在线监测系统设计方案研究.docx
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在线监测系统设计方案研究
在线监测系统设计方案研究
水质在线监测系统
设计方案
***********有限公司
******环保设备有限公司
二零******年**月
1、企业简介
**********有限公司位于经济技术开发区*****工业园区，是一家*******************。
本公司主要污染物排放总量在**市环保局总量控制指标内核定：
化学需氧量******吨/年，氨氮******吨/年，总磷*******吨/年。
按照国家有关规定设置规范的污染物排放口，预安装废水排放自动在线监测装置并与环保部门联网。
2、设计依据
2.1设计依据的主要相关规范及标准
1）《环境污染源自动监控信息传输、交换技术规范》（试行）（HJ/T352-2007）
2）《水污染源在线监测系统安装技术规范》（试行）（HJ/T353-2007）
3）《水污染源在线监测系统验收技术规范》（试行）（HJ/T354-2007）
4）《水污染源在线监测系统运行与考核技术规范》（试行）（HJ/T355-2007）
5）《水污染源在线监测系统数据有效性判别技术规范》（试行）（HJ/T356-2007）
6）《环境保护产品技术要求-化学需氧量CODcr水质在线监测仪》（HJ/T377-2007）
7）《氨氮水质自动分析仪技术要求》（HJ/T101-2003）
8）《环境保护产品技术要求-超声波明渠流量计》（HJ/T15-2007）
9）《水质采样技术指导》（HJ494-2009）
10）《水质自动采样器技术要求及检测方法》（HJ/T323-2007）
11）《污染源在线自动监控（监测）数据采集传输仪技术要求》（HJ477-2009）
12）《污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准》（HJ/T212-2005）
13）《关于开展排放口规范化整治工作的通知》（2006年修正版）
14）《再生有色金属工业污染物排放标准—铝》（征求意见稿）
15）《污染源自动监控管理办法》
16）《巴歇尔槽测流规范》（SL24-91）
17）《污水综合排放标准》GB8978-1996
18）《室外排水设计规范》GBJ14-87（1997年版）
19）《工业与民用电力装置的接地设计规范》GBJ65-83
20）《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
21）《电缆线路施工及验收规范》GB50168-92
22）《堰槽测流规范》SL24-91
23）《施工现场端建设规范》
2.2设计原则
（1）实用性和统一性原则。
在系统建设中首先要考虑的是实用性和易于操作性，易于管理和维护，易于用户掌握和学习使用。
采用技术成熟的数据采集技术和通信技术。
在分析仪器设备的选型上，为污水处理厂提供同一厂家设备，以保证整个系统的兼容性和统一性，且更便于工作人员操作及系统维护。
也使售后服务具有专一性，责任性增强，提高工作效率。
（2）开放性和标准化原则。
在总体设计中，采用开放式的系统结构，使系统网络易于扩充，并为以后的发展预留可扩充接口。
同时系统网络选用的通信协议和设备接口标准符合国际标准和国家环保信息网络系统新认可的数据传输标准，达到对污染实施在线监控的目的。
（3）可靠性和安全性原则。
系统的安全可靠是整个系统建设的基础。
鉴于环保信息的重要性，要求系统有较高的可靠性，系统建设应具有网络监督和管理能力。
要确保系统数据传输的正确性，防止异常情况的发生，拒绝XX的访问。
2.3系统设计
该系统是由系统软件、COD、NH3-N、总磷、SS、PH计、流量计的水质在线分析仪和智能环保监控仪组成，系统软件安装在环保局信息中心监控室和污水厂监控室，可实时、定时对处理后污水的水质情况进行监测监控，并通过智能环保监控仪对数据进行整理、存储、上传，同时将数据传送到环保局监控中心和污水厂监控中心。
3、技术部分
3.1监测因子
根据《再生有色金属工业污染物排放标准—铝》（征求意见稿），确定***********有限公司总排水口的主要监测因子为：
pH、悬浮物、COD、氨氮、总磷、流量、石油类。
本公司现提供监测COD、pH和流量的水质在线自动监测设备。
3.2监测点位
根据《水污染源在线监测系统安装技术规范》（试行）（HJ/T353-2007），监测点位应位于************有限公司总排水口巴歇尔槽的引流段，其采集的水样具有代表性。
水样将无变质地输送至监测站房供水质自动分析仪取样分析或采样器采样保存。
流量计探头安装于巴歇尔槽上。
3.3监测站房
（1）位置：
监测站房应建在监测点位附近，距离不大于50米，最好在10米以内，并且站房区域没有振动、噪声、强磁场、通讯盲区，对仪器的测量及数采仪的数据传输无影响。
（2）尺寸：
6m×4.4m×2.8m，建筑面积26.4m2；室内净高2.6m。
（3）构筑材料：
砖混结构3x7墙。
（4）保温材质：
外墙面保温层。
（5）门窗材质：
窗户选择铝塑钢和手关窗扇，门为品牌防盗门。
（6）屋内环境：
室内设空调，保持室温约10-35℃、相对湿度75%以下、通风良好、无强震动和磁场干扰。
（7）给排水：
清洁水从污水处理厂自来水管道接入，室内安装盥洗池，地漏。
（8）防雷：
设接地线路，接地电阻<4Ω。
（9）防水：
屋面坡度设定为1:
20；采用咬合式波浪板型；防水材料选用适合于金属板屋面的具有较高的粘结强度、好的追随性、以及耐候性丁基橡胶防水密封粘接带。
（10）供电：
接入380V/220V、频率50Hz交流电，总功率为10kw。
五芯橡套电缆（6mm2）经地下埋镀锌管引入屋内，配备一台380V/220V、10路输出，总功率10kw的供电箱，供电能力为10kw。
室内安装UPS备用电源，功率为2000W,在断电时数据采集传输仪可继续工作6h以上，已满足站房断电后仪器的正常运行及数据的及时保存。
电源引入线使用照明电源，电源设明显标志，防止工作人员意外断电；接地线设明显标志。
站房电源设置系统总开关，每台仪器均设独立控制开关。
所有电线加硬质保护管套进墙入地铺设。
室内顶部安装40w白炽灯，满足照明要求。
（11）防火：
监测室内设干粉灭火器一只放于进门处的明显位置。
（12）辅助设施：
工作台、电脑桌、椅等。
3.4其他建设要求
3.4.1站房内布置情况
1、监测站房内安装（建议）立体示意图
2、仪表间内布置规范
1）室内按照一般实验室规范标准装修；
2）室内安装空调保证环境温度：
10—35℃，空调功率为：
1000W；
3）地面应用瓷砖铺砌，设踢脚线；
4）接电要求：
电源电压：
220V±15%AC,5A，电源频率：
50Hz±5%,电源功率：
＞5000w,良好接地：
4欧的专用接地线。
至少配有7只三眼插座和4只二眼插座，固定在1.2米高处，或配有二只多功能电源插板，可以扩接水泵、电脑等用电设备。
对于电压不稳定和经常断电的地区，建议使用功率匹配的交流电源稳压器，以保护仪器,有接地线，有总的配电盘，漏电开关三排；使用功率匹配的交流电源稳压器，以保护仪器；
5）总进电源线为4平方毫米以上铜芯线，室内可为2平方毫米软线；开关、插座等线路管线均为暗线；
6）仪器房的避雷和电线系统与附近厂区取得平衡（有避雷针的大地桩，接地电阻必须小于4欧）；
7）室外安装采样进水φ25PPR管，采样预留孔高度可与现场实际情况而定；
8）室内环境要求：
室内照明应能照射到仪器正面（40W日光灯）；
干燥、通风且满足设备运行环境温度（应装有空调，使之保持恒温在5-30℃），避免阳光直射；避免强电磁场干扰；避免强腐蚀性气体。
备有洗手池，以便维护时洗手用
9）仪器的放置：
仪器的尺寸为宽×高×深=450×1500×300（mm）,要求仪器的左右保持≥600mm的空间,前面保持≥1000mm的空间。
3.4.2标准巴歇尔槽技术要求
巴歇尔槽的喉道断面为矩形。
进口收缩段（L1）要求底面严格水平，两侧边墙与底面垂直且与轴线成1∶5的比值收缩。
喉道段（L）的两侧边墙互相平行，底坡向下游倾斜，坡度为3∶8。
出口扩散段（L2）
的两侧翼墙与底面垂直，且与槽轴线对称，扩散比为1∶6。
出口段底面向上游倾斜呈1∶6的逆坡。
进口收缩段与行近河槽及出口扩散段与下游河槽相连接处，均应建垂直翼墙（L3和L4），其夹角可做成45°，也可做成半径为2hmax的圆弧形。
对喉道宽小于0.5m的测流槽，其翼墙也可与槽轴线成直角布置。
进口收缩段上游应有长度不小于5倍河宽的行近河槽，水流的弗汝德数（Fr）一般不应超过0.5。
对测流精度要求不高的情况，也不应超过0.7。
在有充分水头可以利用，能保证自由出流的情况下，可从堰顶处截短，不建喉道和出口扩散段，但在进口的下游应有不小于0.2m的跌水，且应建消能装置。
巴歇尔槽各部位尺寸安装的允许偏差还应符合下列要求：
1）喉道底面纵横向平均坡度的允许偏差为±0.1%；
2）上游进口渐变段长度的偏差为喉道长度（L）的±0.1%；
3）下游出口渐变段长度的偏差为喉道长度（L）的±0.3%；
4）其它垂直和倾斜面上的平面或曲线偏差为±1%。
设计的喉道宽（b）一般宜为行近河槽宽的1/2～1/3。
在有泥沙输移的情况下，槽底宜与进口收缩段齐平。
如只允许在自由流状态下运行，可以适当增高进口段的底部高程。
在设计安装时，不能随意改变巴歇尔槽给定的标准尺寸，也不能舍零取整。
根据《关于开展排放口规范化整治工作的通知》（2006年修正版）的要求在排放口建设巴歇尔计量槽，其按照《巴歇尔槽测流规范》（SL24-91）要求进行建设安装，巴歇尔槽建成后在堰槽周围采用不锈钢围栏作为安全防护，周围及底部铺设防滑瓷砖。
巴歇尔槽构造尺寸根据企业排污水量，按照巴歇尔槽构造尺寸表选择尺寸。
巴歇尔槽立体图
巴歇尔槽构造尺寸表（单位：
米）
类别
序号
喉道段
收缩段
扩散段
墙高
b
L
N
B1
L1
La
B2
L2
K
D
小
型
1
0.025
0.076
0.029
0.167
0.356
0.237
0.093
0.203
0.019
0.23
2
0.051
0.114
0.043
0.214
0.406
0.271
0.135
0.254
0.022
0.26
3
0.076
0.152
0.057
0.259
0.457
0.305
0.178
0.305
0.025
0.46
4
0.152
0.305
0.114
0.400
0.610
0.407
0.394
0.610
0.076
0.61
5
0.228
0.305
0.114
0.575
0.864
0.576
0.381
0.457
0.076
0.77
标
准
型
6
0.25
0.60
0.23
0.78
1.325
0.883
0.55
0.92
0.08
0.80
7
0.30
0.60
0.23
0.84
1.350
0.902
0.60
0.92
0.08
0.95
8
0.45
0.60
0.23
1.02
1.425
0.948
0.75
0.92
0.08
0.95
9
0.60
0.60
0.23
1.20
1.500
1.0
0.90
0.92
0.08
0.95
10
0.75
0.60
0.23
1.38
1.575
1.053
1.05
0.92
0.08
0.95
11
0.90
0.60
0.23
1.56
1.650
1.099
1.20
0.92
0.08
0.95
12
1.00
0.60
0.23
1.68
1.705
1.139
1.30
0.92
0.08
1.0
13
1.20
0.60
0.23
1.92
1.800
1.203
1.50
0.92
0.08
1.0
14
1.50
0.60
0.23
2.28
1.95
1.303
1.80
0.92
0.08
1.0
15
1.80
0.60
0.23
2.64
2.10
1.399
2.10
0.92
0.08
1.0
16
2.10
0.60
0.23
3.00
2.25
1.504
2.40
0.92
0.08
1.0
17
2.40
0.60
0.23
3.36
2.40
1.604
2.70
0.92
0.08
1.0
大
型
18
3.05
0.91
0.343
4.76
4.27
1.794
3.68
1.83
0.152
1.22
19
3.66
0.91
0.343
5.61
4.88
1.991
4.47
2.44
0.152
1.52
20
4.57
1.22
0.457
7.62
7.62
2.295
5.59
3.05
0.229
1.83
21
6.10
1.83
0.686
9.14
7.62
2.785
7.32
3.66
0.305
2.13
22
7.62
1.83
0.686
10.67
7.62
3.383
8.94
3.96
0.305
2.13
23
9.14
1.83
0.686
12.31
7.93
3.785
10.57
4.27
0.305
2.13
24
12.19
1.83
0.686
15.48
8.23
4.785
13.82
4.88
0.305
2.13
25
15.24
1.83
0.686
18.53
8.23
5.776
17.27
6.10
0.305
2.13
3.4.3采样泵的选择
从采样点给仪器输送水样的水泵，其功率应使被测水体输送到仪器处的流量不小于50升/分钟,不大于200升/分钟为宜。
通常采样点与仪器的距离小于20米时，选用350W的潜水或自吸泵。
当采
样点与仪器的距离大于20米时，应选用550-750W的泵，另还应根据水样的腐蚀性考虑是否选用耐腐蚀泵。
泵和管路的布置:
采样点至仪器安装处应预先安装好水泵、电线穿线管、水样进水管、出水管、信号线穿线管。
为了方便与仪器设备连接，我们采用硬质PPR管，且考虑到该地区天气原因，所有采样管均外加双层保温棉，管壁缠绕70℃恒温电热带，以确保冬天管路的正常运行。
要求：
1）放置仪器的地面应高于水槽壁，管道从仪器到水槽呈坡型下降，尽量减少管道弯头的的数量，并且管道中途不应有凸起或凹下的地方,避免管道中存水，以利于进水管道的排空和冬季防冻。
2）管道的安装过程要十分仔细，安装好的管道内要干净，不得有直径大于2mm的杂物，以免损坏污水泵或堵塞管道。
管道口在仪器安装前应用干净的东西堵好，以免杂物进入。
3）由于********地区冻土层厚度为1.6米，所以管道必须填埋于地面1.6米以下，并且为管道加设保温材料。
4）潜水泵安置的位置其水流应为层流态，所抽吸的水体应不呈气溶胶状（即水中含有大量气泡）。
气溶胶进入仪器将使测量结果不准或使仪器报警。
明渠排水系统中产生气溶胶的原因,主要是潜水泵放置处水流是从高处跌落，裹挟大量气泡进入水体形成。
5）若使用的是潜水泵，在潜水泵原有的滤网罩外部再裹一层不锈钢过滤网，滤孔的直径在1.0-2.0mm之间。
预安装好的管道应将各端口封好，以免颗粒杂物进入。
6）潜水泵及进水口应能方便维护，遇到诸如较大薄膜包裹水泵时，能方便地去除。
7）污水泵电器的连接方法：
本公司仪器侧面板有污水泵控制电源接口，可直接控制开启≤500w的污水泵。
8）污水泵电器的连接方法：
当污水泵功率＞500w，须在仪器外部加接相应功率的交流继电器，通过仪器侧面板的污水泵控制接口，控制交流继电器的线圈来控制污水泵的开启。
注意：
不能将大功率污水泵（尤其是≥750w的污水泵）直接接至污水泵控制接口，否则仪器内部熔断丝容易烧断。
污水泵应尽量浸没在水里。
安装布管时，应该备有4路管道，分别用于进水、出水、电线穿线和信号线穿线。
监测站房采集水样示意图
3.5企业监控中心
企业污水排放口自动在线监测系统监控中心利用现有监控中心房屋，其能满足温度、湿度、供配电、防火、防雷和通讯等的要求。
监控中心计算机系统主要接收监测点传输来的信息，完成对数据的存储、显示、记录、打印、统计等功能。
监控中心与数采仪数据传输采用通用串行接口—RS485数字传输通道传输，传输距离小于90m。
3.6监测设备性能及组成部分
3.6.1主要设备的组成
序号
设备名称
单位
数量
生产厂家
1
COD在线分析仪
台
1
苏州科特
2
在线pH计
台
1
台湾上泰
3
超声波明渠流量计
个
1
九波声迪
4
巴歇尔槽
个
1
—
5
数据采集传输仪
台
1
青岛环科
6
预处理系统
套
2
苏州科特
7
UPS不间断电源
套
1
山特
8
企业监控平台软件
套
1
青岛环科
9
电脑
台
1
联想
3.6.2主要监测设备的原理性能
1、COD在线监测仪:
（1）基本原理
水样、重铬酸钾消解溶液、硫酸银溶液（硫酸银作为催化剂加入可以更有效地氧化直链脂肪化合物）、以及浓硫酸的混合液加热到165℃，重铬酸离子氧化溶液中的有机物后颜色会发生变化，分析仪检测此颜色的变化，并把这种变化换算成COD值输出出来。
消耗的重铬酸离子量相当于可氧化的有机物量。
（2）仪器特点
※本仪器采用国家标准GB11914-89《水质化学需氧量测定-重铬酸盐法》
※具有网络功能，通过网络，能实现数据远程控制。
※可以自动清洗采样管道，防止藻类或着生物膜的生成。
※异常复位和断电后来电，仪器自动排出仪器内残留反应物，自动恢复工作状态。
※独特的设计，使本产品较之同类产品具有更低故障率、更低维护量、更低的试剂消耗量以及更高的性价比。
※氯离子掩蔽能力强，可分析含CL-10000mg/L以下的污水
※智能故障自诊断功能，报警提示，仪器管理和维护十分方便
※可设置定时、间隔、遥测等采样方式
※采用Panasonic进口PLC等控制元器件，减少了环境干扰和设备故障。
※采用顺序注射分析法，流路简单，试剂消耗低，自动化程度高。
※采用自主研制的多通道阀，防腐性能强，使用寿命长，安全可靠。
（3）性能参数
测量范围：
30～1000mg/L（扩展量程0-5000mg/L）。
准确度：
示值误差≤±10%；
重复性误差：
≤±10%；
测量周期：
最小测量周期为20min。
采样周期：
时间间隔（20～9999min任意可调）和整点测量模式。
校正周期：
手动与自动两种模式
通信输出：
RS232及模拟量（4～20）mA
实际水样对比：
误差≤±10%。
MTBF：
≥720h/次
2、在线pH计：
台湾上泰PC3100pH计
特性：
144×144微电脑设计酸碱度/氧化还原控制器
户外防水型设计适合墙装、盘装、圆管安装
大型液晶显示幕，附操作状态及特殊符号显示
具背光感应器，自动及手动背光设定功能
提供电极自动清洗装置接点，程序设定输出
提供溶液接地功能，可消除样品带电干扰
具自动校正；手动/自动选择温度补偿功能及周期校正警示
密码锁设置及组合键进入设定、校正模式设计，增强安全防护
具RS-485界面输出，可直接与数位系统连接（PC-3100RSonly）
具两路4～20mA输出对应设定pH/ORP、Temp。
（PC-3100RSonly）
一般参数：
测量范围：
pH：
-2.00～16.00pH
ORP：
-1999～+1999mVTemp：
-30.0～110.0℃
分辨率：
pH：
0.01pHORP：
1mVTemp：
0.1℃
仪表精度：
pH：
0.01pH±1Digit
ORP：
1mV±1DigitTemp：
0.1%±1Digit
温度补偿：
自动温度补偿Pt1000、NTC30K双模式选择
手动温度补偿按键设定
工作温度：
0～50℃
输入阻抗：
＞1012Ω
显示幕：
背光式大型LCD显示
模拟输出：
两路隔离式4～20mA输出，
可程式对应pH/ORP、温度设定
数位输出：
RS-485PC-3100RSonly
继电器输出：
高低点、滞后任意程序设定。
两组ON/OFF输出，240VAC，最大电流0.5A
清洗接点：
ON0～999秒/OFF0～999小时
一组ON/OFF输出，240VAC最大电流0.5A
溶液接地：
可消除溶液带电干扰
电源输出：
88～265VAC宽电源、50/60Hz
安装方式：
墙面安装、盘面安装、圆管挂装
仪表尺寸：
144mm×144mm×100mm（H×W×D）
挖孔尺寸：
138mm×138mm（H×W）
重 量：
0.49Kg
保护等级：
IP65
3、超声波明渠流量计:
（1）用途
与量水堰槽配合使用，测量明渠内水的流量。
主要用于测量污水厂、企事液单位的污水排放口、城市下水道的流量。
由于这种仪表采用超声波穿过空气，以非接触的方法测量。
因此在粘污、腐蚀性液体情况下，比其它形式的仪表具有更高的可靠性。
（2）工作原理
WL-1A仪表直接测量的物理量是液位。
用于明渠测流量时，在明渠上安装量水堰槽。
量水堰槽把明渠内流量的大小转成液位的高低。
仪表测量量水堰槽内的水位，再按相应量水堰槽的水位-流量关系反算出流量。
4、数据采集仪:
（1）工作原理:
数据采集传输仪通过数字通道、模拟通道、开关量通道采集监测仪表的监测数据、状态等信息，然后通过传输网络将数据、状态传输至上位机；上位机通过传输网络发送控制命令，数据采集仪根据命令控制监测仪表。
（2）通信方式:
数据采集传输仪可通过以下传输方式：
1.无线传输方式，通过GPRS、CDMA与上位机通信
2.以太网方式，直接通过局域网或Internet与上位机通信
3.有线方式，通过电话、ISDN或ADSL方式与上位机通信
5、预处理器:
水样预处理器是一种带有精密阻截装置及旋转自清理装置的预处理采样装置,主要用于对水样中颗粒杂质进行精细过滤的采样场合。
3.7项目实施方案
3.7.1设备安装
COD分析仪采用落地式安装，其它仪表仪器采用集成式安装，确保设备安装牢固稳定。
各水质自动分析仪与数采仪之间均采用4-20mA模拟信号进行传输，当数采仪收到某分析仪器测量数值超标警告后通过开关量信号启动水质自动采样器进行采样。
数据经数采仪采集与转换后通过仪器自带接口与电话线连接，采用ADSL专线方式传输至省、地环保局监控中心。
3.7.2设备调试
在完成自动在线监测仪器的安装、初试后，对其进行调试，调试时间不少于72小时。
每天用手工采样数据进行零点校准和量程校准检查，当累积漂移超过规定指标时，对在线监测仪器进行调整。
如遇排放源故障或在线监测系统故障造成调试中断，在排放源或在线监测系统恢复正常后，重新开始调试，调试连续运行时间不少于72
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