水质在线分析仪表设计选型

水质在线分析仪表设计选型（化工厂污水处理站）
根据最新标准和法规要求，化工污水处理工程应与化工工程同时设计、同时建设、同时投入使用。

以某天然气制乙二醇项目为例，该污水处理站是本项目的公用工程装置之一，用于处理全厂综合污水(含消防事故排水和污染雨水)、循环水站排污水、脱盐水站排污水和全厂生产污水。

水质在线分析仪能实时监测水质变化，给工艺操作提供实时准确的指导。

1 工艺流程概况
1.1 污水处理站组成
污水处理站工艺装置主要由粗格栅及提升泵站、匀质池、事故池、生化池、二沉池、出水提升泵站、风机房等组成。

1.2 工艺流程概述
项目各装置的全厂压力流生产污水、循环水站排污水和脱盐水站排污水通过压力管道输送至污水处理站的匀质池。

当全厂生产污水(压力流)水质变化较大时，将其通过阀门切换至匀质池内的调节池暂时储存，待来水恢复正常时，再由泵少量均匀地从调节池内提升至匀质池。

全厂生活污水自流进入粗格栅及提升泵站的集水井内。

全厂综合污水(重力流，含初期污染雨水、消防事故排水、地坪冲洗水等) 可通过全厂排水管线的溢流井依次进入粗格栅及提升泵站、全厂事故水池和事故池。

污水处理站内溢流、放空水也自流进入事故池，经泵少量均匀提升后送至匀质池。

全厂事故水池的污水经人工确认后由泵少量均匀提升后送至匀质池。

生活污水、生产污水在匀质池混合和均匀水质后通过分配井进入生化池。

生化池内设有鼓风曝气系统，将进水中的大部分有机污染物进行生物降解。

生化池出水自流进入二沉池，经固液分离后上清液进入出水监测池，出水监测池设有水质在线检测仪表(CODcr、NH3-N、TN、TP和pH) ，水质合格时经水泵提升排入园区污水处理站，水质不合格时回流进污水处理站前端进行再处理。

简要处理流程图见图1。

出水水质工艺指标为CODcr: ~500mg/L；NH3-N: 25mg/L；TN: 35mg/L；TP: ~4mg/L；pH: 6.5~8.5。

图1 厂区污水处理流程
2 在线分析仪选型
根据污水出水水质工艺指标，分别选用CODcr分析仪、氨氮分析仪、总氮分析仪、总磷分析仪和pH分析仪进行在线测量。

2.1 COD分析仪选型
化学需氧量(COD)作为一个综合指标，COD值为特定条件下水体中所有可氧化物质的总和。

氧气作为氧化剂时，它表示物质被氧化所需的耗氧量。

化学需氧量是废水中有机物浓度的定量指标，也是一个重要的水质指标，是污染等级计算的基础。

COD分析仪按测量原理可以分为CODcr分析仪和CODuv分析仪。

因UV法测量COD值不在环保部门认证范围内，故选用CODcr分析仪。

2.1.1 CODcr分析仪测量原理
CODcr法基于GB 11914-89标准。

分析仪试样泵将经预处理后的试样滤液传送至反应器中，因试样中的氯离子可被氧化，从而干扰COD的测量，故加入硫酸除去试样中的干扰氯离子。

去除氯离子后，加入重铬酸盐试剂，改变试样中的有机物浓度，在硫酸银的催化作用下，重铬酸盐将有机物氧化成CO2，重铬酸盐试剂的固有颜色发生变化，根据试剂颜色变化，采用光度比色法系统确定试剂消耗量，并由此计算出水样中的COD 值。

2.1.2 CODcr分析仪参数
根据水质的工艺指标，分析仪测量范围可以选择为: 0~1000mg/L，最大测量误差: 满量程±10%，最小测量周期可为25min且测量周期可手动设定，实际使用中建议每周维护一次，分析仪负载容量可以按220VAC，5A考虑。

建议在进行UPS选型设计时，将需要使用UPS的大型分析仪的用电量考虑在内。

输出信号为4~20mA，而且可以选择RS232-C或者Modbus485数据接口用于传输数据至数据采集仪。

一般多台分析仪表的数值可以通过通信或硬接线的方式集中到一台数据采集仪，数据采集仪通过GPRS或者光纤传输数据至当地环保部门。

2.2 氨氮分析仪选型
污水经生化分解后的有机氮化合物将转换成为铵盐，当水体的pH值升高后，铵盐将转化为有毒的氨气，从而打破系统的化学平衡。

通常自然水体中不含氨气，当水中的氨浓度增高，意味着水体已经被污染，因此铵盐是水质监测的一个重要指标。

另外细菌在氧气作用下将铵盐转化成亚硝酸盐，并进一步氧化成硝酸盐，因此硝化作用极易对水体中的氧平衡产生负面影响。

2.2.1 氨氮分析仪测量原理
分析仪试样泵将部分预处理后的试样滤液传送至混合容器中，试剂泵中加入特定比例的反应试剂。

试剂同试样发生化学反应，反应结束后试样显现为某一种特定颜色。

针对这一特性，采用光度比色法进行定量分析。

反应变色后的试样吸收特定波长的发射光，光度计检测试样对特定波长发射光的吸光度，吸光度与试样中特定成分的浓度成比例关系，而且光度计在恒温条件下工作，化学反应时间短，具有可重现性。

此外，通过测量参比光的吸光度，确保得到精准的测量结果，参比信号用于补偿浊度、污染和LED光源老化导致的测量误差。

2.2.2 氨氮分析仪参数
根据水质的工艺指标，分析仪测量范围可以选择为: 2~80 mg/L，最大测量误差: 满量程±2%，最小测量间隔时间一般为30min且测量周期可手动设定，实际使用中建议每月维护一次，分析仪负载容量建议按220VAC，5A考虑。

输出信号为4~20mA，而且可以选择RS232或者Modbus485数据接口用于传输数据至数据采集仪。

2.3 总氮分析仪选型
水中的总氮含量是衡量水质的重要指标之一，总氮包含有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮。

过量的总氮会导致微生物和藻类等水生生物大量繁殖，水体污秽异臭。

因此总氮在线分析仪有助于评价水质被污染和自净状况。

2.3.1 总氮分析仪测量原理
基于GB 11894-89标准，分析仪试样泵将部分预处理后的试样滤液传送反应室经碱性过硫酸钾氧化，将水样中的氨氮、亚硝酸盐氮及大部分有机氮化物氧化为硝酸盐，生成硝酸钾后可以采用偶氮比色法、离子光谱法、气相分子吸收法以及紫外分光光度法进行测定。

就目前成熟在线总氮分析仪来说，大多采用紫外分光光度法测定其吸光度，通过放大器放大后，信号传输至控制系统并进行数据处理。

2.3.2 总氮分析仪参数
分析仪试样泵根据水质的工艺指标，分析仪测量范围可以选择为: 0~100mg/L，最大测量误差: 满量程±10%，最小测量周期可为45min且测量周期可手动设定，实际使用中建议每月维护一次，分析仪负载容量可以按220VAC，5A考虑。

输出信号为4~20mA，而且可以选择RS232或者Modbus 485数据接口用于传输数据至数据采集仪。

2.4 总磷分析仪选型
磷是天然水体的主要成分，而在污水中主要以磷酸盐出现。

适当含量的磷酸盐对动植物必不可少，但是过量磷酸盐将导致不良后果，水样中营养成分的增加会造成某些特定植物的非理性生长，因此总磷是水质监测的一个重要指标。

2.4.1 总磷分析仪测量原理
基于《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》GB 11893-89，水样进入反应室，在高温下经强氧化剂的氧化分解，将水样中各种形态的磷转化为正磷酸盐，在酸性条件下，正磷酸盐与钼酸铵等反应，生成磷钼杂多酸，被还原剂抗坏血酸还原。

生成蓝色络合物，在特定范围内，该络合物的色度与总磷的含量成正比。

采用光源向样品发射光线，部分光线被样品中的物质吸收，对特定波长的吸收是某种物质的特性，且吸光度与某种物质浓度成正比。

应用到总磷分析仪，采用钼蓝法分析检测试样中蓝色络合物吸收特定波长光线的光线长度，并由此测定总磷浓度。

2.4.2 总磷分析仪参数
根据水质的工艺指标，分析仪测量范围可以选择为: 0~10mg/L，最大测量误差: 满量程±10%，最小测量周期可为40min且测量周期可手动设定，实际使用中建议每月维护一次，分析仪负载容量可以按220VAC，5A考虑。

输出信号为4~20mA，而且可以选择RS232或者Modbus 485数据接口用于传输数据至数据采集仪。

2.5 pH分析仪
pH值是液体介质酸度和碱度测量单位。

pH电极浸没于试液后，电极玻璃膜上生成电化学电位，电位值取决于介质的pH值。

将pH电极通过专用数据电缆与相应变送器连接，变送器基于能斯特方程可以将测量电压转换成相应的pH值。

pH电极使用特定的安装支架可以安装在管道/设备上或水池内。

水质在线监测分析仪的选型设计对检测污水处理过程的效果至关重要，而且将监测数据上传至当地环保部门也是许多项目环评报告的要求，通过合适的选型设计可以准确测量处理后的水质状况，从而为工艺操作提供及时的信息指导。