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无机物和矿物用反渗透

在各中间工艺过程点之前、之后和之上结合采用分散(抓取)和在线测量方法，可以监测和逐步提高每个模块的性能。通过已有探头、仪表、传感器和分析仪测得的部分参数包括：流量、pH/ORP(氧化-还原电势)、电导率、溶解氧(DO)、悬浮固体、特定离子[例如：氮(氨、硝酸盐、亚硝酸盐)、磷(磷化物)、氯]、总有机碳、污泥密度指数和浊度。

游离油脂：在将污水引入生物或活性污泥系统之前，应将游离油脂脱除或者将其含量降至最大阈值50毫克/升以下，而且最好低于25毫克/升，确保将游离油脂有效脱除。例如，通常在初步脱除固体之后引入化学品(如：高锰酸钾、过氧化氢或氯气)以减少氧气需求总量，该步骤通常被称作预氧化步骤。可通过降低进水有机物含量取消该步骤，或者仅在处理荷载高于污水处理厂处理能力阈值时采用该步骤。

溶解氧：在生物或活性污泥系统中，通过调节曝气系统生成的溶解氧含量，使其与有机负荷量相匹配，同时避免过度曝气可能导致剪切或撕裂生物凝絮状物，进而降低有机物和生物固体去除的总体有效性。连续监测特定区域的进水有机负荷量和溶解氧含量可避免干扰微生物活性。允许过量游离油与生物质接触的部分负面影响是氧气快速消耗、细菌包埋和起泡。根据游离油含量和油滴的几何形状，可使用API分离器或波纹板分离法。通过综合使用化学品、降低pH值和加强溶气浮选或气浮选装置，清除和减少分散和乳化的油类。

有机碳：进水有机碳负荷量是污水处理厂的一个关键工艺过程参数，而且从历史角度看，已经利用化学需氧量(2小时)或生化需氧量(5天;BOD5)进行了量化。通过在线总有机碳(TOC)分析工艺过程仪表，可利用直接测得的有机物含量改善下游设施的性能。具体来讲，通过了解TOC的精确值，污水处理厂可通过操作来适应有机物总量变化，从而活性污泥池可以优化曝气系统，而曝气系统正是污水处理厂的最大能耗。

食物/质量比：工业污水处理系统特别关注有机负荷量或“食物”与生物系统中的生物质总量之比。混合液中的生物质可通过测量混合液悬浮固体量和污泥密度来估算。该食物质量比，是一个可显示系统超载或者没有足够有机物来“喂食”微生物种群的关键工艺过程控制参数。工厂运行可采用近实时信息而且在工艺过程条件对生物系统造成压力之前予以解决和改善。

添加营养物：可利用有机或碳负荷量确保最合适的营养物含量，尤其是氮和磷，以提高生物系统的效率。碳:氮:磷的比例，通常被称作CNP比，通常采用100(利用BOD5代替碳):10:1。一个系统中的氮或磷含量取决于上游工艺过程并可通过添加化学品进行优化，通常采用调节pH值的方法。例如，如果磷含量不足，而且有一个基本pH值，则可用磷酸降低pH值，同时补充磷含量。可通过添加硝酸、尿素或无水氨补充氮。

澄清：凝絮和凝聚步骤，通过综合使用化学品添加和物理分离法进行，该步骤允许少量微生物絮状物形成和连接在一起并通过澄清步骤(图3)予以清除。化学品进料流率为典型流量节奏，按照与系统流率成正比的计量方法进行测量。通过在线有机物检测，微调化学品添加量，进而提高系统性能和降低化学品成本。

图3. 凝絮和凝聚步骤，通过综合使用化学品添加和物理分离法进行，该步骤允许少量微生物絮状物形成和连接在一起并通过澄清步骤予以清除。

清除氮：含有过量氮的系统可在曝气、活性污泥系统后，采用生物或薄膜进行硝化/反硝化工艺。硝化生物可将氨氮转化为亚硝酸盐、然后转化为硝酸盐，再通过反硝化转化为氮气。这些生物对工艺过程变化更加敏感，尤其是温度，而且可能需要一种替代食物源，如：甲醇和糖蜜，以便在氮含量下降时提供补充食物。可通过在线氮和有机物测量调节这些应用中使用的有机食物源含量。

重金属：有些残余重金属，如：砷和硒，可通过添加化学品、物理、生物和/或薄膜加强工艺等方法予以清除。这些工艺过程可能要求预处理、调节pH值和物理处理等综合步骤。

最终精制：三级处理通常指的是最终精制，但行业也有其他解释，而且取决于水的成分和用途，循环利用或排放。消毒过程可采用几种不同的化学和物理方法，如：氯气、次氯酸钠或次氯酸钙溶液、二氧化氯、臭氧和紫外线灯(254纳米波长)。在消毒后，通过测量管道末端污水确定是否需要进一步处理。有些工业公用工程的再利用污水系统设有一个吸收有机物和过量氯的GAC步骤，并利用反渗透膜分离法清除有机物和无机物，从而提高水的纯度。

控制工艺过程波动：污水工艺过程波动可能影响每个处理步骤的清除效率。更严重的波动可能导致系统超载，甚至失去全部活性污泥生物质。再次播种和恢复失去的生物质需要大量成本和时间，通常需要数万美元和几个月。实时和近实时检测可用于预防或减轻工艺过程波动的负面影响。一旦系统遇到意外事件或过度“冲击”负荷，进水可通过在线TOC测量仪表自动切换至平衡池或临时储存容器，该容器有时被称作应急罐。

出水排放监测：满足相关法规对出水排放水平的要求是所有企业经营的关键要素。针对常规出水-污水-质量参数设置了许多连续检测仪，包括pH值、溶解氧、溶解固体总量、悬浮固体总量和总有机碳量(通常用于确定化学需氧量和生化需氧量)。最后，排放出水的pH值应保持中性，理想范围在6.8-7.2pH之间。

固体处置：在调节曝气池中活性污泥含量和在澄清期间生成的生物固体，通常利用带式压滤机或离心机脱水处理，然后将其用作肥料或作为废物处置。从能耗量、化学品消耗量和处置角度看，在曝气后的污泥处理和脱水成本，通常是污水处理设施的第二大费用。脱水污泥是否能够用作肥料取决于不良成分的含量，如：重金属或残余病原体，包括粪大肠杆菌群，如：E.coli(大肠杆菌)。除用作农业耕地肥料外，固体废物还可通过压实和/或焚烧以减少处置所需空间。一种更加可持续的方法是将污泥送至厌氧消化池生产甲烷气体，然后将其用作燃气轮机发电用的燃料。

实施工艺过程分析

每个实测参数都可通过一个数据采集和可视化系统进行跟踪。污水处理设施可利用各种商用软件以及离散监控和数据采集(SCADA)系统，监控关键和辅助的水质参数。通过这些工具，可显示每个处理模块在处理前、处理期间和处理后的实测参数，同时建立稳态条件以更好地检测和预测波动和次优条件。许多参数集成进入化学品进料的反馈或前馈回路，变成统计工艺过程控制应用参数。通过可靠的实验设计和本质有效的统计分析，测试和推算新的多变量关系。良好的工艺过程数据可加强对工艺过程的理解，同时统计工艺过程控制(SPC)帮助工艺过程在可控状态。经验证据可用于支持或修改初步假设和控制方案。这种通过经验获得的数据可能受到上游工艺过程变量的影响，也可能受到环境条件季节性变化的影响，如：环境温度和降雨量。

通过利用连续工艺过程监测工具并集成到自动化和工艺控制系统，更多行业正在寻找有效管理和处理其工艺过程和污水出水的更好方法。该自动化提供了更可预测和可控制的工艺过程，减少了波动频率，确保出水更加满足排放要求。生物系统清除有机物的效率取决于上游工艺过程的质量-油脂和固体清除效果，以及可控的环境条件，如：溶解氧、食物/质量比和营养物平衡(CNP比)。这些设施使用过程分析仪表和自动化控制，通过将动态处理系统保持在最佳操作状态，减少化学品和能源消耗总量、以及固体废物处置量。

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污水处理厂未来自动化与监测技术的发展

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原标题：工业污水处理厂实现自动化的优势

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