综合污水处理过程中氨氮在线监测设备的选型与优化方案

引言

在污水处理领域，氨氮污染的危害不容忽视。它不仅会导致水体富营养化，破坏水生生态系统平衡，还可能对人类健康产生潜在威胁。为了有效控制氨氮污染，实现污水处理的精准化和科学化，在线监测设备的合理选型与优化显得尤为重要。本文围绕综合污水处理过程中氨氮在线监测设备的选型与优化展开研究，旨在为相关实践提供理论支持和技术指导。目前行业面临设备适应性不足、数据失真等问题，亟需系统性解决方案。

一、氨氮在线监测设备选型的影响因素

（一）监测环境的特点

综合污水处理过程中，水质情况复杂多变。污水中可能含有大量的悬浮物、有机物、重金属等杂质，这些物质会对氨氮在线监测设备的正常运行产生影响。例如，悬浮物可能堵塞监测设备的采样管路，有机物可能与氨氮发生化学反应，干扰监测结果。此外，污水处理过程中的温度、pH 值等环境参数也会对监测设备的性能产生影响。不同工艺段的水质差异显著，如生化池与沉淀池的悬浮物浓度可相差 10 倍以上，需针对性选型。

（二）监测精度的要求

不同的污水处理工艺和排放标准对氨氮监测精度的要求不同。一些高要求的污水处理场景，如饮用水源地周边的污水处理厂，需要对氨氮浓度进行非常精确的监测，误差范围通常要求很小。而对于一些工业废水处理场景，监测精度的要求可能相对较低。在选型时，需要根据实际的监测精度要求，选择合适的监测设备【1】。一般来说，监测精度越高，设备的成本也会相应增加，因此需要在精度要求和成本之间进行权衡。例如城镇污水处理厂一级 A 标准要求氨氮 ≤5mg/L ，监测误差需控制在 ±5% 以内。

二、常见氨氮在线监测设备类型及特点

（一）电极法监测设备

电极法氨氮在线监测设备是目前应用较为广泛的类型，其工作原理基于氨气敏电极，通过测量电极电位变化确定氨氮浓度。该设备响应速度快，通常 2 至 5 分钟可完成一次测量，测量范围达 0 至 1000mg/L ，操作简便，适合工业废水等场景的实时监测。但电极易受污水中硫化物、重金属等物质污染腐蚀，若不按周期如每 7 天进行维护校准，会导致监测数据偏差超过 10% ；在高盐废水场景中易出现电极中毒现象，需配置预处理系统如膜过滤装置消除干扰，确保设备在复杂水质条件下稳定运行。

（二）分光光度法监测设备

分光光度法氨氮在线监测设备利用氨氮与纳氏试剂等特定试剂发生化学反应，生成具有特定颜色的化合物，通过测量该化合物在 420nm 波长处的吸光度确定氨氮浓度。该方法测量精度高，误差可控制在 ±0.5% 以内，稳定性好，检出限达 0.02mg/L ，适用于地表水、饮用水源等高精度监测场景。但设备试剂消耗量大，以常见 10L 试剂桶为例，需 7 至 15 天更换一次，年运行成本较电极法高 30% ；试剂配制保存需严格技术要求，需在 2 至 8^∘C 避光冷藏且控制反应温度在 25±2^∘C ，操作复杂，需专业人员定期校准比色皿，增加了日常运维工作量。

三、氨氮在线监测设备的优化方案

（一）设备维护与校准优化

为了确保氨氮在线监测设备的正常运行和监测结果的准确性，加强设备的维护与校准是非常必要的。制定科学合理的维护计划，需结合设备类型与水质特性细化维护流程：对于电极法设备，需使用专用清洗液去除电极表面硫化物结晶，校准前需用 pH 缓冲液调节标准溶液离子强度；分光光度法设备则要关注试剂储存温度通常需 2-8^∘C 冷藏，避免因试剂变质导致显色误差【2】。同时，建立完善的校准制度，建议采用两点校准法零点与跨度点，电极法设备校准需同步更换盐桥溶液，分光光度法需用标准曲线验证吸光度线性关系，确保设备的测量精度符合要求。建议电极法设备每 7天进行一次电极维护，分光光度法设备每 10 天更换试剂，校准周期不超过 1 个月。

（二）数据处理与分析优化

在氨氮在线监测过程中，会产生大量的数据。对这些数据进行有效的处理和分析，可以为污水处理工艺的优化提供依据。利用先进的数据处理技术，可采用滑动窗口滤波剔除随机噪声，结合 3σ 原则识别跳变异常值，对于持续漂移数据需联动设备维护日志追溯原因。同时，建立数据分析模型时，可基于 LSTM 神经网络构建预测模型，输入参数除氨氮浓度外，同步接入水温、pH 值、溶解氧等关联参数，提升预测精度。通过数据处理与分析优化，可设置三级预警机制预警、报警、紧急停机，当发现数据异常时自动触发设备自检程序，为污水处理的精准调控提供支持。可引入机器学习算法识别数据异常模式，如 sudden jump 型异常，提高故障预警准确率。

（三）系统集成与联动优化

将氨氮在线监测设备与污水处理系统的其他设备进行集成和联动，可以实现更高效的污水处理过程。例如，通过 OPC UA 协议实现监测设备与PLC 控制系统的数据交互，设定氨氮浓度与曝气量的 PID 控制参数比例系数 0.5-1.0，积分时间 10-15min ，当浓度波动超过 ±10% 时自动调整曝气机频率【3】。此外，通过系统集成开发移动端监控 APP，管理人员可实时查看各工艺段氨氮数据曲线，远程下达校准指令，调用历史数据生成运维报表。当氨氮浓度超过设定阈值时，系统可自动启动强化曝气模式，同步联动加药系统投加次氯酸钠投加量按氨氮浓度 1：1.5 倍计算，缩短反应时间 30% 以上，实现从监测到处理的全流程闭环控制。

结语

综上所述，综合污水处理过程中氨氮在线监测设备的选型与优化是一项重要的工作。在选型时，需要充分考虑监测环境的特点和监测精度的要求，选择合适的设备类型。在设备运行过程中，通过优化维护与校准、数据处理与分析以及系统集成与联动等方案，可以提高设备的性能和监测结果的准确性，为污水处理工艺的优化和环境质量的改善提供有力支持。未来，随着科技的不断发展，氨氮在线监测设备将朝着更智能化、高精度、低功耗的方向发展，为污水处理事业做出更大的贡献。 当前技术趋势显示，集成物联网技术的监测设备已实现远程运维，运维成本降低 40% ，这为行业发展提供了新方向。

参考文献

[1]孙瑞.氨氮在线监测与实验室国家标准方法比对实验[J].山西化工，2023，43（02）：46-47+50.DOI：10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2023.02.019.

[2]韦丹.水质在线监测系统在污水处理中的应用[J].中国资源综合利用，2020，38（05）：178-180.

[3]包利民.污水处理厂在线监测仪表的选型及应用研究[J].中国新技术新产品，2020，（09）：132-134.DOI：10.13612/j.cnki.cntp.2020.09.060.