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水質分析儀在城市垃圾污水處理中的應用

摘要:本文介紹了水質分析儀的工作原理及特點說明了安裝和維護的注意事項。
關鍵詞:水質分析、特點、安裝、維護。
一、前言
    隨著近年來我國經濟的快速發展城市的工業和生活垃圾大量增加目前對垃圾進行處理的主要方法是衛生填埋而進行填埋都是露天作業垃圾經壓實后隨著垃圾中生物的分解及遇到雨雪天氣時雨水和雪水滲入填埋區會產生垃圾滲濾液。滲濾液屬高濃度有機廢水濃度值變化范圍大其中含碳氫化合物、硝酸鹽、硫酸鹽及微量銅、鎘、鉛等重金屬離子細菌指標很高如不進行處理直接排入水體將嚴重污染當地的水環境。為了保護水環境必須加強對污水排放的監測。檢測點的設計和檢測儀表(主要是水質分析儀)的質量對水環境監測起著至關重要的作用本文結合某一污水處理廠的設計談談這方面體會。
二、水質分析儀的工作原理
污水處理廠使用的分析儀有兩種:pH計和溶氧分析儀。
1、pH計的工作原理
    水的pH值隨著所溶解的物質的多少而定因此pH值能靈敏地指示出水質的變化情況。pH值的變化對生物的繁殖和生存有很大影響同時還嚴重影響活性污泥生化作用即影響處理效果污水的pH值一般控制在6.5~7之間。
    水在化學上是中性的某些水分子自發地按照下式分解:H2O=H++OH-即分解成氫離子和氫氧根離子。在中性溶液中氫離子H+和氫氧根離子OH-的濃度都是10-7mol/lpH值是氫離子濃度以10為底的對數的負數:pH=-log因此中性溶液的pH值等于7。如果有過量的氫離子則pH值小于7溶液呈酸性;反之氫氧根離子過量則溶液呈堿性。
    pH值通常用電位法測量通常用一個恒定電位的參比電極和測量電極組成一個原電池原電池電動勢的大小取決于氫離子的濃度也取決于溶液的酸堿度。該廠采用了CPS11型pH傳感器和CPM151型pH變送器。具體結構如圖1所示測量電極上有特殊的對pH反應靈敏的玻璃探頭它是由能導電、能滲透氫離子的特殊玻璃制成具有測量精度高、抗干擾性好等特點。當玻璃探頭和氫離子接觸時就產生電位。電位是通過懸吊在氯化銀溶液中的銀絲對照參比電極測到的。pH值不同對應產生的電位也不一樣通過變送器將其轉換成標準4~20mA輸出。
2、溶氧分析儀的工作原理
    水中的氧含量可充分顯示水自凈的程度。對于使用活化污泥的生物處理廠來說了解曝氣池和氧化溝的氧含量非常重要污水中溶氧增加會促進除厭氧微生物以外的生物活動因而能去除揮發性物質和易于自然氧化的離子使污水得到凈化。
    測定氧含量主要有三種方法:自動比色分析和化學分析測量順磁法測量電化學法測量。水中溶氧量一般采用電化學法測量。麥該廠采用了COS 4型溶氧傳感器和COM252型溶氧變送器。 
    氧能溶于水溶解度取決于溫度、水表面的總壓、分壓和水中溶解的鹽類。大氣壓力越高水溶解氧的能力就越大其關系由亨利(Henry)定律和道爾頓(Dalton)定律確定亨利定律認為氣體的溶解度與其分壓成正比。
    以COS 4氧量測量傳感器為例結構如圖2所示。其中的電極由陰極(常用金和鉑制成)和帶電流的反電極(銀)、無電流的參比電極(銀)組成電極浸沒在電解質如KCl、KOH中傳感器有隔膜覆蓋隔膜將電極和電解質與被測量的液體分開因此保護了傳感器既能防止電解質逸出又可防止外來物質的侵入而導致污染和毒化。 
    向反電極和陰極之間施加極化電壓假如測量元件浸入在有溶解氧的水中氧會通過隔膜擴散,涂層測厚儀出現在陰極上(電子過剩)的氧分子就會被還原成氫氧根離子:
O2+2H2O+4e-® 4OH-。
電化學當量的氯化銀沉淀在反電極上(電子不足):4Ag+4Cl-® 4AgCl+4e-。 
對于每個氧分子陰極放出4個電子反電極接受電子形成電流電流的大小與被測
圖1 pH測量電極(左)和參比電極(右)的結構
圖2 三電極COS溶氧傳感器結構圖
污水的氧分壓成正比該信號連同傳感器上熱電阻測出的溫度信號被送入變送器利用傳感器中存儲的含氧量和氧分壓、溫度之間的關系曲線計算出水中的含氧量然后轉化成標準信號輸出。參比電極的功能是確定陰極電位。
COS 4溶氧傳感器的響應時間為:3分鐘后達到最終測量值的90%9分鐘后達到最終測量值的99%;最低流速要求為0.5cm/s。 
三、特點
1、pH計的特點
     pH電極上的玻璃隨著時間推移會逐漸老化梯度(單位pH值變化所引起的電極輸出電位的變化值)惡化花費較長時間才能達到穩定電位。一般電極的使用壽命可達兩年。另外溫度對老化也有較大影響100℃下貯存幾周的老化程度相當于室溫下貯存一年的老化程度。 
    pH計具有高精度、高可靠性、安裝及維護方便等優點同時對污染也較敏感需要經常標定一般每隔一個到一個半月標定一次每兩年更換一次電極。
2、溶氧儀的特點
    溶氧儀具有安裝方便標定周期長(3~4個月)對其他物質不敏感等特點并且能監測隔膜和探頭內電解質的使用情況一般每一至三年更換一次電解質和隔膜。
    COM252型溶氧變送器屬智能化儀表帶有HART或Profibus通訊協議還具有自診斷功能當發生故障時會顯示故障代碼提示維護人員故障所在通過查維護手冊找出解決故障的辦法大大降低了維護時間和工作量。
四、安裝及維護
1、pH計的安裝和維護
   pH計的安裝方式有流通式和浸入式兩種。污水處理廠一般選用的是浸入式安裝,水份測定儀如該污水處理廠的pH計安裝在氧化溝的出口溢流槽內此處的pH值較具有代表性且水流平穩對pH計不會造成大的沖擊。
    定期的維護有助于儀表的準確測量和延長儀表的使用壽命。應當注意傳感器和變送器之間的專用電纜不能受潮否則電極的高阻低壓信號將無法傳送至變送器。若電極不測量時應將黃色保護套管套上它能使電極處于濕潤狀態有利于延長電極的使用壽命。每隔一個月左右應對電極進行清洗先用柔和的水流噴洗附著物再將電極浸泡于清洗液中一段時間而后用清水洗凈。傳感器支架也應清洗。每次清洗之后要用緩沖劑溶液進行標定目前國產的pH標定液中pH=4的還可以pH=7的不夠準確,KIC爐溫測試儀將會影響標定結果。所以最好使用生產廠家的標定液生產廠家一般提供兩瓶標準溶液一瓶pH值等于7用于標定儀表零點;一瓶pH等于4用于標定儀表的信號輸出斜率。
2、溶氧儀的安裝和維護
   溶氧儀一般采用浸入式安裝在此應注意一定要選用原廠的安裝支架。廠家配帶的安裝支架為不銹鋼制成帶有塑料鏈條通過調整鏈條長度可以改變傳感器的浸入深度支架上的引導管保證了傳感器始終處于垂直位置。支架部分都經過特殊設計它可以將水面的波動傳至浸入管從而引起浸入管的輕微振動使得通過浸入管在探頭的表面產生一個附加的清洗效果。有的用戶為了減少投資自己制作安裝支架往往導致支架上的浸入管和傳感器之間密封不嚴污水滲入使得專用電纜和傳感器的連接處長期浸泡在污水中容易造成傳感器的損壞;有的甚至不做安裝支架直接將傳感器投入水中這樣在傳感器和電纜之間會形成較大的拉力傳感器更容易損壞。
    溶解氧探頭每周應用水輕輕清洗發現膜頭損壞應及時更換電解液受污染也應及時更換。當污水中含有H2S、NH3、苯或酚這些成份時對膜頭是有害的。在這種場合下必須經常更換膜頭。判斷探頭中電極的好壞只需看顏色即可參考電極應是黑灰色陰極(金電極)應呈黃色而反電極必須發亮否則應進行清洗或再生。
五、結束語
    隨著我國對水資源保護的日益重視污水的凈化處理顯得越來越重要而與之配套的處理過程所需的檢測儀表是必不可少的。水質分析儀作為污水處理行業中最重要的儀表除了選型和安裝正確以外定期的維護和標定也十分重要而且是使儀表能夠真正發揮作用的關鍵所在。

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