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水质分析仪在城市垃圾污水处理中应用

2015/2/9 12:47:27
文章来源:网络

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  一、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,本文结合麦园城市垃圾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麦园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,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/l,pH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。麦园污水处理厂采用了德国E+H公司的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,电化学法测量。水中溶氧量一般采用电化学法测量。麦园污水处理厂采用的是德国E+H公司的COS4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E+H公司的COS4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。COS4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,以E+H公司的产品为例,可达两年。另外,温度对老化也有较大影响,100°C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,如麦园处理厂的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,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.

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