水质分析仪在城市垃圾污水处理中的应用

摘要:本文介绍了水质分析仪的工作原理及特点说明了安装和维护的注意事项。
关键词:水质分析、特点、安装、维护。
一、前言
    随着近年来我国经济的快速发展城市的工业和生活垃圾大量增加目前对垃圾进行处理的主要方法是卫生填埋而进行填埋都是露天作业垃圾经压实后随着垃圾中生物的分解及遇到雨雪天气时雨水和雪水渗入填埋区会产生垃圾渗滤液。渗滤液属高浓度有机废水浓度值变化范围大其中含碳氢化合物、硝酸盐、硫酸盐及微量铜、镉、铅等重金属离子细菌指标很高如不进行处理直接排入水体将严重污染当地的水环境。为了保护水环境必须加强对污水排放的监测。检测点的设计和检测仪表(主要是水质分析仪)的质量对水环境监测起着至关重要的作用本文结合某一污水处理厂的设计谈谈这方面体会。
二、水质分析仪的工作原理
污水处理厂使用的分析仪有两种:pH计和溶氧分析仪。
1、pH计的工作原理
    水的pH值随着所溶解的物质的多少而定,炉温测试仪因此pH值能灵敏地指示出水质的变化情况。pH值的变化对生物的繁殖和生存有很大影响同时还严重影响活性污泥生化作用即影响处理效果污水的pH值一般控制在6.5~7之间。
    水在化学上是中性的某些水分子自发地按照下式分解:H2O=H++OH-即分解成氢离子和氢氧根离子。在中性溶液中氢离子H+和氢氧根离子OH-的浓度都是10-7mol/lpH值是氢离子浓度以10为底的对数的负数:pH=-log因此中性溶液的pH值等于7。如果有过量的氢离子则pH值小于7溶液呈酸性;反之氢氧根离子过量则溶液呈碱性。
    pH值通常用电位法测量通常用一个恒定电位的参比电极和测量电极组成一个原电池原电池电动势的大小取决于氢离子的浓度也取决于溶液的酸碱度。该厂采用了CPS11型pH传感器和CPM151型pH变送器。具体结构如图1所示测量电极上有特殊的对pH反应灵敏的玻璃探头它是由能导电、能渗透氢离子的特殊玻璃制成具有测量精度高、抗干扰性好等特点。当玻璃探头和氢离子接触时就产生电位。电位是通过悬吊在氯化银溶液中的银丝对照参比电极测到的。pH值不同对应产生的电位也不一样通过变送器将其转换成标准4~20mA输出。
2、溶氧分析仪的工作原理
    水中的氧含量可充分显示水自净的程度。对于使用活化污泥的生物处理厂来说了解曝气池和氧化沟的氧含量非常重要污水中溶氧增加会促进除厌氧微生物以外的生物活动因而能去除挥发性物质和易于自然氧化的离子使污水得到净化。
    测定氧含量主要有三种方法:自动比色分析和化学分析测量顺磁法测量,磁粉探伤仪电化学法测量。水中溶氧量一般采用电化学法测量。麦该厂采用了COS 4型溶氧传感器和COM252型溶氧变送器。 
    氧能溶于水溶解度取决于温度、水表面的总压、分压和水中溶解的盐类。大气压力越高水溶解氧的能力就越大其关系由亨利(Henry)定律和道尔顿(Dalton)定律确定亨利定律认为气体的溶解度与其分压成正比。
    以COS 4氧量测量传感器为例结构如图2所示。其中的电极由阴极(常用金和铂制成)和带电流的反电极(银)、无电流的参比电极(银)组成电极浸没在电解质如KCl、KOH中传感器有隔膜覆盖隔膜将电极和电解质与被测量的液体分开因此保护了传感器既能防止电解质逸出又可防止外来物质的侵入而导致污染和毒化。 
    向反电极和阴极之间施加极化电压假如测量元件浸入在有溶解氧的水中氧会通过隔膜扩散出现在阴极上(电子过剩)的氧分子就会被还原成氢氧根离子:
O2+2H2O+4e-® 4OH-。
电化学当量的氯化银沉淀在反电极上(电子不足):4Ag+4Cl-® 4AgCl+4e-。 
对于每个氧分子阴极放出4个电子反电极接受电子形成电流电流的大小与被测
图1 pH测量电极(左)和参比电极(右)的结构
图2 三电极COS溶氧传感器结构图
污水的氧分压成正比该信号连同传感器上热电阻测出的温度信号被送入变送器利用传感器中存储的含氧量和氧分压、温度之间的关系曲线计算出水中的含氧量然后转化成标准信号输出。参比电极的功能是确定阴极电位。
COS 4溶氧传感器的响应时间为:3分钟后达到最终测量值的90%9分钟后达到最终测量值的99%;最低流速要求为0.5cm/s。 
三、特点
1、pH计的特点
     pH电极上的玻璃随着时间推移会逐渐老化梯度(单位pH值变化所引起的电极输出电位的变化值)恶化花费较长时间才能达到稳定电位。一般电极的使用寿命可达两年。另外温度对老化也有较大影响100℃下贮存几周的老化程度相当于室温下贮存一年的老化程度。 
    pH计具有高精度、高可靠性、安装及维护方便等优点同时对污染也较敏感需要经常标定一般每隔一个到一个半月标定一次每两年更换一次电极。
2、溶氧仪的特点
    溶氧仪具有安装方便标定周期长(3~4个月)对其他物质不敏感等特点并且能监测隔膜和探头内电解质的使用情况一般每一至三年更换一次电解质和隔膜。
    COM252型溶氧变送器属智能化仪表带有HART或Profibus通讯协议还具有自诊断功能当发生故障时会显示故障代码提示维护人员故障所在通过查维护手册找出解决故障的办法大大降低了维护时间和工作量。
四、安装及维护
1、pH计的安装和维护
   pH计的安装方式有流通式和浸入式两种。污水处理厂一般选用的是浸入式安装如该污水处理厂的pH计安装在氧化沟的出口溢流槽内此处的pH值较具有代表性且水流平稳对pH计不会造成大的冲击。
    定期的维护有助于仪表的准确测量和延长仪表的使用寿命。应当注意传感器和变送器之间的专用电缆不能受潮否则电极的高阻低压信号将无法传送至变送器。若电极不测量时应将黄色保护套管套上它能使电极处于湿润状态有利于延长电极的使用寿命。每隔一个月左右应对电极进行清洗先用柔和的水流喷洗附着物再将电极浸泡于清洗液中一段时间而后用清水洗净。传感器支架也应清洗。每次清洗之后要用缓冲剂溶液进行标定目前国产的pH标定液中pH=4的还可以pH=7的不够准确将会影响标定结果。所以最好使用生产厂家的标定液生产厂家一般提供两瓶标准溶液一瓶pH值等于7用于标定仪表零点;一瓶pH等于4用于标定仪表的信号输出斜率。
2、溶氧仪的安装和维护
   溶氧仪一般采用浸入式安装在此应注意一定要选用原厂的安装支架。厂家配带的安装支架为不锈钢制成带有塑料链条通过调整链条长度可以改变传感器的浸入深度支架上的引导管保证了传感器始终处于垂直位置。支架部分都经过特殊设计它可以将水面的波动传至浸入管从而引起浸入管的轻微振动使得通过浸入管在探头的表面产生一个附加的清洗效果。有的用户为了减少投资自己制作安装支架往往导致支架上的浸入管和传感器之间密封不严污水渗入使得专用电缆和传感器的连接处长期浸泡在污水中,便携式硬度计容易造成传感器的损坏;有的甚至不做安装支架直接将传感器投入水中这样在传感器和电缆之间会形成较大的拉力传感器更容易损坏。
    溶解氧探头每周应用水轻轻清洗发现膜头损坏应及时更换电解液受污染也应及时更换。当污水中含有H2S、NH3、苯或酚这些成份时对膜头是有害的。在这种场合下必须经常更换膜头。判断探头中电极的好坏只需看颜色即可参考电极应是黑灰色阴极(金电极)应呈黄色而反电极必须发亮否则应进行清洗或再生。
五、结束语
    随着我国对水资源保护的日益重视污水的净化处理显得越来越重要而与之配套的处理过程所需的检测仪表是必不可少的。水质分析仪作为污水处理行业中最重要的仪表除了选型和安装正确以外定期的维护和标定也十分重要而且是使仪表能够真正发挥作用的关键所在。

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