水污染源自动监测设备

1、水污染源自动监测设备,2,目 录,污染源仪表综述 COD 铬法、TOC等 氨氮气敏电极法、光度法等 采样器 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。,4,济南污染源项目现场,5,COD 在线分析仪,UV有机物在线分析仪,比色法 氨氮在线分析仪,气敏电极法 氨氮分析仪,TOC分析仪,便携流量计,采样器,COD,铬法COD 燃烧氧化法（TOC）,COD背景知识,COD ？,化学需氧量(Chemical Oxygen Demand)是指水体中易被强氧

2、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,经典原理的全新应用,COD测量经典原理,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175C。 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

3、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 ) mercury sulfate,重铬酸钾(K2Cr2O7) potassium dichromate,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(H2 SO4 ) sulfuric acid,硫酸银(Ag2SO4 ) silver sulfate,氯离子干扰的抑制剂或隐蔽剂,铬法COD使用的试剂,11,主 要 参 数,

4、测试量程： 105,000mg/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。,经典原理的应用,消解系统 取样系统 定量系统 校准清洗 监测系统 安全面板,13,消解系统,采用强氧化剂和高温175C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 。,活塞泵取样系统,创新采用活塞泵 替代传统的蠕动泵 不与样品和试剂直接接触，维护量少，可靠性提高。

5、 不挤压泵管，不需经常更换泵管，降低运行成本。,15,光学定量系统,光学定量水样/试剂，提高定量精度，在关键因素上保证了测试的准确性。,16,校准清洗,仪器内置三档量程。 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。,17,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

6、测试结果。,-完善的自我监测系统, 保障系统的正常运行以及人员和环境的安全。,18,安全面板,由于仪器内部有强酸、剧毒液体和高温（175C）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,19,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MODUBUS RS485，可选PROFIBUS， 可

7、实现双向通讯和远程控制 。,20,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,试剂,24,接入试剂,重铬酸钾,硫酸,零点标准液,硫酸汞,标准液,25,拆除安全面板,26,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,27,操作软件,仪器的所有功能都由软件控制。通过显示屏右边的4 个功能键和4 个图形键进行操作。,如果用户按住F1-F4 键中的任一个键保持3秒钟，显示屏就会从测量状

8、态切换到主菜单界面.,TOC,Total organic carbon (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

9、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,紫外氧化法的限制,水中TOC浓度过高时，当浓度超过一定得限度，则TOC分析仪无法测出其浓度，甚至无法测出超量程结果，而是读出一个较低的测量结果。,31,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

10、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。 特点： 连续分析，不间断的测量模式保证监测无盲点,TOC在线分析仪,大面积燃烧炉，延长维护周期、防止管路堵塞 简单的样品分配系统 被动式冷却系统，避免了复杂的热管理 实用、专利的高温反应系统 工业应用设计，适用恶劣环境 先进的诊断功能用于分析仪保护 符合ISO 8245, EN 1484, EPA 415.1或标准方法5310 B.,33,仪器分析流程图,34,大体积燃烧炉,方便维护和维修 延长保养周期(3个月以上),35,水样与试剂接口,36

11、,技术指标,测量范围：0-25至20000mg/L 检测下限：0.1 mg/L 准确度： 5% 符合ISO 8245, EN 1484, EPA 415.1或标准方法5310 B.,37,连续分析,反应时间:8min(连续分析) 可有效监测各时间点TOC 的变化，不会有盲点,38,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/L TOC 酸溶液：0.2 M HCl（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,39,维护保养,COD原理对比,41,氨氮,比色法氨

12、氮分析仪 气敏电极法氨氮分析仪,比色法氨氮在线分析仪,测量原理：比色方法； 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,44,逐出瓶： NH 4+ + OH - NH3 + H2 O 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+ NH 4+ 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

13、们就可以计算出样品中铵根离子的浓度 。,原理,45,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,46,技术指标,注意：比色法测量氨氮最低检测限为0.2mg/L。,47,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 创新的气相、液相转换技术；使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

14、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,48,应用领域,与 FILTRAX 样品预处理装置连用，用在污水处理厂的曝气池和最终沉淀池； 与超滤装置(ultrafiltration)或类似装置连用，用在污水处理厂的主沉淀池或者入口处。 用在工业水处理过程中的氨氮监测和分析。,49,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0.05 to 1000 mg/L 新型号仪器测量下限可达0.02 mg/L 快速响应 t90 小于 5 分钟 测量周期5120分钟可选 自动清洗 2点自动校

15、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,51,氨氮：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。,52,技术指标（超低量程）,量程 (NH4-N) 0.02 to 5.00 mg/L 最低检测限 0.02 mg/L 精度 1 mg/L: 3% 0.02 mg/L 1 mg/L: 5% 0.02

16、 mg/L 重复性: 3% 0.02 mg/L 响应时间 (T90): 0.02 to 0.2 mg/L:，进行3 次测量，最短时间: 15 min 0.2 to 5.00 mg/L:，进行1 次测量，最短时间: 5 min,53,仪器维护,54,试剂更换,55,采样器,56,概 述,采样器分类： 根据使用场合和使用类型的不同，可分为三种：便携式采样器、冷藏式采样器和全天候式采样器。 便携式采样器：主要特点是方便携带，采样准确和方便，适用于经常需要野外采样的应用场合。 冷藏式采样器：主要用在现场固定使用，内置制冷机，可以在超时和腐蚀的环境下正常工作。 全天候式采样器：可以用在几乎任何室内及室外

17、场合，无需外罩，可以抵抗恶劣的天气条件和腐蚀气体的影响。,57,采样器的应用领域,直接排放口市政和工业领域：符合美国NPDES法规对于排放到美国水体中的排放要求，EPA强制要求对主要污染物进行24小时复合采样，并且对于BOD和COD参数，需要将水样保存在4。 工业废水监测市政预处理：监测非直接排放口或排放到市政管网收集系统中的排放者。 暴雨和环境采样进行暴雨研究是为了确定、消除或减少来自工业和市政暴雨排放的污染物含量。法规要求采样分析，通过对每次暴雨排放的流量、流速进行评估和分类，可以监测TMDL项目的质量。 实验室：从直接排放口和非直接排放口中收集样品。此外，很多城市也会自己采样，进行自有实

18、验室分析。 污染源监控：监测直接排放口是否符合排放法规（污染源）。,58,采样原理,操作原理 采样器采用液位检测器测量采样管口是否有液体以及其传输速度。 通过这个信息可以计算泵需要运行多长时间才能获得一定体积的样品。当采样源的垂直高度发生变化时，传输速度可能会发生变化，控制器就可以检测这种变化。 为了满足USA EPA的采样要求，样品的搜集速度必须不能低于2英尺/秒，温度必须保持在4。,59,使用过程,标准采样步骤 预清洗 在每个采样周期开始的阶段，蠕动泵会反向操作，清空入口管路。 03次润洗 在采集样品以前，采样器最多可以编程进行三次润洗。 采集样品 当润洗周期结束时，泵会改变方向并通过管路

19、将样品抽上来。 重复采样 后续清洗 样品采集完以后，泵会回到采样口管路位置。,60,采样过程,一旦采样失败，会重新尝试采样 当样品体积太小，不能收集样品时，采样器可以重复尝试采集样品。采样器通过编程设置，最多可以重复三次尝试。如果经过一定次数的尝试以后，仍然无法获取样品，采样器将会记录这次无效采样。,61,采样器维护,泵管更换 传统采样器，每月更换 新型采样器，每年更换 干燥剂更换 视使用环境而定 采样瓶保养,62,流量计,63,利用水工结构物测量明渠流量,通过水力约束可以导出流量 流量与一种简单的测量参数间存在数学关系 堰：V型堰、矩形堰、梯形堰 水槽 管嘴 文丘里管 管道 渠道,64,V型

20、堰,65,堰侧视图,66,梯形堰,67,矩形堰,68,矩形堰,69,水槽,Parshall 巴歇尔水槽 Palmer-Bowlus Leopold-Lagco H-Flume,精度 理想条件下+/- 2-5% ，加上测深设备的精度,70,巴氏水槽,71,Palmer Bowlus 水槽,72,Leopold-Lagco 水槽,73,面积流速法,流量=平均流速截面面积 流速：机械式流速仪、超声波流速仪、电磁流速仪 截面面积： 通过水位间接测量：压力水位计、气泡水位计、雷达水位计、超声波水位计 计算：经验公式、数值模拟,74,传统流速仪,75,超声波测量技术,融合了超声波测流、超声波和压力测水位、

21、数值模拟等当代先进技术于一体的流量测量方案,流速测量：多普勒原理,Christian Doppler (1803-1853) 奥地利数学家,低音和高音,多普勒效应,声波在传输过程中遇到障碍物，其反射波的频率会发生偏移，偏移的程度与障碍物的移动速度有关。,多普勒频移,79,便携式超声波流量计,完美检验过的探头安装方向用于测量正前方的流速 集成压力单元可直接测深、浅水中也可使用 小巧轻便的手持终端，并带有键盘接口和图形显示界面， 可显示实时数据 通过按部就班的向导很方便进行野外使用 集成数据控制功能以便实现精确测量 4MB 内存 简单的数据回顾软件，用于数据回顾和处理 自动根据国际标准计算流量（EN ISO 748，USGS标准） 不同的数据导出接口 可充电电池组，连续使用超过20 小时,80,81,尺寸 直径