Online-Überwachung der Abwasserbehandlung: Kernparameter (BOD, COD, Ammoniakstickstoff) und Auswahl des Wasserqualitätssensors

Industrielle Anwendungsanforderungen

Im tatsächlichen Betrieb von kommunalen Abwasseraufbereitungsanlagen und industriellen Abwasseraufbereitungsanlagen bilden der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB5), der chemische Sauerstoffbedarf (COD Cr), die suspendierten Feststoffe (SS), der Ammoniakstickstoff (NH3-N), der Gesamtphosphor (TP) und der pH-Wert das Kernindikatorsystem für die tägliche Überwachung. Diese Parameter bestimmen nicht nur direkt, ob das Abwasser den „Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plant“ (GB 18918-2002) und die entsprechenden Industrie-Abflussstandards erfüllt, sondern dienen auch als direkte Grundlage für die Prozesssteuerung (z. B. Steuerung der Belüftungsrate, Dosierung der Kohlenstoffquelle).

Herkömmliche manuelle Probenahme- und Laboranalysemethoden weisen eine erhebliche Datenverzögerung auf – die Prozesse der Probenahme, des Aufschlusses, der Titration oder der Inkubation dauern normalerweise mehrere Stunden (COD) bis mehrere Tage (BSB5). Bei Aufbereitungsanlagen, die in Echtzeit auf Schwankungen der Qualität des Zulaufwassers reagieren müssen, bedeutet diese Verzögerung, dass die Prozessparameter nicht rechtzeitig angepasst werden können, was möglicherweise dazu führt, dass das Abwasser die Standards überschreitet oder Energie verschwendet wird (z. B. übermäßige Belüftung). Daher ist der Einsatz von Online-Überwachungssensoren am Einlass, an biochemischen Tanks (anoxische/aerobe Abschnitte) und am Auslass zum Aufbau eines kontinuierlichen und zuverlässigen Datenerfassungssystems (SCADA) zu einer Standardanforderung für Neubau- und Modernisierungsprojekte geworden.

Der Datenfluss ist wie folgt:

• Sensorschicht:Verschiedene Parametersensoren (z. B. pH-Elektrode, COD-Spektralsensor, Ammoniak-Stickstoffionen-selektive Elektrode) wandeln physikalische/chemische Signale in digitale Signale um.

• Erfassungs- und Übertragungsebene:

• Plattformschicht:

Für Systemintegratoren bedeutet die Einführung von Sensoren mit einem Standard-Modbus-RTU-Protokoll, dass keine komplexe Hardware-Protokollanalyse oder dedizierte Senderinstrumente erforderlich sind; Sie können direkt an bestehende Steuerungssysteme angeschlossen werden, wodurch Integrationsschwierigkeiten und Verkabelungskosten erheblich reduziert werden.

Kommunikation und Protokollkompatibilität

Industrieabwasserstandorte weisen komplexe elektromagnetische Umgebungen auf (schwere Störungen durch Frequenzumrichter und Hochleistungsmotoren), und die Entfernung von Sensoren zum PLC-Schrank beträgt häufig mehr als 100 Meter. Aufgrund seiner differenziellen Signalübertragungseigenschaften verfügt der RS485-Bus über eine starke Gleichtaktstörungsunterdrückung und unterstützt eine maximale Kommunikationsentfernung von 1200 Metern, was ihn zum Industriestandard für die Datenübertragung zur Wasserqualitätsüberwachung macht.

Auf der Ebene des Kommunikationsprotokolls ist Modbus RTU zum De-facto-Industriestandard geworden. Die folgenden Kompatibilitätsfaktoren müssen bei der Auswahl beachtet werden:

• Datenrahmenformat: durch den Sensor. Die Standardkonfiguration ist größtenteils 9600 bps, 8 Datenbits, 1 Stoppbit, keine Parität.

• Registeradressenzuordnung:

• Buslastkapazität:Ein einzelner RS485-Bus kann theoretisch 32 Knoten (Sensoren) hosten. In der Praxis wird empfohlen, 20 nicht zu überschreiten und an beiden Enden Abschlusswiderstände mit 120 Ω zu installieren, um Signalreflexionen zu vermeiden.

Technische Parameter des Wasserqualitätssensors

Anwendungsszenarien für Wasserqualitätssensoren

1. Kommunale Kläranlage (A²O-Prozess) Prozessüberwachung
Überwachungspunkte: Ammoniakstickstoff zur Belüftung und internen Kontrolle), Nachklärbecken und Auslass.
Auswahlschwerpunkt:Aerobic-Tanks erfordern hochpräzise Sensoren für gelösten Sauerstoff und suspendierte Feststoffe; Anoxische Tanks erfordern Nitrat-Stickstoff-Sensoren, um die Dosierung der Kohlenstoffquelle zu optimieren.

2. Auslass für Industrieabwasser (Chemie/Pharma/Druckerei und Färberei) Compliance-Überwachung
Schwachstellen: Sensoren.
Auswahlschwerpunkt:Obligatorischer Einsatz von COD Cr-Online-Analysatoren mit Umweltzertifizierung; pH-Sensoren benötigen selbstreinigende, verschmutzungsbeständige Typen (mit Druckstrahl- oder Ultraschallreinigung).

3. Ländliche integrierte Abwasserbehandlungsausrüstung
Merkmale:Verstreute Standorte, kein professionelles Personal im Dienst, begrenzte Stromversorgung.
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Auswahlhilfe für Wasserqualitätssensoren

Genauigkeitsauswahl
- Prozesskontrolle: Für die Kontrolle des gelösten Sauerstoffs in biochemischen Tanks beträgt die Genauigkeitsanforderung ±0,2 mg/L; pH erfordert ±0,1.
- Entladungskonformität: COD am Entladungsauslass muss mit Laborstandardmethoden verglichen werden, wobei die Abweichung innerhalb von ±10 % kontrolliert werden muss. Bei Verwendung zum Hochladen einer Umweltplattform ist ein Online-Monitor mit CCEP-Zertifizierung erforderlich.

Auswahl der Kommunikationsmethode
- Neue Projekte: Priorisieren Sie mit dem PLC-System RS485 + Modbus RTU-Sensoren und stellen Sie eine direkte Verbindung zu DI/DO-Modulen oder seriellen Servern her.
- Nachrüstung alter Stationen: Wenn das vorhandene PLC nur einen 4-20-mA-Analogeingang unterstützt, wählen Sie Sensoren mit Analogausgang (4-20 mA) aus oder verwenden Sie externe Module zur Signalumwandlung.

Auswahl der Installationsumgebung
- Tauchfähig: Direkt in Tanks oder offene Kanäle eingesetzt. Die Befestigung der Montagehalterung muss in Betracht gezogen werden, um Strömungsbeeinträchtigungen zu vermeiden. Selbstreinigungsfunktionen (z. B. Wischer, Druckluftspülung) sind entscheidend für die Vermeidung von Biofouling.
- Bypass-Fluss: Wasser wird von einer Probenahmepumpe zu einem Analyseraum gepumpt. Geeignet für hochpräzise chemische Analysatoren (z. B. COD Cr), bei denen die Umgebungsbedingungen kontrollierbar und die Wartung bequemer sind.

Netzteilauswahl
- Netzstromszenarien: Zentrale Stromversorgung mit 24 V Gleichstrom oder 220 V Wechselstrom.
- Kein Netzanschluss / entfernte Standorte: Wählen Sie Sensoren mit geringem Stromverbrauch (normalerweise<1W) supporting solar panel + battery power, paired with low-power RTU.