多沙河流水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的水處理技術(shù)

PAGEPAGE5多沙河流水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的水處理技術(shù)趙維征曾永李祥龍黃新民張洪殷維琳摘要：基于國(guó)家“948”項(xiàng)目建設(shè)而成的黃河花園口水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站集成了美國(guó)、法國(guó)、以色列等國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，可24小時(shí)不間斷地對(duì)監(jiān)測(cè)斷面的水溫、pH、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度、氨氮、總有機(jī)碳等進(jìn)行連續(xù)測(cè)定，是世界上第一座在高含沙河流上建成的在線式水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。監(jiān)測(cè)站建設(shè)的成功，關(guān)鍵是運(yùn)用了先進(jìn)的水處理技術(shù)和設(shè)備，解決了快速高效分離泥沙的難題，成功地消除了大量泥沙對(duì)系統(tǒng)測(cè)試儀器和測(cè)試項(xiàng)目的影響。關(guān)鍵詞：水處理；自動(dòng)監(jiān)測(cè)；水質(zhì)；花園口水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站；多泥沙河流；黃河最近，由黃委承擔(dān)的國(guó)家“948”項(xiàng)目——“黃河花園口水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站建設(shè)”正式通過了驗(yàn)收鑒定。該監(jiān)測(cè)站集成了美國(guó)、法國(guó)、以色列等國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，可24小時(shí)不間斷地對(duì)監(jiān)測(cè)斷面的水溫、pH、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度、氨氮、總有機(jī)碳等進(jìn)行連續(xù)測(cè)定，是世界上第一座在高含沙河流上建成的在線式水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。監(jiān)測(cè)站建設(shè)的成功，關(guān)鍵是運(yùn)用了先進(jìn)的水處理技術(shù)和設(shè)備，解決了快速高效分離泥沙的難題，成功地消除了大量泥沙對(duì)系統(tǒng)測(cè)試儀器和測(cè)試項(xiàng)目的影響。1泥沙對(duì)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的影響1.1泥沙對(duì)測(cè)試儀器的影響水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理是將被測(cè)水體通過管路送入監(jiān)測(cè)設(shè)備中，通過定量的化學(xué)反應(yīng)或通過電化學(xué)原理測(cè)定水體中被測(cè)物質(zhì)的含量。無(wú)論何種測(cè)定原理，均要求被測(cè)水體滿足儀器的使用標(biāo)準(zhǔn)。如果有大量懸浮物或泥沙進(jìn)入系統(tǒng)，在水速不高的情況下，則監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中必定會(huì)產(chǎn)生堵塞和沉積，從而造成系統(tǒng)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)或設(shè)備損壞。另外，泥沙也會(huì)造成泵水機(jī)構(gòu)和儀器的傳感器磨損、鈍化，甚至無(wú)法正常工作。黃河含沙量大，泥沙附著力強(qiáng)，具有一定的特殊性，所以必須采取有效措施，在不改變?cè)兴w物化性質(zhì)的基礎(chǔ)上對(duì)被測(cè)水體中的懸浮物和泥沙進(jìn)行處理，以最大限度地減少泥沙對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的影響。1.2泥沙對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的影響泥沙對(duì)被測(cè)參數(shù)也有重要影響。以COD為例，河流中的懸移質(zhì)泥沙主要來源于地表徑流攜帶的表層土壤和水流對(duì)河床的沖刷，其顆粒較細(xì)，富含膠體，對(duì)進(jìn)入水體的多種污染物具有吸附效應(yīng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法可知，泥沙對(duì)很多監(jiān)測(cè)項(xiàng)目具有相當(dāng)大的影響。國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《多泥沙河流水環(huán)境樣品采集及預(yù)處理技術(shù)規(guī)程》（SL270—2001）規(guī)定：對(duì)多泥沙河流的污染物監(jiān)測(cè)，其測(cè)定清水水樣的含沙量不得超過0.2kg/m3。作為在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其監(jiān)測(cè)方法和數(shù)據(jù)應(yīng)符合規(guī)范要求，盡量與實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相吻合。2黃河花園口水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站水處理系統(tǒng)按照《多泥沙河流水環(huán)境樣品采集及預(yù)處理技術(shù)規(guī)程》，不同用水目的、不同監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和不同分析儀器有著不同的水樣預(yù)處理方法和技術(shù)。在研究各種水沙處理設(shè)備工作原理和結(jié)構(gòu)性能、充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外水沙預(yù)處理設(shè)備以及大量的實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，采用了自然沉降、離心和過濾相結(jié)合以及反沖洗的技術(shù)路線，達(dá)到了水沙分離的目的，避免了系統(tǒng)管路的堵塞，確保了水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站系統(tǒng)的正常運(yùn)行。2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工藝流程花園口水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站建于黃河花園口水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面，采用五級(jí)水處理串聯(lián)式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的處理高泥沙含量河水的能力。對(duì)抽取的河水進(jìn)行多級(jí)連續(xù)處理，每一級(jí)采用不同的物理方法來處理各種粒徑的泥沙，使最終處理后的樣水中泥沙粒徑小于5μm，含沙量小于0.2kg/m3。工藝流程：河中采樣點(diǎn)抽取原水→進(jìn)水緩沖沉淀→斜管沉淀→平流沉淀→加壓→固液分離→過濾→收集處理→反沖洗（排泄）。2.2系統(tǒng)的工作原理及處理方法采用三級(jí)沉淀、一級(jí)固液分離、一級(jí)過濾對(duì)黃河原水進(jìn)行處理。根據(jù)檢測(cè)儀器用水標(biāo)準(zhǔn)，將黃河采水點(diǎn)采集的原水通過物理方法使其達(dá)標(biāo)。(1)緩沖沉淀處理。水處理系統(tǒng)的第一級(jí)是緩沖區(qū)，主要去除水中較粗顆粒的泥沙和雜質(zhì)。(2)斜管沉淀處理。含沙原水進(jìn)入斜管沉淀池后，迅速將大于120μm的泥沙顆粒沉淀去除。沉淀10分鐘左右。(3)平流沉淀處理。繼續(xù)去除顆粒較小的泥沙，沉淀0.5～1.5小時(shí)，使大部分10μm左右的泥沙顆粒得以沉淀去除。(4)固液分離。經(jīng)過沉淀處理以后水體中存在的懸浮物顆粒粒徑極細(xì)，接近于膠體，進(jìn)一步的沉降分離過程十分緩慢。因此，利用固液分離器的旋流離心作用對(duì)水中的較為細(xì)小的泥沙進(jìn)行快速分離，以減輕后級(jí)部分的壓力。(5)過濾。采用過濾精度為5μm的盤式過濾器，利用其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)濾掉顆粒超過5μm、不參與化學(xué)反應(yīng)的泥沙顆粒和懸浮物，并保證出水含沙量在0.2kg/m3以下。(6)儲(chǔ)水箱。儲(chǔ)存處理后的河水，為儀器提供水源。(7)供水。供水設(shè)備采用蠕動(dòng)泵，轉(zhuǎn)速可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，以合適的流速和流量向檢測(cè)儀器供水。(8)反沖洗。在水處理過程當(dāng)中，每當(dāng)一個(gè)處理循環(huán)結(jié)束后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地用清潔的壓力水對(duì)各級(jí)處理設(shè)備進(jìn)行輪流沖洗，將積存的泥沙沖洗干凈，防止堵塞管路和避免積存的泥沙對(duì)下一次處理的干擾。2.3系統(tǒng)特點(diǎn)系統(tǒng)特點(diǎn)：①依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，采用五級(jí)處理的方式；②經(jīng)處理后的水流量滿足系統(tǒng)最小間隔運(yùn)行所需水量；③經(jīng)處理后的水樣不改變其被測(cè)參數(shù)的組成及性質(zhì)；④經(jīng)處理后的水樣含沙量小于0.2kg/m3；⑤對(duì)水樣的處理時(shí)間可滿足監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的最小間隔要求，并與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的時(shí)間間隔一致；⑥處理系統(tǒng)具有自動(dòng)除沙、清洗功能；⑦設(shè)備易于安裝和維護(hù)；⑧系統(tǒng)使用壽命長(zhǎng)，運(yùn)行費(fèi)用低；⑨主要機(jī)電設(shè)備及部件為國(guó)內(nèi)外先進(jìn)產(chǎn)品；⑩集成式結(jié)構(gòu)，水箱為一體化水箱。3系統(tǒng)運(yùn)行效果3.1除沙效果2002年7月4~15日黃河首次大規(guī)模調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)期間，整個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的適用性得到了驗(yàn)證。采用置換法進(jìn)行含沙量測(cè)定，計(jì)算出各環(huán)節(jié)的除沙效率和系統(tǒng)的總除沙效率。試驗(yàn)期間，黃河原水的含沙量在1.89～22.0kg/m3，經(jīng)處理后的樣水含沙量在0.14～0.24kg/m3，符合規(guī)范要求。3.2監(jiān)測(cè)項(xiàng)目比測(cè)在黃河調(diào)水調(diào)沙實(shí)驗(yàn)期間，分別使用HANNA現(xiàn)場(chǎng)多參數(shù)測(cè)定儀、容量法、納氏試劑比色法和自動(dòng)站在線監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)比測(cè)。比測(cè)結(jié)果表明：自動(dòng)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和比測(cè)數(shù)據(jù)吻合性較好，升降趨勢(shì)基本相同，不同監(jiān)測(cè)方法之間的系統(tǒng)誤差可以不計(jì)，經(jīng)泥沙預(yù)處理后的樣水可直接用于監(jiān)測(cè)。4結(jié)論花園口水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的建設(shè)和運(yùn)行情況表明，在黃河這樣高含沙河流上建設(shè)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有一定的復(fù)雜性和特殊性。將引入自