水污染源自动监测设备.ppt

水污染源自动监测设备 2 目录 水污染源自动检测设备COD铬法 TOC法氨氮气敏电极法 比色法等流量计机械 电磁 声学等 3 污染源应用综述 参数 CODCr 氨氮 流量为主特点 针对排污企业测量废水中的污染物 以有机物为主目的 控制企业污染物排放量 控制流域排污总量 环境执法等 水污染源自动监测设备 水污染源自动监测设备是一套以在线自动分析仪器为核心 运用现代传感器技术 自动测量技术 自动控制技术 计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通信网络所组成的一个综合性的在线自动监测系统 对监测数据可进行统计 处理 可打印输出日 周 月 季 年平均数据以及日 周 月 季 年最大值 最小值等各种监测 统计报告及图表 棒状图 曲线图多轨迹图 对比图等 并可传输到中心数据库或上网 收集并可长期存储指定的监测数据及各种运行资料 环境资料备检索 系统具有监测项目超标及子站状态信号显示 报警功能 自动运行 停电保护 来电自动恢复 远程故障诊断 便于例行维修和应急故障处理等功能 水污染自动监测设备通常由采样设备 废水在线监测仪器 数据采集设备 数据传输设备 通信设备和终端接收设备等组成 水污染源自动监测设备 水污染源自动监测设备通常由化学需氧量在线自动监测仪 氨氮在线自动监测仪 pH计 电导率仪 流量计及超标留样器等组成 6 济南污染源项目现场 7 COD在线分析仪 比色法氨氮在线分析仪 气敏电极法氨氮分析仪 TOC分析仪 超声波明渠流量计 COD 铬法COD燃烧氧化法 TOC COD背景知识 COD 化学需氧量 ChemicalOxygenDemand 是指水体中易被强氧化剂氧化的还原性物质所消耗的氧化剂的量 结果折成氧的量 以mg L计 还原性物质主要是有机物 组成有机化合物的碳 氮 硫 磷等元素往往处于较低的化合价态 有机化合物在生物降解过程中不断消耗水中的溶解氧而造成氧的损失 空气中的氧气无法及时补充水中的氧气 从而破坏水环境和生物群落的生态平衡 并带来不良影响 有机物 厌氧缺氧 水体污染 C O D 铬法COD在线分析仪 与实验室测量值一致性最好 COD在线分析仪测量原理 水样 重铬酸钾 硫酸银 催化剂使直链脂肪族化合物氧化更充分 和浓硫酸的混合液在消解池中被加热到175 C 在此期间铬离子作为氧化剂从VI价被还原成III价而改变了颜色 颜色的改变度与样品中有机化合物的含量成对应关系 仪器通过比色换算直接将样品的COD显示出来 其它无机物如 亚硝酸盐 硫化物和亚铁离子将使测试结果增大 将其需氧量作为水样COD值的一部分是可以接受的 抗干扰 主要干扰物为氯化物 加入硫酸汞形成络合物去除 干扰 硫酸汞 HgSO4 mercurysulfate 重铬酸钾 K2Cr2O7 potassiumdichromate 提高重铬酸钾的氧化能力 氧化反应过程的催化剂 强氧化剂 硫酸 H2SO4 sulfuricacid 硫酸银 Ag2SO4 silversulfate 氯离子干扰的抑制剂或隐蔽剂 铬法COD使用的试剂 13 主要技术参数 测试量程 10 5 000mg l检测下限 8 1mg l分辨率 100mg l 10 读数 100mg l 6mg l测试间隔 可调典型应用 污染源污水排放监测 市政污水处理厂进出水水质监测 铬法COD分析仪的结构 消解系统取样系统定量系统校准清洗监测系统安全面板 取样系统 活塞泵不与样品和试剂直接接触 维护量少 可靠性提高 不挤压泵管 不需经常更换泵管 降低运行成本 成本高蠕动泵成本低 需要挤压泵管 泵管需要经常更换 蠕动泵本身也有一定的寿命 16 定量系统 光学定量精度较高 在关键因素上保证了测试的准确性 成本高蠕动泵定量准确度有限成本低 17 消解系统 采用强氧化剂和高温175 C进行COD消解 根据实际水质可调整反应时间设置以保证100 氧化 确保测试可靠 可靠的设计使消解和测量共用测量池 从而避免了因消解与测量分开进行操作时带来的误差 密闭消解 18 校准清洗 COD在线分析仪通常有分段量程 如0 500mg l 100 1500mg l 1000 5000mg l每档量程有相应的校准数据 当测试值超过某一量程时 自动进行下一量程的校准 保证测试准确 自动清洗系统可按用户选定间隔采用热酸清洗样品流经的所有管路 避免误差 19 监测系统 自我监测泄露系统 当系统管路出现泄露现象时 通过湿度感测仪器立即停止工作并报警 以保证人员和环境的安全 仪器持续监测系统的运行状态 使用户随时了解仪器的工作情况避免错误的测试结果 完善的自我监测系统 可以保障系统的正常运行以及人员和环境的安全 20 安全面板 由于仪器内部有强酸 剧毒液体和高温 175 C 高压部件 精心设计了让用户倍感放心的安全面板 该透明面板只有在Service菜单下且仪器处于初始状态 消解池清空 常压 常温 才能开启 安全面板未安装妥当 则仪器拒绝工作并给予提示 尽善的安全防护设计 21 其他功能 仪器自动存储数据 LCD屏幕上显示图表曲线 通过服务端口连接PC可进行数据备份或进行数据分析 仪器提供0 4 20mA模拟输出 2路继电器 可定义仪器状态 输出 配备标准MODUBUSRS485 可选PROFIBUS 可实现双向通讯和远程控制 22 运行维护 主机构成 托盘试剂安全面板进样口电源信号 控制线进口箱体服务接口 RS232 LCD显示器键盘门 分析单元 活塞泵 计量管 组合阀 下液位计量光度计 上液位计量光度计 光度计 消解单元 25 接入试剂 重铬酸钾 硫酸 零点标准液 硫酸汞 标准液 26 拆除安全面板 27 操作软件 仪器最后的测量值 显示日期 时间和消解时间 显示当前的状态 显示当前的时间和日期 TOC Totalorganiccarbon TOC 总有机碳 是以碳的含量表示水体中有机物质总量的综合指标 由于一切有机物都含碳元素 加之TOC的标准测定方法采用燃烧法 因此可以将有机物全部氧化 它比BOD COD更能直接表示有机物的总量 因此常常被用来评价水体中有机物污染的程度 29 1 酸化阶段 通过酸化和载气喷射从水样中去除TIC和POC气体 TOC在线测量常用方法 2 氧化阶段 把水样中的有机碳全部氧化成二氧化碳 CO2 和其它气体 现在主要的氧化技术有以下几种 高温催化氧化 HTCO 680度高温催化氧化光氧化 紫外光 紫外光氧化 仅限于超纯水热化学氧化 氧化剂 过硫酸盐 加热光氧化 化学氧化 紫外光氧化 过硫酸盐氧化电解氧化 电解氧化 纯水 超纯水 3 检测阶段 检测和定量技术主要有两种 电导率检测 应用于纯水 超纯水为主 制药行业CO2检测 NDIR 非分散红外 检测器检测 30 TOC在线分析仪 测量原理 样品进入多通道进样阀的进样系统 首先被酸氧化 除去TIC 样品又通过蠕动泵进入燃烧室 专利技术的大体积燃烧炉 里面放了铂催化剂具有大的表面积 减少了氧化时间 燃烧出来的CO2和水被水汽分离装置分开 被分离的CO2气体被送进非发散红外检测器 红外检测器对CO2的检测有良好的检测灵敏度和线性度 31 仪器分析流程图 32 燃烧炉 核心部件水样中的有机碳在燃烧炉中充分燃烧需要定期清洗维护 33 技术指标 测量范围 0 25至20000mg L检测下限 0 1mg L准确度 5 符合ISO8245 EN1484 EPA415 1或标准方法5310B TOC COD相关系数的确定 1 水样的采集宜采取20个以上的试样进行TOC值和COD值的测定 需将相同水样分成两份分别进行TOC和COD的测试 须充分搅拌均匀后再分开 一份水样用自动监测仪进行离线测定 一份在实验室进行COD测定 2 水样TOC值的测定首先 在测定水样的TOC值前 要保证自动监测仪测量准确性 必须对仪器进行校正 校正测量次数3次以上 水样中如果含有SS时 须将水样进行均化处理 用高速搅拌式或超声波式粉碎 越是SS小而均匀的试样 测量取得的精度越高 对同一试样 须多次反复测量 一般测定5 6次后取平均值 3 水样COD值的测定4 数据处理将所测得的TOC和COD数据进行相关关系及转换系数计算 5 TOC COD回归曲线的确定将在线TOC数据和实验室COD比对数据进行相关性分析 绘制回归曲线 将TOC仪器得到的数值代入回归曲线 换算成COD值 回归曲线为 CODcr a b TOC 35 试剂 量程标准液 邻苯二甲酸氢钾 KHP 2 12g l 1000ppmTOC零点标准液 去离子水 小于50 g LTOC酸溶液 0 2MHCl 酸化后水样pH小于3 清洗液 5 NaOCl 家用漂白粉或10 HCl或5 丙酮 TOC分析仪试剂 36 维护保养 COD原理对比 实验室方法和在线仪器法区别 1 氧化剂不同2 消解方式 温度 时间不同3 样品与试剂量不同4 终点判定方法不同5 样品预处理方式不同 39 氨氮 比色法氨氮分析仪气敏电极法氨氮分析仪 氮元素的存在形式 无机氮硝氮 硝酸盐氮 NO3 N亚硝氮 亚硝酸盐氮 NO2 N氨氮 氨 NH4 N有机氮蛋白质 多肽 氨基酸 尿素 有机胺化合物 重氮化合物 硝基化合物含氮有机物等 什么是氨氮 氨氮是指水中以氨或铵离子形式存在的化合氨 氨氮的来源 氨氮主要来源于人和动物的排泄物 生活污水中平均含氮量每人每年可达2 5 4 5公斤 雨水径流以及农用化肥的流失也是氮的重要来源 另外 氨氮还来自化工 冶金 石油化工 油漆颜料 煤气 炼焦 鞣革 化肥等工业废水中 为什么要测量氮元素 当氨溶于水时 其中一部分氨与水反应生成铵离子 一部分形成水合氨 也称非离子氨 非离子氨是引起水生生物毒害的主要因子 而铵离子相对基本无毒 氮是水体中的营养素 可导致水富营养化现象产生 是水体中的主要耗氧污染物 对鱼类及某些水生生物有毒害 藻类占据空间增加 而且衰亡藻类沉积塘底 水生类活动空间减小 藻类种类减少 非鱼类诱饵的蓝藻增加 且繁殖迅速 有些蓝藻产生有毒性的藻毒素 藻类过度生长 水中溶解氧急剧变化 一定时间水体处于严重缺氧状态 导致鱼类死亡 水中氮元素过量的后果 太湖蓝藻大暴发就有总氮的 功劳 纳氏试剂比色法 GB7479 87 碘化汞和碘化钾的碱性溶液与氨反应生成黄棕色胶态化合物 此颜色在波长425nm处有吸收峰 水杨酸 次氯酸盐比色法 GB7481 87 在亚硝基铁氰化钠的存在下 氨与水杨酸钠 苯酚钠 和次氯酸盐反应 得到蓝色化合物 其颜色的深浅与氨浓度成正比 其最大吸收波长约696nm 最低检出浓度 0 01mg L 测定上限 1mg L 气敏电极法 采用氨气敏复合电极 在碱性条件下 水中氨气通过电极膜后对电极内液体pH值的变化进行测量 以标准电流信号输出 挥发性胺产生正干扰 汞和银因同氨络合力强而有干扰 高浓度溶解离子影响测定 色度和浊度对测定没有影响 水样不必进行蒸馏 标准溶液和水样的温度应相同 含有溶解物质的总浓度也要大致相同 水杨酸法氨氮在线分析仪 测量原理 水杨酸 次氯酸盐比色法 双光束 双滤光片光度计 最佳分辨率 0 02mg lNH4 N 响应速度快 5 10分钟完成一次测量 测量范围 0 02 2mg l 0 1 20mg l 1 0 80mg l系统具备自动清洗功能 操作简单 维护方便 与样品前处理系统配合使用 以图形或数字形式显示NH4 N浓度 逐出比色法氨氮在线分析仪 测量原理 比色法 仪器投资少 运行成本低 体积小 操作简单 无需维修的LED光度计 系统具备自动清洗功能 图形或数字形式显示NH3 N浓度 50 逐出瓶 NH4 OH NH3 H2O在逐出瓶中 经过预处理的样品首先和逐出溶液混合 从而 将样品中的铵根离子转换成呈碱性的NH3 比色池 NH3 H NH4 在隔膜泵的作用下 氨气NH3被传送到比色池中 与比色池中的指示剂反应 以改变指示剂的颜色 在测量范围内 其颜色改变程度和样品中的铵根离子浓度成正比 因此 通过测量颜色变化的程度 我们就可以计算出样品中铵根离子的浓度 原理 51 在逐出容器瓶中 样品与逐出溶液混合 样品中的氨氮被转化成氨气 生成的氨气由隔膜泵转移到测量比色池中 氨气在测量比色池中与缓冲溶液混合 改变pH指示剂的颜色 比色法测量缓冲溶液颜色的改变 从而得到样品中氨氮的浓度 工作原理 52 技术指标 注意 比色法测量氨氮最低检测限为0 2mg L 53 简便 准确 先进的比色测定技术体积小 操作简单 在无人操作的情况下连续运转多达30天或以上自动校正 自动清洗 自动管道灌注的功能气相 液相转换技术 测量不受污水颜色的干扰数据存储功能以图形或数字形式显示NH4 N浓度可以检测两路样品加MODBUS通讯卡 可以实现远程反控维护简单 运行费用低 技术特点 54 仪器维护日常维护可以保证分析仪的正常工作 气敏电极法氨氮在线分析仪 测量原理 气敏电极法测量范围宽 一般0 05to1000mg L仪器测量下限可达0 02mg L快速响应t90小于5分钟测量周期5 120分钟可选自动清洗2点自动校正运行费用低 一瓶试剂至少可用3个月全面自诊断功能外壳坚固 可直接安装在水池边上 56 仪器维护 57 试剂更换 58 流量计 流量定义为单位时间内通过某个断面的水的体积 什么是流量 流量的测量和计算 测流基本概念 均匀流 沿着流动主方向上的流速分布均匀一致 非均匀流 沿着流动方向上的流速分布不一致 随着坡度等环境的变化发生变化 测流基本概念 均匀流 恒定流 流动不随着时间变化人工渠道或管道中可能出现恒定流 部分天然河流也有近似为恒定流的可能 恒定流的水位和流量有一定的关系 非恒定流 流动随着时间变化 包括流动的速度和方向 非恒定流通在洪水过程中非常常见 此时 水位和流量的关系被打乱 W Q t1 t2 测流基本概念 恒定流 62 超声波明渠测流 通过明渠中的堰槽结构可以导出流量流量与一种简单的测量参数 水深 间存在数学关系并非直接测流堰 V型堰 矩形堰 梯形堰水槽管嘴文丘里管管道渠道 目前污水排放口用得比较多的是超声波明渠流量计 超声波明渠流量计原理 被测流体流过量水槽 堰 形成一定的液位高度 在自由流状态下 其流过水槽 堰 液体流量Q与水位H满足关系 式中C n为与量水槽结构有关的系数 超声波明渠测流原理 64 V型堰 65 堰侧视图 66 梯形堰 67 矩形堰 68 矩形堰 堰式测流安装要求 堰板上游水路要设置整流段 整流装置段和导流段 若不设置整流装置 则整流段的长度应为渠宽10倍以上 导流段的储水容量应尽可能大 导流段的宽度和深度可以比整流段大些 导流段的侧壁高度应比整流段侧壁高些 以防止水位上涨溢出 整流装置段的宽度和整流段相等 侧壁高度则与导流段相等 整流段底部水平面要求与侧面垂直 充满水后不变形 轴线应为直线 宽度要大体一致 为防止下游侧水面影响 堰板下游水位应低于零水位 即堰缺口 150mm 若下游水位上升要影响自然落下的水流 就不能准确测量流量 因此要事先调查下游侧水位 须为清除堰板上游堆积物提供条件 用于下水道或污水排放时 液体中沉淀物堆积改变尺寸 从而影响流量系数 且堵塞整流装置 破坏正常流速分布 因此须为清除堆积物提供条件 70 水槽 Parshall巴歇尔水槽Palmer BowlusLeopold LagcoH Flume 精度理想条件下 2 5 加上测深设备