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在线水质分析仪器及其应用技术的发展之二

编辑:jierde  来源:  时间:2016-02-15

在线水质分析仪器的发展
进入21世纪以来,由于水资源短缺、水环境污染的问题日益严重,水工业同时迎来了水资源费上涨、饮用水水质标准提高、废水排放标准更加严格以及用水量及用水人口增加、水价上涨等诸多挑战和机会;在法规的压力和市场的推动下,淘汰粗放式的水处理及用水模式,采用更加先进的过程控制系统以提高水处理效率、降低水处理及用水成本就成为了水工业的必然选择;与此同时,水处理工业所涉及的过程控制系统中的关键设备-在线水质分析仪器及技术也得到了快速发展,仪器的稳定性与可靠性有了很大提高、可以实现在线监测的水质参数越来越多、在线水质分析仪器的功能也越来越强大。国际标准化组织(ISO)在2003年制定了代号为ISO15839-2003的标准《水质在线传感器/分析设备-水质规范和性能测试》,标准定义了在线水质分析仪器的性能特征,建立了评估及测定性能特征参数的测试程序,这个通用性标准给在线水质分析仪器的研发、生产及验收提供了依据,从而为水工业行业,以在线水质分析仪器为基础的过程控制系统的进一步充分应用提供了技术上的可靠保证。
在线水质分析仪器研发及制造技术的发展情况
在线水质分析仪器的发展主要表现为在线分析仪器研发制造技术和在线水质分析仪器的应用技术两个方面:在研发及制造技术方面,随着现代高科技技术的迅速发展,特别是分析化学、材料科学以及包括计算机技术和通讯技术在内的系统工程成套自动化技术的发展,在线水质分析仪器的自身性能得到了极大提高,能实现在线检测的水质参数也不断的增加。
首先,目前的在线水质分析仪器在控制器的功能上普遍具有了自动运算、统计、图形显示、趋势分析等数据处理功能;同时,仪器一般具有自动诊断、故障报警功能,方便仪器运行及维护人员及时发现和解决仪器的问题;现在采用通用控制器也已经成为趋势,同一种型号的控制器可以同数十种传感器连接,由此给仪器生产企业和使用者两方面都带来了好处:仪器制造厂家可以实现控制器的大批量生产,取得规模效益;同时通用控制器降低了仪器技术服务的复杂程度,也可以降低仪表生产厂家的服务成本;带给在线分析仪器使用者的好处也是显而易见的:在保证水处理工艺工程正常运行的同时,可以减少水质分析仪器零备件的库存压力;通用控制器也让操编辑减少了学习的时间,可以更快更熟练的掌握仪器的使用及维护,提高生产效率;同时,新型的“数字化”传感器可以被通用控制器自动识别,具有“即插即用”功能,极大的减轻了安装维护人员的劳动强度。世界水质分析仪器市场上重要的制造商美国哈希企业自2003年首次推出这种具有通用型控制器的在线水质分析仪器及新型“数字化”传感器以来,获得了市场的广泛认同,短短几年时间,又生产出了数十种“数字166 化”传感器,对在线水质仪器的发展和应用起到了很大的推动作用。
另外,对于一些需要复杂样品前处理的水质参数(如总磷、总氮、COD等),仪器都配置有成套的样品预处理系统,在内置的微处理器控制下,可以自动完成水样过滤、高温、高压消解等一系列操作,极大的加快了分析速度,降低分析人员的劳动强度。在通讯及数据传输方面,RS232、RS485以及Profibus、Modbus等现场总线技术也在在线水质分析仪器上得到了普遍应用,为实现水质监测数据的实时传输及水处理过程的自动控制提供了支撑。最近,哈希企业还推出了具有远程诊断功能的SC1000型在线水质分析仪器通用控制器,一旦连接上GSM等通讯模块,厂家的技术人员可以完成对仪器的远程配置、诊断及App升级,非常方便。
其次,流动注射分析技术的发展和应用,使得仪器分析时间大大缩短;②同时,一些新的分析化学技术的的应用,让能实现在线监测的水质参数比以前扩展了许多,目前在环境监测及水处理工艺中常用的水质参数有:PH、电导率、溶解氧、浊度、SiO2、磷酸盐、硬度、碱度、铜离子、氟离子、硫化物、水中油、氨氮、硝氮、总磷、总氮、CODCr、CODMn、TOC、钠离子、SDI等;一些仪器还具有多参数同时测量的功能;最近还发展出以阳极溶出伏安法为原理的重金属在线监测仪器,可以测量大量的重金属离子,测定灵敏度可达到μg/L级③;在电厂纯水测量等场合,在线离子色谱仪也开始得到应用。
另外,随着材料科学的发展,在线水质分析仪器传感器的环境适应性也得到了提高,具体的例子有:PH电极的最高工作温度范围不断提高;可以耐受高强度核辐射的溶解氧和溶解氢探头在核电厂得到了普遍的应用等,据不完全统计,已经有超过500台的这种在线溶解氧和溶解氢分析仪被安装在核电厂水系统中;近年来还出现了一种新型的荧光法溶解氧分析仪,这种仪器不同于传统的溶解氧分析仪,采用全新的一种不同于传统电化学分析原理的荧光测量原理,无需更换电解液,维护需求最小,不会发生电极中毒;同时传感器材质采用惰性的聚丁烯合成橡胶,同水样接触的探头其他部分采用耐腐蚀的316不锈钢,可以耐受废水中硫化氢、硫化物、重金属、油污染,在诸如石化废水等非常恶劣和复杂的废水中都可以长时间正常使用。仪器用于监测废水中的溶解氧,可以实现废水曝气的自动控制,达到节能和环保的目的。

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