引言

石油化工生產(chǎn)中，會產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，為響應(yīng)國家環(huán)保的政策要求，必須對工業(yè)廢水進行處理達

標(biāo)后方可排放，減輕工業(yè)廢水對生態(tài)環(huán)境的危害和影響。隨著科學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，在線檢測分析儀表在水處理工藝中的應(yīng)用具有自動化特點，不僅檢測功能強大、應(yīng)用廣泛，而且效率高、響應(yīng)快，方便維護管理。針對常規(guī)的在線檢測分析儀表在石油化工水處理工藝中的應(yīng)用進行技術(shù)探討。

 

1水處理中檢測分析儀表的主要類型

水處理工藝的波動會對水中的流量、液位、酸堿度、濃度、溫度、壓力造成影響。為了及時掌握上述參數(shù)的變化，相應(yīng)研制出流量計、液位計、pH測定儀、濃度測定儀、溫度計、壓力計等。測量參數(shù)不同，工作原理也不同，但在儀表的組成上具有共同點，大多數(shù)是由傳感器、變送器、顯示器等部分組成[1]。

 

2自動檢測分析儀表在石油化工水處理中的應(yīng)用

 

2.1流量計

流量計用于測量被測介質(zhì)的流量，簡單來說就是測量明渠或管道內(nèi)的流體流量。按照工作原理，常見的流量計分為差壓式、液面式、超聲波式、電磁式等類型。以電磁流量計為例，采用電磁感應(yīng)原理，根據(jù)導(dǎo)電流體通過外加磁場時產(chǎn)生的電動勢測定流量，可知電磁流量計的精度高、無壓損、水路形式優(yōu)；測量時不受流體密度、黏度、溫度、壓力、電導(dǎo)率變化的影響；根據(jù)電磁流量計工作環(huán)境，選擇合理的傳感器襯里和電極材料，確保襯里和電極材料具有較強的耐腐蝕性和耐磨損性。污水處理工藝中，污水調(diào)節(jié)罐入口管道處使用電磁流量計時，需定期清理電磁流量計兩端的磁極，確保磁極不被污水中的雜質(zhì)附著上，便可測量出進入污水調(diào)節(jié)罐的流量。規(guī)范安裝電磁流量計后，操作人員根據(jù)污水調(diào)節(jié)罐入口流量變化值，從而判斷處理了多少污水的總量。而且，電磁流量計具有安裝使用簡單、后期維護工作量較小等優(yōu)點。

 

2.2液位計

液體在容器中的高度是液位，測量液位的儀器就是液位計。根據(jù)不同原理，常見的液位計分為差壓式、靜壓式、吹氣式、浮子式、超聲波式等類型，性能比較如表1所示。

 

以超聲波式液位計為例，測量中由傳感器發(fā)出超聲波脈沖，聲波達到液體表面后反射，接收器接受反射信號并轉(zhuǎn)化為電信號，通過計算聲波發(fā)射和接收的時間差計算液位值。超聲波式液位計測定液位時精度良好，不接觸液體表面、測量范圍廣，幾乎適用于各種液體；具有干擾回波的抑止功能，具有較強的抗干擾能力，能保證測量數(shù)據(jù)的真實性；且超聲波式液位計價格低、體積小、重量輕、使用壽命長，具有較高的性價比。但需注意的是超聲波式液位計有盲區(qū)，安裝時必須計算預(yù)留出傳感器安裝位置與測量液體之間的距離。水處理工藝中，在調(diào)節(jié)罐頂部安裝超聲波式液位計，能對水位進行實時監(jiān)控，并將測定數(shù)據(jù)傳輸至DCS控制器上，進行數(shù)據(jù)分析、處理和存儲，方便操作人員根據(jù)測定結(jié)果調(diào)整工藝參數(shù)。

2.3pH測定儀

pH計用來測定水溶液的酸堿度，pH計測量是以電極電位法為原理的在線pH測定儀，由檢測器和變送器兩部分構(gòu)成。原理是當(dāng)被測溶液流過檢測器時，兩電極和被測溶液形成化學(xué)原電池。原電池的兩個電極間產(chǎn)生電動勢，該電勢的大小和被測溶液的pH成對數(shù)關(guān)系，計算氫離子濃度的負對數(shù)，即可得到pH值。不同級別pH測定儀，測試準(zhǔn)確度也有差異。

 

pH測定儀使用時電極是關(guān)鍵，技術(shù)要點如下：

(1)電極插座保持干燥清潔，不能接觸有害氣體或水溶液；(2)不測量時，需防止儀器損壞；(3)新電極或長時間不用的電極，用前在蒸餾水中浸泡，減小電極內(nèi)阻；(4)測量時，將電極球泡全部浸入到水中。水處理工藝中，一般pH測定儀浸入式安裝，例如安裝在氧化池的出口溢流槽內(nèi)，此處檢測點的pH值具有代表性，而且水流平穩(wěn)，能得到更為準(zhǔn)確的測定結(jié)果。

 

2.4濃度測定儀

以污泥濃度計為例，能測定污水廢水中的懸浮物濃度，不論是對活性污泥進行評估，還是處理過程的不同階段，亦或是凈化處理后的廢水，均能得到準(zhǔn)確的測定結(jié)果。污泥濃度計的原理是：傳感器發(fā)射紅外光源，污水吸收、反射、散射后，僅有一部分光線到達檢測器上，計算光源的透射率即可得到污泥濃度。

 

污泥濃度計有變送器和傳感器兩部分組成。其中，傳感器可安裝在池內(nèi)、排水管、壓力管道中，因具有自動補償功能，可消除污染引起的干擾；具有空氣清洗功能，根據(jù)設(shè)定時間自動定時清洗，可降低維護工作量。水處理工藝中，曝氣池內(nèi)的污泥濃度是一個重要參數(shù)，直接影響污水處理效果。傳統(tǒng)測量方法的誤差較大，難以對污泥濃度進行及時準(zhǔn)確控制。應(yīng)用較為廣泛的哈希污泥濃度計LXV.328.99.10002防爆型浸入式探頭在測量時，將其安裝在曝氣池、沉淀池、濃縮池、回流渠等部位。基于雙光源八光束相互補償技術(shù)下，采用波長860nm的紅外脈沖光線，兩個光源同時工作能保證測量準(zhǔn)確穩(wěn)定，還能消除光窗粘污造成的測量誤差、以及排除鏡面污染、溫度和水中顏色的干擾；精確度達到±0.01FNU/NTU，不僅提高了測量可靠性，而且減少了維護工作量。

 

2.5溶解氧測定儀

溶解氧測定儀的工作原理是：水中的氧透過隔

膜后被工作電極還原，產(chǎn)生的擴散電流和氧濃度成正比，測定電流經(jīng)計算即可得到溶解氧的濃度。該儀器攜帶和使用方便，完全防水；運行時功耗低，且功能齊全，符合GLP要求。另外，目前使用的溶解氧測定儀可存儲800組數(shù)據(jù)，包括樣品號、日期、溫度、溶解氧測定結(jié)果等，存儲間隔時間在5～60s之間可調(diào)，安全性高、不易丟失。

 

在水處理工藝中，基于活性污泥法進行OOC改良后，在曝氣池內(nèi)圈出好氧區(qū)，通過增加污水中的氧含量使污染物通過活化泥漿被分解出來，達到污水凈化的目的。安裝溶解氧測定儀時必須安裝規(guī)范，其測量范圍是0.05～10.00mg/L，即可對水中的溶解氧濃度進行實時監(jiān)控，并將結(jié)果傳輸至控制系統(tǒng)中心。在PLC的程序設(shè)定中，當(dāng)實測濃度值低于設(shè)定值時，系統(tǒng)發(fā)出指令，鼓風(fēng)機啟動向曝氣池內(nèi)充氧；當(dāng)實測濃度值超過設(shè)定值時，系統(tǒng)發(fā)出指令，鼓風(fēng)機自動停止運行。在曝氣池內(nèi)，精準(zhǔn)控制水中溶解氧的濃度，既能滿足好氧菌群的需求，提高菌群的生化能力；又能降低能耗，延長設(shè)備的使用壽命。

 

3手工監(jiān)測和自動監(jiān)測的結(jié)果比較

3.1實驗方案

為了比較手工監(jiān)測和自動監(jiān)測的結(jié)果，突出自動檢測分析儀表的優(yōu)勢。本研究選取某石油化工企業(yè)的6個廢水排放點作為采樣點，在每個采樣點，同一指標(biāo)使用3臺型號相同的設(shè)備采集數(shù)據(jù)，即每個指標(biāo)有18組數(shù)據(jù)。監(jiān)測指標(biāo)包括氨氮(NH3-N)、總磷(TP)、化學(xué)需氧量(COD)、酸堿度(pH)。自動監(jiān)測時，使用在線監(jiān)測儀進行布點檢測，滿足《水污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)(CODCr、NH3-N等)安裝技術(shù)規(guī)范》要求。手工監(jiān)測時，每月隨機選取4天，對采集的樣本進行檢測，要求送檢時間6h以內(nèi)。分別采用納氏試劑分光光度法、鉬酸銨分光光度法、重鉻酸鹽法、玻璃電極法，嚴(yán)格按照規(guī)范要求操作。同時，設(shè)置空白平行測試、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測試等質(zhì)控方案，以保證手工監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

 

3.2操作方法

3.2.1實驗要求

非常好，自動監(jiān)測時，外界溫度、濕度、電流、電壓等因素均會影響設(shè)備監(jiān)測結(jié)果，對此在采集點采取恒溫、恒濕、防電頻干擾等措施。第二，在反應(yīng)溫度上，結(jié)合實測結(jié)果設(shè)置在58～62℃之間。第三，合理設(shè)計不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，以NH3-N為例，比對實驗結(jié)果顯示，選用11個標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進行檢驗，反應(yīng)溫度的穩(wěn)定性好、副反應(yīng)少，采集的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。第四，在每個采樣點，每月進行4次采樣手工監(jiān)測，并和相同時間段的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進行比較。第五，自動監(jiān)測設(shè)備均具有自我校準(zhǔn)功能，標(biāo)準(zhǔn)曲線至少標(biāo)定6個點，相關(guān)系數(shù)R≥0.999。

 

3.2.2相對誤差計算

每次采樣時，手工監(jiān)測和自動監(jiān)測數(shù)據(jù)為一組，每個采樣點能得到48組數(shù)據(jù)，計算兩者的相對誤差(RE)方法如公式(1)所示：

式中：X1為自動監(jiān)測結(jié)果；X2為手工監(jiān)測結(jié)果。RE值越接近0，說明相對誤差越小；RE值越接近1，說明相對誤差越大。

 

3.3結(jié)果分析

進行為期1年的監(jiān)測，統(tǒng)計數(shù)據(jù)并計算相對誤差，分析可知：(1)pH數(shù)據(jù)的RE值均為10%以內(nèi)，NH3-N、TP、COD數(shù)據(jù)的RE值在15%以內(nèi)占比分別是84.73%、91.32%、90.28%；(2)分析自動監(jiān)測結(jié)果誤差原因可能有：引入的反應(yīng)試劑多，反應(yīng)條件復(fù)雜，反應(yīng)時間長；污水廢水的預(yù)處理不到位；儀器設(shè)備本身存在精度問題等；(3)依據(jù)《國控地表水自動監(jiān)測治理管理規(guī)定》，自動監(jiān)測設(shè)備測定的NH3-N、TP、COD、pH指標(biāo)，相對誤差控制在±15%以內(nèi)即為合格，因此本次實驗證實自動監(jiān)測設(shè)備得到的測定結(jié)果具有可靠性，如表2所示。

 

在石油化工企業(yè)的廢水排放點采樣，對NH3-N、TP、COD、pH四項指標(biāo)進行手工監(jiān)測和自動監(jiān)測，結(jié)果顯示對比合格率分別是84.73%、91.32%、

90.28%、100%，滿足規(guī)范中的要求，說明自動監(jiān)測設(shè)備得到的測定結(jié)果具有可靠性。

4自動檢測分析儀表的發(fā)展方向

隨著生物、化學(xué)、信息技術(shù)的進一步發(fā)展，自動檢測分析儀表的發(fā)展方向是：(1)高精度。自動檢測分析儀表體積小，要想提高測量精度，主要從以下方面入手：一是更新微型計算機，二是升級軟件和程序，三是采取抗干擾措施。(2)網(wǎng)絡(luò)化。在信息技術(shù)的支持下，自動檢測分析逐漸形成網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，將水處理的每一個環(huán)節(jié)整合起來，并且融入到企業(yè)生產(chǎn)運營管理中。(3)智能化。自動檢測分析儀表的智能化，體現(xiàn)在運行速度快、體型更小，不僅能提高工作效率，而且人機互動性不斷改善，更符合實際檢測工作的要求[2]。

 

5結(jié)語

綜上所述，石油化工企業(yè)在水處理工藝中通過對比手工監(jiān)測和自動監(jiān)測結(jié)果，表明自動監(jiān)測設(shè)備得到的測定結(jié)果具有可靠性。未來，自動檢測分析儀表向著高精度、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展，在石油化工行業(yè)的應(yīng)用前景廣闊，以實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的發(fā)展目標(biāo)。