第一节 污水处理厂常用仪表
一、概述
污水处理工程中必须采用一定的仪器仪表对工艺过程进行监控，常规监测项目有：温度、pH值、溶解氧（DO）、电导率、浊度、氧化还原电位（ORP）、流速和水位以及COD、高锰酸盐指数、TOC、氨氮、总氮、总磷。其他还有：氟化物、氯化物、硝酸盐、亚硝酸盐、、硫酸盐、磷酸盐、活性氯、TOD、BOD、UV、油类、酚、叶绿素、金属离子（如六价铬）等。随着科技的发展，仪表朝着网络化、智能化、小型化、模块化等方向发展。网络化是指仪表具备网络功能，可通过网络进行数据通信。智能化是指仪表内部采用软件和硬件相结合的技术，使仪表自身具有一定的逻辑判断和分析能力，丰富了仪表的使用功能和降低了仪表的操作难度。模块化是指仪表在设计中将其各种功能设计成为多个模块，这样便于用户根据不同的使用要求选择不同的模块，就降低了仪表的成本和维修难度。
目前的自动分析仪则具有：自动量程转换，遥控、标准输出接口和数字显示，自动清洗（在
清洗时具有数据锁定功能）、状态自检和报警功能（如液体泄漏、管路堵塞、超出量程、仪器内部温度过高、试剂用尽、高/低浓度、断电等），干运转和断电保护，来电自动恢复，自动标定校正功能等功能。
因此必须对污水处理厂的仪表有一正确的认识，以便于监控污水处理工艺正确运行。
1.测量仪表种类
在污水处理过程中，需要测量的参数是多种多样的，如污水处理厂的进、出水温度，消化池内温度、压力、液位，进入曝气池内空气流量，污水中的pH值、溶解氧、污泥浓度、电导率、浊度等。对于温度、压力、液位、流量这些物理量，一般称其为热工量。诸如pH值、溶解氧、浊度、污泥浓度、电导率等参数，称为成分量。用于测量热工量的仪表一般称为热工测量仪表；用于测量成分量的仪表则称为成分分析仪表，在污水处理过程中常常称为水质分析仪表。
测量仪表种类很多，结构各异，因而分类方法也很多。按仪表使用的能源和信号可分为气
动仪表、电动仪表和液动仪表，目前常用气动仪表和电动仪表；按安装方式可分为架装仪表和盘装仪表；按组成形式可分为单元组合式仪表和基地式仪表；按所测量的参数分类，可分为压力测量仪表、液位测量仪表、温度测量仪表、流量测量仪表、成分分析仪表。
2.测量仪表构成
尽管测量仪表种类多、类型复杂、结构各异，但都担负着共同的任务：测量出被测参数的值。因而它们在构成上具有明显的共性。它们大致都由测量元件（传感器）部分、中间传送部分和显示部分（包括变换成其他信号）构成。
实际应用中，有的仪表，如弹簧管压力表把这三部分组装在一起，也有的则把这三部分分别制成各自独立的仪表，如热电阻温度计。在这种情况下，人们又习惯于把传感器部分叫做一次仪表，把显示部分叫做二次仪表。
3.测量仪表的测量误差与性能指标
（1）测量仪表的测量误差 进行测量的目的，是希望能正确地反映客观实际即要测量工艺参数的真实值。但是，人们无论怎样努力，都无法测得真实值，而只能尽量接近真实值。
也就是说，测量值与真实值之间始终存在着一定差值，这一差值就是测量误差。
因而在使用测量仪表对生产过程中的工艺参数进行测量时，不仅需要知道仪表的指示值，而且还需知道测量仪表的指示值的准确程度，即所得到测量值接近真实值的准确程度。
测量误差通常有两种表示法，即用绝对表示法和相对表示法来表示。测量值与真实值之间的误差为绝对误差：绝对误差=测量植物酸奶值－真实值；测量的绝对误差和真实值之比就是相对误差：相对误差=绝对误差/真实值。
在实际应用中，通常利用准确度较高的标准仪表指示值来作为被测参数的真实值，而测量仪表的指示值与标准仪表的指示值之差就是测量误差。该差值越小，说明测量仪表的可靠性越高。
应该指出，在污水处理厂的实际应用过程中，对某种仪表的准确度要求就根据工艺操作的实际情况及该参数对整个工艺过程的影响程度、误差允许范围来确定，这样才能保证处理过程的经济性和合理性。
（2）测量仪表的性能指标 性能指标可衡量仪表的好坏。常用的指标有以下几项。
① 准确度或精确度 在测量中，由仪表引起的误差，叫做仪表误差，常用绝对表示法和相对表示法来表示：
支承辊绝对误差=仪表的指示值－标准仪表的指示值
由于每台仪表的测量范围，单凭绝对误差和相对误差来判断不同评价仪表的准确与否是不够的，因而为更好地反映仪表的准确度，实际应用中常常采用相对百分误差来表示，其意义为测量仪表绝对误差占仪表量程的百分比。
② 测量仪表的恒定度 测量仪表的恒定度常用变差来表示，它是在外界条件不变的情况下，用同一仪表对某一参数值进行正反行程测量时仪表正反行程指示值之间存在的差值。
③ 测量仪表的灵敏度 测量仪表的灵敏度指仪表输出的变化量与引起次变化的被测参数的变化量之比。
④ 测量仪表的反应时间 当被测参数发生变化时，仪表指示的被测值总要以过一段时间才
能准确地将其表示出来，这就是仪表本身存在着的“反应时间”。有以下两种情形。
第一种情形是当参数在t0时刻突然发出变化后，仪表不能立刻指示出被测参数，而是慢慢增加，经过足够的时间后，才指示出参数的准确值，如用热电阻测温时的情况。一般用时间常数来衡量。
第二种情形是当参数在t0时刻突然发生变化后，仪表指示值迅速改变，但需要经过几次摆动后，才能指示出参数的准确值，如用电流表测量电流时的情况。一般用阻尼时间来衡量。
三、污水处理厂测量参数
不同的污水处理厂采用不同的工艺需要测定的参数有所变化，但主要的参数还是一致的。仪表是实现自动控制的“眼睛”，涉及了污水处理的各个环节，与生产过程有着紧密的联系，表5-1列出了采用活性污泥法工艺的城市污水处理厂通常需要检测的工艺参数和仪表。
表5-1 城市污水处理厂常用仪表
序号 | 工艺参数 | 测量介质 | 测 量 部 位 | 常 用 仪 器 |
1计数器芯片 | 流量 | 污水 | 进、出水管道 | |
明渠 | 超声波明渠流量计 |
污泥 | 回流污泥管路 | 电磁流量计 |
回流污泥渠道 | 超声波明渠流量计 |
剩余污泥渠道 | 电磁流量计 |
消化池污泥管路 | 电磁流量计 |
沼气 | 消化池沼气管路 | 孔板流量计、涡街流量计、质量计等（所有仪表要求防爆） |
空气 | 曝气池空气管路 | 孔板流量计、涡街流量计、质量流量计、均速管流量计 |
2 | 温度 | 污水 | 进、出水 | Pt100热电阻 |
污泥 | 消化池 | Pt100热电阻 |
污泥热交换器 | Pt100热电阻 |
3 | 压力 | 污水 | 泵站进出口管路 | 弹簧管是压力表、压力变送器 |
污泥 | 泵站进出口管路 | 弹簧管是压力表、压力变送器 |
空气 | 曝气管道通风机出口 | 弹簧管是压力表、压力变送器 |
沼气 | 消化池 | 压力变送器（所有仪表要求防爆） |
沼气柜 | 压力变送器（所有仪表要求防爆） |
4 | 减位 | 污水 | 进水泵站集水池 | 超声波液位计 |
格栅前、后液位差 | 超声波液位计 |
污泥 | 消化池 | 汉语拼音卡片超声波液位计、变压变送器、沉入式压力变送器（所有仪表要求防爆） |
浓缩池，储泥池 | 超声波液位计 |
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5 | pH值 | 污水 | 进、出口管路或渠道 | pH仪 |
6 | 电导率 | 污水 | 进、出口管路或渠道 | 电导仪 |
7 | 浊度 | 污水 | 进、出口管路或渠道 | 精馏装置 浊度仪 |
8 | 污泥浓度 | 污泥 | 曝气池、二沉池、回流污泥管道 | 污泥浓度计 |
9 | 溶解氧 | 污水 | 曝气池、二沉池 | 溶解氧测定仪 |
10 | 污泥界面 | 污水、污泥 | 二沉池 | 污泥界面计 |
11 | 发泡海绵COD | 污水 | 进/出水 | COD在线测量仪 |
12 | BOD | 污水 | 进/出水 | BOD在线测量仪 |
13 | 沼气成分 | 消化沼气 | 消化池沼气管路 | CH4检测仪（所有仪表要求防爆） |
14 | 氯 | 污水 | 接触池出水 | 余氯测量仪 |
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四、污水处理厂常用测量仪表
常规水质测量仪表通常采用流通式多传感器结构进行测量，无零点漂移，无需基线校正，具有一体化生物清洗及压缩空气清洗装置。
测量原理分别为：流量位超声波或电磁法，水温为温度传感器法（Platinum RTD）、pH值为玻璃或锑电极法、DO为金-银膜电极法（Galvanic）、电导率为电极法（交流阻抗法）、浊度为光化学法（透射原理或红外散射原理）等。本章将按测量参数分类方法来介绍测量仪表。
（一）流量测量仪表
流量计主要用于污水处理厂中的进、出水，污泥、药液及压缩空气和沼气等流量的计量。流量与其他计量的配合，可以取得最佳运行工况，从而降低能耗，提高经济效益，所以流量是污水处理厂最重要的计量之一。
流量有瞬时流量与累积流量之分。瞬时流量指流体在单位时间内流过某一截面的流体数量，单位常用m3/h或kg/h。累计流量指在某一间隔时间内，流体通过的总量，单位常用m3或kg。
流量计种类繁多，测量原理、测量方法和结构各有不同，操作和使用方法也不一样。因而进行流量计选择时应充分研究测量条件，了解流量计的性能特征，选择最适合自己工艺要求的流量计。下面主要介绍在污水处理厂中常用的几种流量计。
1.差压式流量计
（1）差压流量计的应用场合 差压式流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体经节流装置产生的压力差来实现流量测量。它是目前在生产中测量流量较成熟、应用较广的测量仪表。通常由能将被测流体的流量转换成压差信号的节流装置（如孔板、喷嚏、文丘里等）和能将此差压转换成对应的流量值显示出来的差压变送器或差压计所组成。
