汙水處理工藝壹般由機械處理、生化處理和化學處理組成，涉及液體、固體和氣體成分。監測這些階段的儀器可以簡單地分為兩類:通用型和專用型。
2.汙水處理過程通用儀器
壹般的測量儀表有溫度、壓力、液位、流量、pH值、電導率、懸浮物等傳感器。
①溫度傳感器更為重要，因為厭氧消化過程中經常實施溫度控制。典型的溫度測量元件是熱電阻。
②壓力測量常被用作曝氣和厭氧消化的報警參數。
③液位測量用於水位監測，通常采用浮標、差壓變送器、容量測量、超聲波水位檢測等方法。
④流量監測儀表主要包括膜片、轉子流量計、渦輪流量計、靶式計量罐、電磁流量計和超聲波流量計。
⑤pH值是生化過程中的重要變量，也是厭氧消化和硝化過程中的關鍵值。通常在汙水處理廠安裝pH電極浸泡人體汙泥，通過不同的清洗策略可以實現長期免維護。對於具有高緩沖能力的廢水，pH測量可能對過程變化不敏感，因此不適合用於過程監督和控制。在這種情況下，可以使用碳酸鹽測量系統。
⑥電導率傳感器用於監測進水成分的變化，也是化學除磷控制策略的基礎。
⑦傳統的生物量測量是基於懸浮顆粒對入射光的散射和吸收。隨著靈敏光探測器的出現，可以自動測量光效應的傳感器問世了。大多數商業傳感器使用發射低可見光或紅外光的光源，並且大多數介質在該區域顯示低吸收率。生物量濃度也可以根據超聲波在自由溶液中懸浮物和微生物的速度差來確定。
3.厭氧消化過程中的傳感器
沼氣流量的測量在厭氧消化中被廣泛應用，它可以指示反應器的整體活性。近年來，壹些特殊技術已被用於監測氣體成分。典型的實驗室方法是洗瓶分離，根據進瓶前後的流量比就可以確定氣體成分。例如，堿洗瓶將能夠收集所有的CO2和H2S，並允許CH4通過。更專業的氣體分析儀可以直接監測氣體成分的含量。例如，紅外吸收儀用於確定CO2和CH4的含量，並且還基於化學電源開發了專用的氫分析儀。氣相H2S測量儀可以通過監測硫化物對鉛溶出的反應來確定H2S的含量。
基於氣體分析的監測系統的主要問題是不能直接預測液相中相應氣體的濃度。研制了壹種可以直接測量溶解氫的浸入式傳感器。燃料電池是該傳感器的核心。H2S和CH4的直接測量儀器到目前為止還沒有報道。
不容易通過pH測量來檢測不平衡的厭氧消化器，尤其是當混合溶液的堿度較高時。在這種情況下，可以測量混合液體中的CO2和碳酸鹽。堿度主要依賴於碳酸鹽緩沖，因此常被用於厭氧消化的控制策略中。碳酸鹽監測儀已被開發並應用於實際的厭氧消化過程。
估算碳酸鹽堿度有兩個基本原則。壹個是滴定。先進的在線滴定傳感器可以同時監測不同的成分，如氨和碳酸鹽。另壹種在線測定堿度的方法是基於通過樣品酸化獲得的氣態CO2的定量。氣體流量計可用於測量生成氣體的體積。
所有的生物活動都可以用產熱來表征。用量熱計測量熱量可以直接洞察生物過程的變化。流量熱量計是汙水處理的首選。
揮發性脂肪酸(VFA)是厭氧消化中最重要的中間產物。它們的聚集將導致pH值的降低和厭氧消化過程的失敗。VFA濃度監測通常用作過程性能的指標，但在線傳感器很少使用。最先進的測量儀器包括氣相色譜儀或高壓液相色譜儀。傅裏葉變換紅外光譜儀作為壹種在線多參數傳感器，可以同時測量COD、TOC、VFA等參數。FT-IR不需要添加任何化學物質，也很少需要維護，但是它的校準比較困難。更可靠的測量方法是通過兩步滴定或使用滴定儀進行返滴定來提供樣品中的VFA含量。
近年來，生物傳感器在汙水處理工業中得到了發展和應用。VFA分析儀可以測定消化液中VFA的濃度；MAIA生物傳感器可以測量代謝活動；RANTOX生物傳感器用於檢測即將到來的有機超載和有毒負荷。
4.活性汙泥工藝中的傳感器
氧氣在活性汙泥工藝中起著非常重要的作用，相關的曝氣費用約占總運行費用的40%，因此氧氣傳感器成為汙水處理廠中應用最廣泛的測量和監測儀器。氧氣測量基於液體中擴散氧氣的電化學反應。溶解氧(DO)傳感器是壹種可靠而精確的測量儀器，但必須仔細選擇合適的測量位置以防止結垢。目前，自動清洗系統已經相當普遍，壹些配有清洗系統並能自校準的溶解氧傳感器已經得到應用。DO傳感器廣泛應用於曝氣過程的控制，節省了大量的投資，獲得的信息也可用於監測任何活性汙泥處理過程。
呼吸作用是活性汙泥呼吸速率的測量和解釋，定義為單位時間內單位體積活性汙泥中微生物消耗的氧氣。它是表征廢水和汙泥動力學的常用工具。呼吸儀本質上是壹個反應器，測量結果容易受實驗條件變化的影響。
通過離線測量生物需氧量(BOD5)獲得廢水的可生物降解組分。BOD5是有機溶質在5天內生物氧化所需的溶解氧量。BOD5實驗不適合自動監測和控制，因為它需要很長的時間來完成實驗，並且很難實現壹致和準確的測量。根據短期BOD估算實現廢水負荷的在線測量。目前在線BODst方法有兩種:呼吸測量儀和微生物傳感器。Vanrolleghem等人提出的呼吸傳感器RODTOX可以監測BODst和廢水的潛在毒性。該傳感器由壹個恒定曝氣、完全混合的間歇式反應器組成，其中含有10升汙泥，可獲得大動態範圍的BODs。微生物傳感器由固化電池、膜和壹個溶解氧檢測器組成，最適用於含有多種微生物的活性汙泥系統。為了保持其功效，微生物BOD傳感器需要小心維護和儲存。大多數微生物BOD傳感器壽命很短，從幾天到幾個月。
汙水處理廠中最廣泛監控的變量是化學需氧量。COD自動監測儀可每1~2小時自動監測壹次，根據氧化分解情況可分為酸性監測儀和堿性監測儀。COD實驗的主要局限是無法區分可生物降解和惰性有機物。
TOC表示汙水中總有機碳的含量，也是表征水體有機汙染程度的指標。TOC測量的主要原理是將有機碳轉化為CO2，然後在氣相中測量這壹產物，從而計算出水相中有機碳的濃度。典型的測量儀器是紅外提取分析儀。TOC被認為是壹個很好的監測參數，特別是用於監測排水質量。
許多廢水成分吸收紫外線。紫外線的吸收與廢水中的有機物密切相關。自動紫外吸收監測器引入廢水處理系統，以檢測水汙染程度或評估排放質量。近10年來，光學技術取得了顯著的進步，使遠距離多點測量成為可能，極大地方便了汙水處理過程監控的實施。紅外光譜測量在TOC、COD、BOD等特殊參數的估算和在線監測方面具有很大的潛力。紅外光譜儀的主要缺點是光電池組件的縮放會降低靈敏度，需要頻繁的重新校準。