工业园区废水排放污染物的过程包括以下步骤：

1)在每个测量周期ΔT＝2分钟的间隔内，在线COD测量仪3和氨氮测量仪4连续对被测废水采样一次，并检测被测污染物瞬时浓度C_i ^COD和

2)流量计1测量该测量周期ΔT内的累积流量Q_i；

3)按流量权比，分别计算污染物COD和NH₃-N排污总量L，公式如下

$L=\underset{i=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i\·C_i---\left(I\right)$

其中， $N=\frac{t_2-t_1}{\mathrm{\ΔT}},$ t₁、t₂分别为计算排放总量的起始和结束时间；

即根据在污水参数采样间隔内的排水量大小Q_i乘以采样瞬间的污水的参数C_i，如此按流量权比累加计算日(月，年)污水污染物(COD(化学需氧量)和NH₃-N(氨氮)等主要污染指数)排放总量L，即L＝∑Q_i·C_i。

4)当排污管道中出现污染物浓度的突然变化等异常情况时，智能化监控仪通过GPRS模块6立即向排污企业和污水处理厂和环保部门无线报警；同时通过计算，如果排放量超出工业园区的污水处理厂的处理能力时，控制电动阀2关闭该排污口

Claims (3)

1、一种工业园区废水排放污染物智能化监控方法，其特征在于：

在污染物监测系统中，采用准实时水污染物在线测量仪，包括COD测量仪和氨氮测量仪；

废水排放污染物的监测包括以下步骤：

1)在线测量仪连续在每个测量周期ΔT内，对被测污染物采样一次，并检测被测污染物瞬时浓度C_i；

2)流量计测量该测量周期ΔT内的累积流量Q_i；

3)按流量权比，计算污染物排污总量L，公式如下

$L=\underset{i=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i\·C_i---\left(I\right)$

其中， $N=\frac{t_2-t_1}{\mathrm{\ΔT}},$ t₁、t₂分别为计算排放总量的起始和结束时间；

4)当步骤1)所测得的污染物瞬时浓度C_i发生异常变化时，若该浓度值达到或超过设定的报警值或强行关断值，则自动触发报警或自动关闭排污口。

2、根据权利要求1所述的智能化监控方法，其特征在于：所述的测量周期ΔT在范围1分钟≤ΔT≤20分钟内选择。

3、根据权利要求1所述的智能化监控方法，其特征在于：所述的COD测量仪为紫外线COD在线测量仪，所述的氨氮测量仪为电极法或光学法在线氨氮测量仪。

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