水质在线监测系统及污水处理工艺仪表PPT课件.ppt

水质在线监测及污水处理工艺仪表 1 第一节水质在线监测仪表 2 常见在线监测的水质参数 水温 pH 溶解氧 DO 电导率 浊度 COD等 前五个参数经常组合在一起 称为常规五参数 3 常规五参数及其自动检测技术 常规五参数水温 pH 溶解氧 DO 电导率和浊度pH和DO可直接用于评价水质类别水温 电导率和浊度主要用于辅助的水质监测用于污水监测时可选用五参数中的四参数 即水温 pH 电导率和浊度 对污水排放起辅助监视作用 4 常规五参数及其自动检测技术 常规五参数分析仪主要由采水设备 监测仪器 及附属设备组成 可连续监测水温 pH 溶解氧 电导率 浊度这五个一般性的水质指标 该监测系统可进行连续或间断自动监测 5 常规五参数及其自动检测技术 1 水温水温的测量应在现场进行 常用的测量仪器有水温计 深水温度计 颠倒温度计等 自动测量一般采用热敏电阻温度计 水温计法温度计通常用于测量表层水温 水温计是水银温度表 下端连接贮水杯 温度表水银球部悬于杯中 其顶端拴以一定长度的绳子 6 常规五参数及其自动检测技术 测量范围通常为 6 41 最小分度为0 2 测量时 将其插入一定深度的水中 放置5min后 迅速提出水面并读数 热敏电阻温度计测量水温一般用感温元件如热敏电阻或铂电阻做传感器 如下图所示 7 常规五参数及其自动检测技术 将感温元件浸入被测水中并接入平衡电桥的一个臂上 当水温变化时 感温电阻随之变化 则电桥平衡状态被破坏 有电压讯号输出 根据感温元件电阻变化值与电桥输出电压值的定量关系实现对水温的测量 8 常规五参数及其自动检测技术 2 pH值pH值表示水的酸碱性的强弱天然水的pH多在5 9范围内 饮用水的pH要求在6 5 8 5 工业废水的pH会因其所含酸 碱量不同而有较大差异 1 测量方法及原理比色法 玻璃电极法 GB 6920 86 锑电极法 氢醌电极法 9 常规五参数及其自动检测技术 玻璃电极法pH玻璃电极为指示电极 饱和甘汞电极为参比电极原电池反应 电池的电动势符合能斯特方程 当待测溶液的温度为25 时 电池的电动势 E 与被测溶液的pH值有如下关系 10 常规五参数及其自动检测技术 只要测得E电池 就能求出被测溶液pH 在实际测定中 以已知pH值的溶液作为标准进行校准 用pH计直接测出被测溶液的pH 11 常规五参数及其自动检测技术 设pH标准溶液和被测溶液的pH分别为pHs和pHx 其相应的电动势分别为Es和Ex 得 9 2 25 条件下 二者之差每变化59mV 则相应变化一个pH单位 12 常规五参数及其自动检测技术 2 pH自动监测仪 13 常规五参数及其自动检测技术 PH监视器 含ph 温度 补水等功能 1 3位数字温度补偿的ph测量 淡水 海水都适用 2 自动温度测量3 PRESS N SET全自动校准功能4 设有3个校准点PH4 PH7 PH105 永久保存校准资料6 独立水位警报功能7 自动水位补充控制功能 14 常规五参数及其自动检测技术 3 DO电流测定法 Clark溶氧电极 广泛应用的溶氧电极是聚四氟乙烯薄膜电极 根据其工作原理 可分为极谱型和原电池型两种 极谱型溶氧电极的结构如图9 4所示 15 常规五参数及其自动检测技术 当两极间加上0 5 0 8V固定极化电压时 则水样中溶解氧扩散通过薄膜 并在阴极上还原 产生与氧浓度成正比的扩散电流 电极反应如下 阴极 O2 2H2O 4e 4OH 阳极 4Ag 4Cl 4AgCl 4e还原电流 9 4 16 常规五参数及其自动检测技术 式 9 4 中 K 比例常数 N 电极反应得失电子数 F 法拉第常数 A 阴极面积 mm2 Pm 薄膜的渗透系数 L 薄膜的厚度 mm Co 溶解氧的分压或浓度 17 常规五参数及其自动检测技术 除C0以外的其他项均为定值 故只要测得还原电流就可以求出水样中溶解氧的浓度 优点 速度比碘量法要快 操作简便 干扰少 且能够现场自动连续检测 18 缺点 由于它的透氧膜和电极比较容易老化 需要注意保护和及时更换 又由于它是依靠电极本身在氧的作用下发生氧化还原反应来测定氧浓度的特性 所以在测量过程中样品要不停地搅拌 且需要定期更换电解液 致使它的测量精度和响应时间都受到扩散因素的限制 19 常规五参数及其自动检测技术 溶解氧自动监测仪水污染连续自动监测系统广泛采用隔膜电极测定水中DO 测定时不受水中pH 盐度 氧化还原性物质 色度和浊度等因素的影响 应用范围较广 20 常规五参数及其自动检测技术 TN2509溶解氧分析仪 溶氧计溶氧分析仪TN2509应用于水族槽 养鱼缸 玻璃鱼池 矿业 医药研究 农业 实验室 水环境 大专院校 品质控制等领域 量程溶氧 0 20 0mg L解析度 0 1mg L精确度 0 4mg L 21 常规五参数及其自动检测技术 4 电导率电流通过横截面积各为1cm2 相距1cm的两电极之间的电导 1 电导率的测定原理 9 5 22 常规五参数及其自动检测技术 电阻率 的倒数为电导率 以k表示 9 6 由公式9 6可知 当已知电导池常数Q 测出水样的电阻R后 即可算出电导率 23 常规五参数及其自动检测技术 2 电导仪水样的电导率用电导仪或电导率仪测定 电导仪由电导池系统和测量仪器组成 电导池是盛放或发送被测溶液的容器 分类 平衡式电导仪 电阻分压式电导仪 电流测量式电导仪 电磁诱导式电导仪等 24 常规五参数及其自动检测技术 平衡电桥式电导仪其原理如图9 6所示 Rx 电导池 和R1 R2 R3组成四个桥臂 当电桥调至平衡时 则下式成立 9 7 25 测量时 调节R1 使电桥输出端AB间电压减小至零 由平衡指示器得知 则电桥达到平衡 故从R1的刻度盘上可以读出被测溶液的电阻 Rx 或电导 Gx 26 常规五参数及其自动检测技术 5 浊度浊度是指水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度 浊度的大小与悬浮物的量及粒径等因素有关 浊度并不能直接表示水中杂质的含量 但与它是相关的 目前国际上广泛使用福尔马肼 j ng Formazin 溶液作为浊度的基本标准 该溶液的浓度即浊度 单位为NTU FTU 27 常规五参数及其自动检测技术 1 测定方法及原理浊度常用的测定方法有目视比浊法 分光光度法和浊度计法 分光光度法适用于饮用水 天然水和高浊度的水 最低检测浊度为3度 目视比浊法适用于饮用水和水源水等低浊度的水 最低检测浊度为1度 28 常规五参数及其自动检测技术 浊度计测定法浊度计一般用于水体浊度的连续自动测定 根据丁道尔效应可知散射光强度与水中浊度成正比 在一定条件下 将水样的散射光强度与相同条件下的标准参比悬浮液 福尔马肼溶液 的散射光强度比较 即可得水样浊度 浊度仪由光源 一般为钨灯 样品池 光电检测器和读数装置组成 29 常规五参数及其自动检测技术 2 浊度监测仪 工作原理 从光源射入溢流水面的光束被水样中的颗粒物散射 其散射光被安装在测量槽上部的光电池接收 转化为光电流 30 常规五参数及其自动检测技术 2 同时 通过光导纤维装置导入一部分光源作为参比光束输入到另一光电池 图中未画出 两光电池产生的光电流送入运算放大器运算 并转换成与水样浊度呈线性关系的电讯号 用电表指示或记录仪记录 3 仪器零点可用通过过滤器的水样进行校正 量程可用标准溶液或标准散射板进行校正 31 常规五参数及其自动检测技术 TSS型浊度计 采用标准的红外散射光检测技术在线测量污水浊度 仪表能够自动补偿电压波动 器件老化 温度变化以及污泥颜色的变化 提供长期可靠的测量结果 此外 传感器带超声波自清洗功能 可以实现仪表的自动定时清洗 32 6 COD的检测化学需氧量 ChemicalOxygenDemand 简称COD 是指水体中能被氧化的物质在规定的条件下 指特定的氧化剂 温度及反应时间 进行化学氧化所消耗的氧化剂的量 以每升水消耗氧的毫克数表示 单位为mg L 1 测定方法及原理测定COD的传统分析方法常用重铬酸钾法 CODCr 和高锰酸盐指数法 CODMn 33 1 重铬酸钾法样品中的有机物质在50 硫酸溶液中于回流温度 165 C 下被重铬酸钾氧化 2小时 以硫酸银作催化剂 加硫酸汞以除去氯化物的干扰 过剩的重铬酸盐以邻菲洛啉作指示剂 用标准的硫酸亚铁铵滴定 根据实际消耗的重铬酸钾的量 计算水样的化学耗氧量 Cr2O72 14H 6e 2Cr2 7H2OCr2O72 14H 6Fe2 6Fe3 2Cr2 7H2O 34 2 快速消解分光光度法在试样中加入已知量的重铬酸钾溶液 在强硫酸介质中 以硫酸银作为催化剂 经高温消解后 用分光光度法测定COD值 当试样中COD值为100 1000mg L 将三价铬的吸光度换算成试样的COD值 当试样中COD值为15 250mg L 将总吸光度值换算成试样的COD值 35 2 COD自动监测仪技术原理 重铬酸钾法 高锰酸盐指数法 总有机碳换算法 氢氧基 臭氧 氧化 电化学测量法 紫外分光光度法 254nm 36 1 重铬酸钾消解 分光光度测量法在一定条件下 重铬酸钾的Cr6 被水样中的有机物还原成Cr3 从而引起水样颜色的改变 而颜色的改变程度与样品中有机化合物的含量成线性相关关系 检测系统通过检测水样在波长540nm处吸光度的变化量 换算后将样品的COD值直接显示出来 37 2 基于总有机碳 TOC 换算法的在线分析仪水体中TOC的分析技术已经较成熟 TOC值与COD和BOD值具有相关性 只需乘上一个系数就可给出另一种数据 38 3 基于氢氧基 臭氧 氧化 电化学测量法的在线分析仪德国Elox100型分析仪在过电压下 电极 PbO2 在水中电解氧气产生羟基OH 待测溶液中的有机物消耗电极周围的羟基 使得电极又不断产生新的羟基 新羟基的形成在电极系统中产生电流 若将氧化电极 工作电极 的电位保持恒定 那么工作电极的电流强度与有机物浓度及它们在氧化电极的氧化剂 羟基 消耗量成一定的关系 仪器根据此电流值自动换算出COD值 39 Elox100型分析仪的组成如图9 12所示 其主元件为测量室 测量室中有3个电极组件 分别为工作电极 参比电极和计数电级 用于样品传输的小型电动泵 阀门 管道及用于对样品传输进行控制 结果显示和外围设备通讯的内部计算机 40 4 基于紫外分光光度法 254nm 的在线分析仪各种不饱和有机物对波长254nm的紫外光有很大的吸收效应 而对可见光却吸收甚微 测定污水水样对UV254的吸收值 通过UV值与COD值之间的线性关系式可换算出水样中有机污染物的含量 41 3 几种COD分析仪的比较从分析性能上讲 在线COD仪的测量范围一般在10 或30 2000mg L 因此 目前的在线COD仪仅能满足污染源在线自动监测的需要 难以应用于地表水的自动监测 从仪器结构上讲 采用电化学原理或UV计的在线COD仪的结构一般比采用消解 氧化还原滴定法 消解 光度法的仪器结构简单 并且由于前者的进样及试剂加入系统简便 泵 管更少 所以不仅在操作上更方便 而且其运行可靠性也更好 42 从维护的难易程度上讲 由于消解 氧化还原滴定法 消解 光度法所采用的试剂种类较多 泵管系统较复杂 因此在试剂的更换以及泵管的更换维护方面较烦琐 维护周期比采用电化学原理的仪器要短 维护工作量大 从对环境的影响来讲 重铬酸钾消解 氧化还原滴定法 或光度法 或库仑滴定法 均有铬 汞的二次污染问题 废液需要特别的处理 而UV计法和电化学法 不包括库仑滴定法 则不存在此类问题 43 44 第二节污水处理工艺仪表 以A A O工艺为例 45 一 工艺流程 A A O工艺主要构筑物有 粗格栅及提升泵房 细格栅及沉砂池 生化池 含厌氧 缺氧和好氧 沉淀池 消毒池 污泥贮池 污泥脱水间 鼓风机房及变配电间等 工艺流程如下图 46 二 检测点的设置 根据处理工艺的需要 需在工艺流程的关键环节设置一定数量的检测点 以保证处理工艺的实现和设备的正常运转 为实现污水处理厂的全自动控制提供条件 各工艺构筑物检测点设置如下 1 粗格栅及提升泵房a 液位差计 检测粗格栅前后液位差值 测量信号传送至PLC ProgrammableLogicController 站 据此值控制粗格栅的启动 停止 47 b 液位计 检测提升泵房的水位 测量信号传送至PLC站 根据水位的测量值控制提升泵的启动 停止以及工作泵的数量 由于污水中杂质较多 因此该类仪表应选择非接触式测量仪表为好 如超声波液位计等 48 2 细格栅及沉砂池液位差计 检测细格栅前后液位差值 测量信号传送至PLC站 据此值控制细格栅的启动 停止 同样该类仪表应选择非接触式测量仪表为好 49 3 生化池a 厌氧段和缺氧段 1 DO 溶解氧 检测仪检测厌氧段和缺氧段的溶解氧含量 控制污泥回流流量 确保厌氧和缺氧工况的正常运行 测量信号传送至PLC站 50 2 氧化还原电位计测量厌氧段和缺氧段的氧化还原电位值 150mV 控制污泥回流流量 为污泥反硝化和磷的释放提供良好的反应条件 确保生物除磷 脱氮的效果 测量信号传送至PLC站 3 PH计 测量进水的PH值 测量信号传送至PLC站 甲烷菌要求pH在6 8 7 2之间 51 b 好氧段 1 DO 溶解氧 检测仪检测好氧段的溶解氧含量 控制鼓风机的频率 从而改变曝气量 确保好氧工况的正常运行 测量信号传送至PLC站 2 污泥浓度计检测好氧段污泥浓度 检测生化系统的运行情况 测量信号传送至PLC站 52 4 消毒池a COD在线检测仪在线检测出水COD值 将信号传送至PLC站 并远传至政府管理部门 方便厂部和政府部门对污水厂运行状态监管 b PH计检测出水的PH值 并将信号传送至PLC站 53