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在线水质分析仪表选型导向之二

编辑:jierde  来源:  时间:2016-02-10

接上篇【在线水质分析仪表选型导向之一】

3 在线水质分析仪的应用

流程工业中,水可以运用到以下几个方面:首先是作为生产过程中的原料、溶剂,是工业生产物料的一部分,这部分水随不同的工艺要求,会有不同的水质要求;其次是水作为生产过程的能量转化或交换媒介,为作功机械或发电机提供能量,或直接以蒸汽的形式为工艺过程提供热量,也可以是通过蒸发或换热将生产过程中产生的多余的能量带出装置;也会作为一种生产加工的辅助介质,用于分离及净化,如汽提、水洗等操作。当然用过的水会因不同的工艺特点,造成水质劣化,甚至会变成污水,对污水的处理及对处理后的水的重复利用,是当前企业中节能减排的一个重要手段。
在水的各应用场合,在线水质分析仪对不同工艺过程的水质的变化进行监测,为不同的水处理过程提供用于供应、运行和排放的参考数据,或通过水质分析结果来判断生产过程、产品品质是否符合预定的条件与规格。在线水质分析仪也是根据不同工艺、不同用水特点对仪器进行设计与配置,以适合所要求测量条件与范围,并且根据具体的应用场合,来配置相应的附件。以下是流程工业中,几种典型的在线水质分析仪的应用情况:
1)原水处理:原水一般是企业从当地的水源引来的水,这些水需要经过预处理才能进入企业内部的工业水处理系统。原水处理过程与市政水处理基本相同,主要是除去天然水体中存在的悬浮物及胶体物质等杂质,同时会对水的酸碱度及硬度有一定的处理作用,以达到后续水处理单元的进水水质要求。基本处理过程见图7-1所示。在这个处理过程中,由于要加入絮凝剂对悬浮物及胶体杂质进行沉淀处理,所以需要调节合适的絮凝pH范围,并通过浊度检测来差别絮凝沉淀过程的进行及对过滤后水质洁净程度的监测。处理后的水根据下一工序的需要,决定是否加入消毒剂及加入的浓度,以保证处理后的水在输送过程中保持水质稳定清洁。

在原水处理阶段,根据不同水质和处理要求,需要检测以下这些指标:浊度、pH、溶解性固体(电导率)、碱度、硬度、有机物、氨氮、硝氮、污泥浓度、残余氯或二氧化氯、总有机碳(TOC)等。对于一些特殊要求的水,可能还会检测氟化物、总铁、化学需氧量(COD)等指标。
2)纯净水处理:流程工业的运行操作中,会在许多地方用到纯净水,并且这些用水单元对水质有着不同的要求,其中锅炉用水占了很大的比例,在一些无机化工过程中,也会大量使用纯净度高的水。制备纯水一般会采用离子交换方式,有时也会根据原水水质情况,在初级净化阶段采用膜法处理,而在精制水阶段采用离子交换方式。纯净水制备的基本流程如图7-2 所示,在不同的企业或行业,也会将纯净水制备过程叫化学水处理,甚至会根据所制备的纯净水的应用叫做锅炉给水处理、软化水处理或脱盐水处理。

在不同的纯净水处理阶工段,会根据水处理过程中水质的变化情况,特别是水中溶解性的无机离子变化情况,对水质指标进行检测,以判断水处理效果和水处理设备运行状态。由于水的净化过程中,水处理设备的组件或材料会因水中杂质的影响而造成效率降低甚至失效,在实际运行操作过程中,会依据水质变化情况和运行情况,对水处理设备进行清洗和再生等操作,以恢复水处理效果,清洗及再生过程中会采用一定浓度的酸或碱溶液对水处理设备进行处理,检测这些酸或碱的浓度可以为清洗或再生操作提供参考数据。
对于纯净水处理过程,首先会对进水的水质情况进行检测,一般会检测以下指标:电导率、硬度、pH、浊度和残余氯。当采用阳离子树脂床和阴离子树脂床对水进行初级净化时,由于不同性质的树脂床所除去的无机离子不同,水质变化是有一定规律的,并且可以通过树脂床出水指标,来监测水质变化情况,并判断和引导树脂床的再生操作过程。阳离子树脂床出水,会因水中阳离子被氢离子所置换,pH值会有所降低,而钠离子浓度可以标志着阳离子树脂床的负载程度及预期失效情况。残余的阴离子被阴离子树脂床吸附,因中和了水的酸性,电导率大幅度下降,pH值达到中性,同时阴离子树脂床出水中的硅酸根离子浓度变化标志着阴离子树脂床的负载与失效情况。当水经过混合离子树脂交换床后,水中残存的可电导物质几乎没有了,水的电导率会降低到很低的水平,甚至会低于1μS/cm,电导率这样低的纯水在检测其水质指标时,均需要考虑采用低量程和低电导率的检测器。
对于一些应用纯水的场合,可能还会出于保证装置安全或消除腐蚀隐患的要求,加入一些辅助水处理剂,如除氧剂、阻垢剂等,这种加剂操作一般是在水进入用水设备前进行,并需要设置专用的水质分析仪进行浓度监测。
3)循环冷却水处理:这是在流程工业中所使用的水的累积量中最大的,并且整个循环冷却水系统几乎会连通到企业的所有装置。由于循环水的用量大,水质变化也较复杂,为防止循环冷却水在工厂管线及设备中运行时产生结垢、腐蚀、或滋生微生物,通常会在水中加入一定量的化学水处理剂,以保证水质的稳定性。循环冷却水的运行方式分封闭式循环和敞开式循环,封闭式循环一般应用于发电机组、内燃机组中,而敞开式循环则广泛运用于流程工业的生产运行装置中,以换热、保温等形式出现在生产装置的不同工段和设备中间。循环冷却水处理的基本流程如7-3图所示。

循环冷却水的指标一般是根据整个系统运行特点,结合加入的水处理剂的类型与加入量来决定所检测的水质指标的内容与范围的。对于封闭式循环冷却水系统,一般采用水质非常好的纯净水,只加入少量增加水质稳定的处理剂。而敞开式循环冷却水系统,则会根据水质变化情况,要加入阻垢剂、缓蚀剂、消毒剂等,同时还需要加入适量的酸或碱以调节水的pH值在合适的范围。
循环冷却水处理过程中,会主要用到以下在线水质分析仪:硬度、碱度、pH、电导率、浊度、总磷/磷酸根、有机物含量(采用紫外吸取方式(UV)或总有机碳方式(TOC)测定),余氯或二氧化氯等。由于循环冷却水在运行中,水中的盐会逐渐积累,从而导致氯离子浓度升高,而水中的氯离子是对许多不锈钢部件的造成腐蚀的因素之一,所以近年来对循环冷却水中的氯离子浓度也提出监测的要求。
4)蒸汽和凝结水品质监测:流程工业中,大量生产运行装置使用蒸汽用于热源给物料进行加热,或作为动力驱动介质进行发电或直接做功,为重型机械提供原动力。为保证产品品质和做功机械的安全平稳运行,就要求所提供的蒸汽要达到一定的品质,另一方面由于蒸汽冷却形成的凝结水,相对于其他工艺用水的洁净程度高,具有很大的重复利用价值而需要进行回收,所以在流程工业当中,对蒸汽和凝结水的品质监测对企业效益和节能减排具有重要意义。
对于蒸汽品质监测,主要是对蒸汽中可能会夹带的少量钠离子和硅酸根离子进行检测,以评估蒸汽管线及做功机械部件上可能结垢的倾向;同时也需要对蒸汽中可能存在的微量氧进行检测,以防止金属部件在高温下产生腐蚀。
凝结水可能来自于不再生产操作装置,在运行过程中可能会由于装置内的物料渗漏对凝结水造成污染,也可能会由于一些管线机件的腐蚀产生污染,而判断凝结水的水质是否符合回收及重复利用的因素,通常会根据以下几个指标来判断:水的电导率,用于判断凝结水中存在无机离子的相对量;总有机碳(TOC),用于判断凝结水中有机物的污染程度。另外,也可能根据不同的工艺特点,选择有针对性的凝结水水质检测方式。对于凝结水中有机物污染,以往有一个误区,认为都是水中油。虽然水中的油(主要指矿物油或石油及其产品)是一个水质污染的主要指标,但由于许多油在高温及蒸汽的作用下,可能会发生一些化学变化,从而转化成溶解于水中的非烃类有机物,这些有机物一般不具有油的性质,但仍然是有机物,所以这时以水中总有机碳来判断凝结水的有机物污染程度,更有普遍的代表性。
由于蒸汽和凝结水可能会处于较高温度与压力下,特别是对蒸汽品质检测时,对样品实行适当的降温减压处理是必须,一是保证样品能够顺利检测,二是使操作维护人不致受到高温和高压样品的伤害。
5)废水和污水处理:任何流程工业中,不同生产运行装置都会产生不同特点的废水和污水(以下统称废水),这些废水中会因加工过程中物料及副产物的进入,使水中含有不同种类的污染物,甚至是对环境产生毒害的物质。对这些废水的有效处理,是保证环境和生命安全的重要措施。一个大型的流程工业项目,在建设初期就必须考虑生产运行当中所产生的污染物,特别是水质污染对环境造成的影响。
流程工业中的废水,由于其加工工艺和原料及辅料的种类不同,对水造成的污染情况与市政污水的污染情况有很大差别,这些差别体现在以下几个方面,同时也是流程工业废水的几个明显特点:1)有机污染物和油类的污染明显。这是由于许多流程工业的加工过程中,大量使用多种有机物,特别是石油及其制品作原料,来生产其他生产或生活所需要的有机物制成品。2)毒害性化合物污染明显。这些主要包括溶解或悬浮于水中的硫化物、氮化物、有机氯化物、氰化物、氟化物、重金属及一些毒害性元素的化合物。这些毒害性化合物中,有些可以随着时间及水质自净化过程慢慢转化成低毒或无害的物质,但有些却是永久性的污染,如汞、镉、砷、铅等重金属。3)酸性和碱性废水。这类废水由于其明显的腐蚀性和不稳定性,往往是采用分别收集处理的方式,但这些废水中可能也会同时含有毒害性化合物,在处理过程中需要根据废水特点及处理工艺的需要,对废水的一些指标进行针对性检测。
在许多工业企业,由于其他废水的特殊性,往往不会直接排入市政的污水废水系统,而是在企业内部根据这些废水的特点,先进行针对性的处理,达到一定排放指标后,才能进入市政的废水系统。而应用于工业废水监测用的在线水质分析仪,需要针对废水的特性进行选择与配置,部分检测指标还需要根据产生废水的工艺及物料情况,选择合适的检测原理和方法。由于环保法令的要求而对废水排放进行实时监测。
6)中水回用:由于水资源的紧缺和企业环保意识的提高,对于一些经过处理后的废水进行再利用,会给企业带来一定的经济效益和社会效益,中水回用充分体现了这一点。中水回用的处理过程,会因回用的目的及用途不一样而采取不同处理方法与处理深度。对于一些水资源紧缺的地区,为减少自然水体的取用量,往往对企业排放的废水进行深度处理,处理后的水质可以达到循环冷却水的补水要求,甚至更进一步处理达到锅炉给水的水质要求。而对于水资源相对丰沛的地区,处理后的中水则一般用于环境景观用水,如绿地植物浇灌、水生动植物放养池塘等。
对于中水回用的深度处理过程,在线水质分析仪应用点较多,结合所处理的水的特点和出水水质要求,选择相应的检测指标,并配置相关的分析仪器

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