水質測定儀在城市垃圾汙水處理中的應用

水質測定儀(yi) 在城市垃圾汙水處理中的應用：

一、前言 

隨著近年來我國經濟的快速發展，城市的工業(ye) 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(ye) ，垃圾經壓實後，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(hui) 產(chan) 生垃圾滲濾液。滲濾液屬高濃度有機廢水，濃度值變化範圍大，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(ti) ，將嚴(yan) 重汙染當地的水環境。為(wei) 了保護水環境，必須加強對汙水排放的監測。檢測點的設計和檢測儀(yi) 表（主要是水質分析儀(yi) ）的質量對水環境監測起著至關(guan) 重要的作用，本文結合麥園城市垃圾汙水處理廠的設計談談這方麵體(ti) 會(hui) 。 

二、水質分析儀(yi) 的工作原理 

麥園汙水處理廠使用的分析儀(yi) 有兩(liang) 種：pH計和溶氧分析儀(yi) 。 

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(yan) 重影響活性汙泥生化作用，即影響處理效果，汙水的pH值一般控製在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/l，pH值是氫離子濃度以10為(wei) 底的對數的負數：pH=-log，因此中性溶液的pH值等於(yu) 7。如果有過量的氫離子，則pH值小於(yu) 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(ge) 恒定電位的參比電極和測量電極組成一個(ge) 原電池，原電池電動勢的大小取決(jue) 於(yu) 氫離子的濃度，也取決(jue) 於(yu) 溶液的酸堿度。麥園汙水處理廠采用了德國E+H公司的CPS11型pH傳(chuan) 感器和CPM151型pH變送器。具體(ti) 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製成，具有測量精度高、抗幹擾性好等特點。當玻璃探頭和氫離子接觸時，就產(chan) 生電位。電位是通過懸吊在氯化銀溶液中的銀絲(si) 對照參比電極測到的。pH值不同，對應產(chan) 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(yi) 的工作原理 

水中的氧含量可充分顯示水自淨的程度。對於(yu) 使用活化汙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，汙水中溶氧增加，會(hui) 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於(yu) 自然氧化的離子，使汙水得到淨化。 

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。麥園汙水處理廠采用的是溶氧傳(chuan) 感器和溶氧變送器。 

氧能溶於(yu) 水，溶解度取決(jue) 於(yu) 溫度、水表麵的總壓、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(guan) 係由亨利（Henry）定律和道爾頓（Dalton）定律確定，亨利定律認為(wei) 氣體(ti) 的溶解度與(yu) 其分壓成正比。 

以氧量測量傳(chuan) 感器為(wei) 例，其中的電極由陰極（常用金和鉑製成）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(chuan) 感器有隔膜覆蓋，隔膜將電極和電解質與(yu) 被測量的液體(ti) 分開，因此保護了傳(chuan) 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汙染和毒化。 

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(hui) 通過隔膜擴散，出現在陰極上（電子過剩）的氧分子就會(hui) 被還原成氫氧根離子： 

O2+2H2O+4e-® 4OH-。 

電化學當量的氯化銀沉澱在反電極上（電子不足）：4Ag+4Cl-® 4AgCl+4e-。

對於(yu) 每個(ge) 氧分子，陰極放出4個(ge) 電子，反電極接受電子，形成電流，電流的大小與(yu) 被測汙水的氧分壓成正比，該信號連同傳(chuan) 感器上熱電阻測出的溫度信號被送入變送器，利用傳(chuan) 感器中存儲(chu) 的含氧量和氧分壓、溫度之間的關(guan) 係曲線計算出水中的含氧量，然後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(chuan) 感器的響應時間為(wei) ：3分鍾後達到zui終測量值的90%，9分鍾後達到zui終測量值的99%；zui低流速要求為(wei) 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(hui) 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，以E+H公司的產(chan) 品為(wei) 例，可達兩(liang) 年。另外，溫度對老化也有較大影響，100° C下貯存幾周的老化程度相當於(yu) 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(you) 點，同時對汙染也較敏感，需要經常標定，一般每隔一個(ge) 到一個(ge) 半月標定一次，每兩(liang) 年更換一次電極。 

2、溶氧儀(yi) 的特點 

溶氧儀(yi) 具有安裝方便，標定周期長（3～4個(ge) 月），對其他物質不敏感等特點，並且能監測隔膜和探頭內(nei) 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。 

溶氧變送器屬智能化儀(yi) 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(hui) 顯示故障代碼，提示維護人員故障所在，通過查維護手冊(ce) 找出解決(jue) 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(liang) 種。汙水處理廠一般選用的是浸入式安裝，如麥園處理廠的pH計安裝在氧化溝的出口溢流槽內(nei) ，此處的pH值較具有代表性，且水流平穩，對pH計不會(hui) 造成大的衝(chong) 擊。 

定期的維護有助於(yu) 儀(yi) 表的準確測量和延長儀(yi) 表的使用壽命。應當注意傳(chuan) 感器和變送器之間的電纜不能受潮，否則電極的高阻低壓信號將無法傳(chuan) 送至變送器。若電極不測量時，應將黃色保護套管套上，它能使電極處於(yu) 濕潤狀態，有利於(yu) 延長電極的使用壽命。每隔一個(ge) 月左右，應對電極進行清洗，先用柔和的水流噴洗附著物，再將電極浸泡於(yu) 清洗液中一段時間，而後用清水洗淨。傳(chuan) 感器支架也應清洗。每次清洗之後，要用緩衝(chong) 劑溶液進行標定，目前國產(chan) 的pH標定液中，pH=4的還可以，pH=7的不夠準確，將會(hui) 影響標定結果。所以使用生產(chan) 廠家的標定液，生產(chan) 廠家一般提供兩(liang) 瓶標準溶液，一瓶pH值等於(yu) 7，用於(yu) 標定儀(yi) 表零點；一瓶pH等於(yu) 4，用於(yu) 標定儀(yi) 表的信號輸出斜率。 

2、溶氧儀(yi) 的安裝和維護 

溶氧儀(yi) 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(wei) 不鏽鋼製成，帶有塑料鏈條，通過調整鏈條長度可以改變傳(chuan) 感器的浸入深度，支架上的引導管保證了傳(chuan) 感器始終處於(yu) 垂直位置。支架部分都經過特殊設計，它可以將水麵的波動傳(chuan) 至浸入管，從(cong) 而引起浸入管的輕微振動，使得通過浸入管在探頭的表麵產(chan) 生一個(ge) 附加的清洗效果。有的用戶為(wei) 了減少投資，自己製作安裝支架，往往導致支架上的浸入管和傳(chuan) 感器之間密封不嚴(yan) ，汙水滲入，使得電纜和傳(chuan) 感器的連接處長期浸泡在汙水中，容易造成傳(chuan) 感器的損壞；有的甚至不做安裝支架，直接將傳(chuan) 感器投入水中，這樣在傳(chuan) 感器和電纜之間會(hui) 形成較大的拉力，傳(chuan) 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，電解液受汙染也應及時更換。當汙水中含有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隻需看顏色即可，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，汙水的淨化處理顯得越來越重要，而與(yu) 之配套的處理過程所需的檢測儀(yi) 表是必不可少的。水質分析儀(yi) 作為(wei) 汙水處理行業(ye) 中zui重要的儀(yi) 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(yi) 表能夠真正發揮作用的關(guan) 鍵所在。