污水处理厂水质在线监测数据可靠性研究.pdf

经 验 交 流 污水处理厂水质在线监测数据可靠性研究 李 洁 1 吴学伟 2 杜成银 1 林 毅 3 1. 广州市市政工程设计研究院, 广州 510060; 2.广州市水务局, 广州 510640; 3.广州市排水监测站, 广州 510010 摘要 水质在线自动监测系统近年已经开始应用于污水处理厂, 在线监测数据的可靠性是污水处理厂推广和应用水质 在线监测系统的前提和基础。 以广州市某污水厂水质在线监测系统为研究对象, 采用对比实验的方法并应用数理统 计原理对实验结果进行分析, 探讨水质在线监测系统数据的可靠性。 经实验及结果分析, 污水处理厂水质在线监测系 统测得的数据真实可靠, 可以用于对污水厂的监督和运行指导。 关键词 水质在线监测系统; 对比实验; 数理统计原理; 可靠性 RELIABILITY STUDY ON ON-LINE MONITORING SYSTEM FOR WASTE WATER TREATMENT PLANTS Li Jie1 Wu Xuewei2 Du Chengyin1 Lin Yi3 1. Guangzhou Municipal Engineering Design 2. Guangzhou Water Conservancy Bureau, Guangzhou 510640, China; 3. Guangzhou Wastewater Monitoring Station, Guangzhou 510010, China Abstract On -line water quality auto -monitoring systems have come into use in waste water treatment plants in recent years, the reliability of the data is a premise and foundation of appling and extending thissystem. The article studies the systemfor a wastewater treatment plant inGuangzhou, anddiscusses the data s reliability through contrastexperimentsand the mathematical statistic analysis. The tests and analytic results show that the data monitored by on -line monitoring system are true, and can be used in waste water plant s supervision and operation. Keywords on-line water quality auto -monitoring system; contrast experiment; mathematical statistics principle;reliability 水质在线自动监测系统 on-line water quality auto- monitoring system 是把多个指标的分析仪器组合起 来,从采样 、 分析记录 、 数据统计到远程数据传输等几 个部分组成一个系统 ,实现在线监测。数据的准确性 是水质在线监测系统能否真正实现实时监测的关键, 因此本文以广州市某污水厂水质在线监测系统为研 究对象 ,分析水质在线监测系统监测数据的真实可 靠性 。 1 研究方法及采样方法 研究方法是进行对比实验 ,即使用自动在线监测 和实验室手工检测两种方法对同一水样进行测试 ,并 应用数理统计原理对实验结果进行分析 。对比实验 的监测项目包括 COD、 NH3- N 、 TP。实验步骤分为仪 器基本性能测试和实际水样对比实验两部分。仪器 基本性能测试的方法包括 零点漂移、 量程漂移、 重现 性和直线性测试。本文以广州市某污水处理厂的在 线监测系统为研究对象进行对比实验,对比实验的水 样取自该污水厂进、出水水样 。 水样采集与处理 手工实验与自动监测仪器采用 相同的水样 ,本实验采用 Sigma900 美国哈希 自动采 样器采样。若自动监测仪器需要过滤的水样 ,则手工 实验采用相同的方法及过滤材料进行过滤,保持测试 水样的一致性。 采样频率与样品测定 5 个监测项目均采用瞬时 样,每天分别采集进出水的 1 个水样 ,用于对比实验 分析 ,手工实验采用平行样进行分析 。对比实验提供 30 d 的监测数据 ,进水数据30 对, 出水数据 30 对。 2 仪器基本性能测试 首先对仪器的基本性能作了测试,均采用国家认 可的质量控制样品进行测试 或是按规定配置的标准 109 环 境 工 程 2009年 12 月第 27卷第 6 期 溶液 ,选择测量范围中间浓度值 。 2. 1 仪器基本性能测试原理与计算方法 1 零点漂移 。用零空白标准溶液 , 连续测定 24 h,前 3 个测定值的平均值作为初期零值, 以后作 为单个测定值, 初期零值减去单个测定值的绝对值的 最大值,除以量程 ,得到零点漂移。用蒸馏水进行测 量。零点漂移计算方法 初期零值 测定值 1测定值2测定值 3 3 零点漂移 Max 初期零值 -测定值 量程 100 2 量程漂移。在零点漂移前后 , 用 80量程的 标准溶液 ,各进行 3次仪器测定 。6 次测定的平均测 定值 x , 减去所用标准溶液的浓度 , 再减去零点漂 移与量程的积, 取绝对值除以量程即为量程漂移。量 程漂移计算方法 量程漂移 x - 量程校正液浓度 -零点漂移 量程 100 3 重现性。用与实际水样浓度相近的标准溶液, 测定 6 次,取平均值, 减去标准溶液浓度, 取绝对值除 以标准溶液浓度 ,即为重现性测量误差 。重复性误差 计算方法 RSD ∑ n i 1 x 2 i- x 2 n -1 x 100 4 直线性。用与实际水样浓度相近的标准溶液, 测定 6 次,取平均值, 减去标准溶液浓度, 取绝对值除 以仪器测量量程 , 即为直线性测量误差 。用30 mg L 的标准溶液进行测试 。 直线性计算方法 直线性 测定平均值 -标样浓度 量程 100 2. 2 测试结果 对该污水处理厂进、出水口的在线监测仪器进行 基本性能测试, 结果如表 1、 表 2。 表 1 某污水处理厂进水口监测站仪器基本性能测试 项目 零点漂移量程漂移重现性直线性 合格 标准 检测 结果 合格 标准 检测 结果 合格 标准 检测 结果 合格 标准 检测 结果 TP≤50. 0≤101. 2≤100. 5≤100. 5 NH3- N≤ 100. 0≤104. 0≤100. 0≤100. 0 COD≤50. 5≤52. 5≤53. 0≤100. 9 表 2 猎德污水处理厂出水口 监测站仪器基本性能测试 项目 零点漂移量程漂移重现性直线性 合格 标准 检测 结果 合格 标准 检测 结果 合格 标准 检测 结果 合格 标准 检测 结果 TP≤50. 0≤103. 3≤100. 0≤10 0. 0 NH3- N ≤ 100. 0≤100. 1≤102. 2≤10-0. 6 COD ≤2 量程 0. 1 量程 ≤2 量程 9. 8 ≤5 量程 0. 4 量程 ≤ 2 量程 -0. 7 量程 由仪器基本性能测试结果可知, 该污水处理厂 进、 出水口的在线监测仪器各项指标性能均良好, 能 够满足测试和对比实验的要求 。 3 对比实验及结果 监测项目及方法 、 使用仪器见表 3。 表 3 监测项目 监测项目CODNH3-NTP 手工检测 方法 重铬酸钾法纳氏试剂比色法钼锑抗分光光度法 监测仪表化学需氧量 COD 分析仪 氨氮分析仪总磷分析仪 监测仪表 规格型号 LFCOD-2002 湖南力合 Amtax TM Compact 美国哈希 PHOSPHAX Sigma 美国哈希 3. 1 实验结果 手工检测与仪器检测结果对比见图 1～ 图 6。 图 1 两种方法对进水 COD 的检测结果对比 图 2 两种方法对出水 COD 的检测结果对比 110 环 境 工 程 2009年 12 月第 27卷第 6 期 图 3 两种方法对进水氨氮的检测结果对比 图 4 两种方法对出水氨氮的检测结果对比 图 5 两种方法对进水 TP 的检测结果对比 图 6 两种方法对出水 TP 的检测结果对比 3. 2 结果分析 3. 2. 1 分析方法 1 相对误差 RE xi-xj xj 100 式中 xi 自动监测仪器测定值; xj 实验室手工方法测定值 。 2 显著性检验及相关性分析 。对两组相关数据 进行的检验方法有很多, 例如正态检验 、总体均值检 验、 总体方差检验、 测量区间估计、 方差分析以及回归 分析等,根据样品的不同特性使用不同的检验方法。 对于成对数据的检验方法也很多,本文采用最常用的 方法 ,即两个正态总体均值差的检验 t 检验法 和一 元线性回归对实验结果进行分析。 3. 2. 2 结果对比 对比实验结果见表 4。 表 4 对比实验结果分析 监测项目 进水COD出水COD 进水 NH3-N 出水 NH3-N 进水 TP出水 TP 相对误 差 3 . 022 . 134 . 010 . 054. 2314 . 56 显著性 差异 无有无无无大多数数 据无显著 性差异, 小部分 数据有。 相关系数0. 97280. 63590. 97300. 88420 . 99400 . 9404 相关性高度相关低度相关高度相关高度相关高度相关 高度相关 4 结论及建议 以广州市某污水处理厂的进、 出水作为实验水样 进行对比实验 自动在线监测和实验室手工检测 ,并 运用统计学原理对实验结果进行了显著性检验及相 关性分析。通过 t 检验法, 可以得出结论 两种检测 方法对进水 COD、进出水NH3- N、进水 TP 的检测结果 均无显著性差异 ,出水 TP 值小部分实验结果有显著 性差异 ,多数无显著性差异, 对出水 COD 的检测结果 有显著性差异。通过相关系数的计算,可以得出结论 进水 COD、 进出水 NH3-N、 TP 的实验结果都是高度相 关,只有出水COD的实验结果为低度相关。 出水TP 的部分实验数据存在显著性差异, 对此 结果产生的原因进行分析。对比实验中 , 进水 TP 与 出水 TP 的实验室分析方法是相同的, 自动监测仪也 相同 ,虽然出水 TP 的部分实验数据有显著性差异,但 是进水TP 的实验结果相对误差较小, 无显著性差异 且为高度相关, 由此可知差异产生的原因不是在线自 动监测系统本身导致的。观察发现 ,实验室测得的出 水TP 值在 0. 03～ 0. 35 mg L ,在线监测系统仪器监测 的相应出水 TP 值在 0. 03～ 0. 45 mg L ,从直观上看两 下转第104 页 111 环 境 工 程 2009年 12 月第 27卷第 6 期 燃料消耗量计算方程式 4 ,分别计算出所需的入炉 垃圾量 ,同时用原始设计热力计算程序 , 计算出各不 同工况点下焚烧炉燃烧产生的炉膛出口烟气量的值, 并以入炉垃圾量 B 为横坐标, 以垃圾热值和炉膛烟 气量为两个纵坐标, 绘制在不同工况点下的变化特性 曲线 ,见图 1。 图 1 垃圾热值与炉膛烟气量变化特性曲线 由图 1 可知 ,由于垃圾热值降低引起的入炉垃圾 量的增加, 必将使焚烧炉炉膛烟气量增加 ,从而使整 个尾部烟道的烟气流速提高。一方面烟气流速的增 加有利于减少尾部烟道受热面管束的积灰现象,强化 各受热面管束与热烟气之间的换热强度 ,但同时也会 增加热烟气中的灰尘颗粒对受热面管束的磨损,所以 烟气流速的提升过大会引起尾部烟道过热器 、 对流管 束及省煤器等对流受热面管束的磨损 ,而且增加一、 二次风机和引风机负荷, 增加了厂用电率。另外垃圾 焚烧炉尾部烟道积灰特性按积灰强度可分松散性积 灰和黏结性积灰两种 [ 3] ,对于松散性积灰提高烟气流 速可以降低受热面管束的积灰现象 ,而对于尾部烟道 高温区的黏结性积灰提高烟气流速也不会有明显的 效果 。 4 结论 根据计算结果和分析得知 ,循环流化床垃圾焚烧 炉运行过程中的垃圾成分和水分引起的热值变化对 焚烧炉运行产生明显的影响, 将直接影响焚烧炉入炉 热量和炉膛烟气量。当垃圾热值减少10. 71 时对应 的炉膛烟气量和尾部烟气流速都将提高 12左右。 而且垃圾水分变化引起的热值降低 ,不但增加风机负 荷外, 由于蒸发过多的水分而消耗的汽化潜热, 还影 响到入炉热量的有效利用率。 研究结果对于新建的循环流化床垃圾焚烧炉设 计和实际焚烧炉运行控制有一定的指导意义 。 参考文献 [ 1] 汪玉林. 垃圾发电技术及工程实例[ M] . 北京 化学工业出版 社, 2003. 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