1、 第二章 給排水自動化儀表與設備 典型水質檢測儀表典型水質檢測儀表 水質自動監測系統水質自動監測系統 檢測技術基礎檢測技術基礎2.12.22.4可編程控制儀表可編程控制儀表2.5執行設備執行設備2.6工作參數在線檢測儀表工作參數在線檢測儀表2.32.2 典型水質檢測儀表2.2.1pH值檢測儀表pH值是最常用的水質指標之一。他表示水的酸堿性的強弱，而酸度和堿度是水中所含酸或堿物質的含量。2.2.1.1pH測量原理 pH=-lg 常用電極電位法常用電極電位法原理原理電極電位的原理是用兩個電極插在被測量溶液中，其中一個電極為指示電極（如：玻璃pH電極），他的輸出電位隨被測溶液中的氫離子活度變化而變化

2、；另一個電極為參比電極（如：氯化銀電極）其電位是固定不變的。上述兩電極在溶液中構成了一個原電池，該電池所產生的電動勢E的大小與溶液的pH值有關，可以用E=EE=E* *-D.pH-D.pHE測量電池產生的電動勢E*測量電池的電動勢常數（與溫度有關）pH溶液的pH值D測量電極的相應極差（與溫度有光）組成組成根據電極電位法原理構成的pH測量系統，都由發送器（即電極部分）和測量儀器（如變送器等）兩大部分組成。由發送器所得的毫伏信號經由測量儀表放大只是其pH值。該發送器所得的毫伏信號實際上是由指示電極、參比電極和被測溶液所組成的原電池的電動勢pH是氫離子活度的負對數，其中p只是表明離子和變量之間有一種

3、指數相關的數學關系。2.2.1.2 復合pH電極結構結構如右圖響應響應FpHpHRTSEEss/ )(303. 2復合pH電極便于安裝、標定與使用。當電極插入被測溶液中后，就形成了測量電池系統。復合電極的響應為：2.2.1.3 pH測量儀表組成組成包括pH計和pH變送器（工業pH計），它們兩者在功能和結構上的差異在于是否具有信號隔離作用。工業在線檢測用的pH裝置，必須使用具有信號隔離作用的pH測量儀表，否則造成顯示不穩定，使誤差增大?；疽蠡疽笾饕夹g指標主要技術指標u儀表的輸入阻抗 要保證測量誤差小于千分之一，儀表輸入阻抗以大于測量電池內阻 （即pH電極內阻）的999倍。u儀表輸入電流

4、 pH測量儀表的輸入電流不得大于110-12A。u儀表的穩定性 是一項綜合性指標，儀表不穩定將影響讀數的準確度和重現性。 對穩定性要求高。u儀表的測量范圍及分辨率 測量范圍0-14pH,高精度的pH計的分辨率可以達到0.001pH；工業現場使用的在線pH變送器，分辨率大都為0.01pH或0.1pHu儀表的信號隔離及信號輸出 工業現場中使用的pH測量儀表，必須具有信號隔離功能及信號輸出遠傳能力。 u計量特點：高輸入阻抗、低輸入電流，高穩定性，低漂移，低顯示誤差；u調節特點：要求有零點（定位）調節，斜率（靈敏度）調節，溫度補償調節和等電位點調節。u使用性能，要求有pH顯示，信號隔離和電流或電壓信號

5、輸入。調節功能調節功能u零點（定位）調節 校正電極的零點漂移通常零點補償范圍應不小 于60mV。u斜率（靈敏度）調節 電極的斜率與理論斜率有一定的偏差，且隨著電極的使用和老化，斜率不斷發生變化，為保證測量的準確性，pH測量儀表的斜率補償范圍應不小于理論值的90%-105%u溫度補償調節 一般溫度補償范圍為0-60，特殊場合要求-20-120u等電位點補償 在非等溫環境中測量pH，若想測量準確，必須使用具有等電位點調節的儀表。2.2.1.4 pH測量儀表的改進（1）新型溫度補償pH測量儀表種類：種類：手動和自動溫度補償兩種，另外還有“敏感膜電阻對數溫度補償法”原理：原理：改變放大器增益或模數轉換

6、器的輸出。自動溫度補償通常是由鉑或鎳熱電阻與pH電極一起置于被測溶液中，被測溶液溫度改變，將引起該熱電阻阻值變化，已達到自動補償的目的。自動補償由于電極溫度與熱敏電阻溫度很難達到平衡，所以補償誤差較大。敏感膜電阻對數溫度補償法的原理：利用pH玻璃電極內阻（膜電阻）的對數幾乎都正比于溫度的倒數這個特點盡管各電極之間電阻不同，但其溫度系數大致都是0.006pH/。因此若能對pH電極內阻加以測量，就可以換算出pH電極敏感球泡的工作溫度，從而進行高精度溫度補償。（2）智能化的pH測量儀表智能化的pH測量儀表控制器的核心是一個微型數據處理器（CPU）。2.2.2 電導率檢測儀表電導率是水質監測的常規項目

7、之一。電導度（電導）：電導度（電導）：是電解質溶液的導電能力的強弱。水的電導率：水的電導率：是指電流通過橫截面積個位1cm2，相距1cm的兩電極之間水 樣的電導。電導率的影響因素：電導率的影響因素：離子的性質和濃度、溶液的溫度和黏度等。作用：作用：測定水和溶液的電導，可以了解水被雜質污染的程度和溶液中所含鹽分或其他離子的量。2.2.2.1測定方法及原理一般，溶液的電導使用測量電阻的方法來測定的。根據歐姆定律，在溫度一定時，電阻與導體的長度（電極間的距離）成正比，與導體的截面積成反比，則有L-電極間的距離A-電極的截面積-電阻率（成為比電阻），表示兩電極間距離為1cm、電極截面為1cm2的體積內

8、溶液的電阻值。ALQSQALSk 電導率（也稱比電導，與溶液的性質有關-1.cm-1） 則Q是電導池常數，又叫電極常數（cm-1）對于特定的電導率儀有確定的電極常數。根據此電極常數和在此條件下測得的溶液的電導，便可算出溶液的電導率。由此可見，只要測得溶液的電阻便可知道溶液的電導，實際上測量電導的儀器就是測量電阻的儀器。2.2.2.2 電導儀組成：電導池系統和測量儀器根據測量電導的原理不同，電導儀可分為：u平衡電橋式電導儀u電阻分壓式電導儀u電流測量式電導儀u電磁誘導式電導儀等2.2.3 2.2.3 溶解氧檢測儀表溶解氧檢測儀表溶解氧：溶解在水中的分子態氧。他是水生生物的主要生存條件之一。溶解氧

9、的含量與大氣壓力、水溫及含鹽量等因素有關。2.2.3.1測定方法及原理測定方法：碘量法 修正碘量法氧電極法清潔水可用碘量法。受污染的地表水和工業廢水采用碘量法或氧電極法用硫代硫酸鈉滴定釋放出來的碘現場取樣時，溶解氧的固定實驗室測定，加硫酸溶解氫氧化物沉淀，并析出碘（1）碘量法在水中加入硫酸錳和堿性碘化鉀，水中的溶解氧將二價錳氧化成四價錳，并生成氫氧化物沉淀。加酸后，沉淀溶解，四價錳又可氧化碘離子二釋放出與溶解氧量相當的游離碘。以淀粉為指示劑，用硫代硫酸鈉標準溶液滴定釋放出的碘，可算出溶解氧含量水V10008VM=）mg/L，O2（DO（2）修正碘量法1)疊氮化鈉修正法 當水樣中含亞硝酸鹽會干擾

10、碘量法測定溶解氧，這時可以采用疊氮化鈉將亞硝酸鹽分解后再用碘量法測定。 當水中三價鐵離子含量較高時，也會干擾測定，可加入氟化鉀或用磷酸替代硫酸酸化來消除這種干擾。測定結果：M硫代硫酸鈉標準溶液濃度（mol/L）V滴定消耗硫代硫酸鈉標準溶液體積（ml）V水水樣的體積（ml）8氧換算值2）高錳酸鉀修正法適用于水樣中含大量亞鐵離子，不含其它還原劑及有機物的情況。用高錳酸鉀氧化亞鐵離子，消除干擾。生成的高價鐵用氟化鉀掩蔽。電極法測溶解氧的優點：電極法測溶解氧的優點： 不受水樣色度、濁度及化學滴定法中干擾物質的影響 快速便捷，適用于現場測定，易于實現自動連續測量注意：注意： 水樣中含有藻類、硫化物、碳酸

11、鹽、油類等物質時，會使薄膜堵塞或損壞，應及時更換薄膜。2.2.3.2溶解氧檢測儀表在水質連續自動監測系統中，廣泛采用隔膜電極法測定水中溶解氧。有兩種隔膜電極： 原電池式隔膜電極 極譜式隔膜電極極譜式隔膜電極使用中性內充溶液，維護簡便，適用于自動監測系統中。該儀器設有清洗裝置，定期自動清洗粘附在電極上的污物。 溶解氧連續自動測定原理1-隔膜式氧電極;2-熱敏電阻;3-發送池 2.2.4濁度檢測儀表濁度：濁度： 所含雜質如果溶解于水中（雜質的粒徑在10-6mm以下，成離子和低分子狀態時），將不影響水的透 明度。若雜質顆粒大于10-6mm，則會影響水的透明度，造成光學的綜合現象，使人視覺上呈有渾濁的

12、印象。對這一光學現象的度量指標就是濁度。 出廠水的濁度降低， 水中的細菌也按比例下降。 濁度是關系水質衛生安全的重要參數。2.2.4.1濁度的測定方法和基本原理原理：光電光度法原理與濁度有關的光學現象有：u光能被吸收。是光線折射透過水樣后的亮度有所減弱。u水中懸濁物顆粒尺寸大于照射光線的半波波長時，則光線被反射。若此顆粒為透明體，則將同時發生折射現象。u顆粒大小小于照射光線的半波長時，光線將發生散射（或稱漫反射、衍射）因此，當射入試樣水的光束強度固定時，透過水樣后的光束強度或散射光的強度將與懸濁物的成分、濃度等形成函數關系。根據比爾-朗伯定律和雷萊方程式，有如下函數式：透射光度的強度 散射光強

13、度：通過光電效應又可將光束強度轉換為電流的大小，用以反映濁度。2.2.4.3濁度儀的分類按所測濁度范圍的高低：u 低濁度儀u 中濁度儀u 高濁度儀按表達示數的方式：u 指針指示式u 數字計數式u 自動記錄式按用途不同：u 實驗室用（間歇式）u 過程監控用（連續式）u 高溫或高壓用途等等等按照濁度測定方法來分類是最為常見的,可分為：u透射光測定法u散射光測定法u透射光和散射光比較測定法u表面散射光法2.2.4.4 濁度儀的基本構造及特點（1）透射光測定法透射光式濁度儀目前已較少采用。原理：射入液槽的平行測定光束，通過水樣受到衰減后到達受光部的光電池或光電管。當液槽通過流動的水樣時，則成為連續測定

14、型的儀器。特點：結構簡單，測定范圍廣，可測定高濁度； 液槽窗口易被污染，可采用自動清洗措施； 干擾多，穩定性差； 光束穿過水樣全部長度，受水樣色度的影響大； 儀器線性差，嚴重影響儀表的各項品質指標。（2）散射光測定法原理：來自光源的光束投射到試樣水中，由于水中存在懸濁物而產生散射，這一散射光的強度與懸浮顆粒的數量和體積（反映濁度情況）成正比。按照測定散射光和入射光的角度不同，可以分為：u 90散射光式u 前散射方式u 后散射方式特點：特點： 有測定窗 散射光法比透射光法能夠獲得較好的線性，檢測感度可以提高（達到0.02NTU以上） 色度影響較小 測量低濁度效果明顯（低濁度儀多采用散射光法）當前

15、使用的濁度儀主要是基于散射光法測定。國際通用的濁度標準也是一這類濁度儀為基礎制定的。（3）透射光和散射光比較測定法原理：同時或交替測定透射光和散射光的強度，求出二者之比值來表示濁度的方法。規律： 若水中沒有懸浮雜質，則全部的射入光線都能透射而沒有散射，濁度即為0。 對于有濁度的水樣，散射光強度I1將隨濁度增大而成比例地提高；透射光強度I2將反比例地縮小，由于兩者向相反的方向差動，其比值 I1/I2會有較大的變化率. 可提高靈敏度，感度可達到0.005NTU。優點： 可以把散射光和透射光的光路做成相等，因而水樣色度影響??； 由于使用同一光源和I1/I2的數學式，補償了電源變動、光源劣化及環境干擾

16、的影響； 窗口接觸污染的影響也相對減?。?）表面散射光測定法方法：把試樣水溢流，往溢流面照射斜光，在上方測定散射光的強度來求出濁度。優點： 無測定窗污染 線性好 色度影響小于散射光法 測量范圍廣 在各種取樣流量的范圍內都能使用 可以用標準散射板進行校正，日常校正時不需要標準液缺點： 雜質分布不均勻就會造成誤差原理：如圖P932.2.5生化需氧量（BOD）檢測儀表生化學氧量：是指在 有溶解氧的條件下，好氧微生物在分解水中的有機物的生物化學氧化過程中所消耗的溶解氧量。2.2.5.1測定方法和原理方法： 五天培養法； 檢壓法； 庫倫法； 微生物電極法等（1）五天培養法 在20條件下培養5天，求出培養

17、前后水樣中溶解氧含量，兩者的差值即為BOD5，若未超過7mg/L,則培養前不必稀釋，可直接測量。（2）檢壓法 將水樣置于裝有一個以CO2吸收劑小池的密閉培養瓶中，當水樣中的有機物被微生物氧化分解時，消耗的溶解氧則由氣體管中的氧氣補充，產生的CO2被吸收池中的吸收劑吸收，結果導致密閉系統內的壓力降低，用壓力計測出壓力降低值來求出水樣的BOD值，在實際測量中，先用葡萄糖-谷氨酸標準溶液校正壓力計，即可從壓力計直接讀出水樣的BOD值。（3）庫倫法 庫倫法是在檢壓法的基礎上發展起來的一種BOD檢測技術。與檢壓法不同的是，庫倫法中微生物氧化分解有機物所消耗的氧由電解產生的氧氣來供給和補充。（4）微生物電

18、極法 微生物電極是一種將微生物技術與電化學檢測技術相結合的傳感器。 主要由溶解氧電極和緊貼其透氣膜表面的固定化微生物。原理：原理：當將其插入恒溫、溶解氧濃度一定的不含BOD物質的底液時，由于微生物的呼吸活性一定，底液中的溶解氧分子通過微生物膜擴散進入氧電極的速率一定，微生物電極輸出一穩態電流；如果將BOD物質加入底液 中，則該物質的分子與氧分子一起擴散進入微生物膜，因為膜中的微生物對BOD物質發生同化作用而耗氧，導致進入氧電極的氧分子減少，并在幾分鐘內進入新的穩態值。在適宜的BOD物質濃度范圍內，電極輸出電流降低值與BOD物質濃度之間呈線性關系2.2.5.2BOD監測儀 微生物膜電極BOD測定

19、儀程序控制器水樣濾網溢流槽微電流放大器空氣泵記錄儀數據處理裝置恒溫水浴磷酸鹽緩沖液傳感器標準液 標準液 清洗水定量泵12庫侖法庫侖法BOD監測儀監測儀中 繼 電 路恒 電 流 源積 分 回 路記 錄 儀電 磁 攪 拌 器硫酸銅溶液電 解 槽壓力計試樣恒溫瓶CO 吸 收 劑22.2.6 COD檢測儀表化學需氧量(COD)：是指水樣在一定的條件下，氧化1升水樣中還原性物質所消耗的氧化劑的量，以氧的mg/l.表示。2.2.6.1測定方法和原理 重鉻酸鉀法 酸性高錳酸鉀法 其他測定方法（密封管法、比色法、氧化還原電位法、滴定法及恒電流庫倫法）2.2.6.2COD監測儀COD自動測定儀的原理是將化學法測定COD的程序自動化、儀器化。庫侖式COD測定儀高錳酸鉀指數自動監測儀器 在線在線 cod監測儀2.2.7紫外吸收檢測儀表 紫外可見分光光度法是選一定波長的光照射被測物質溶液，測量其吸光度，再依據吸光度計算出被測組分的含量。計算的理論根據是“吸收定律”，即朗伯比爾定律。、 朗伯比爾定律：是指當一束平行單色光通過均勻、非散射的稀溶液時，溶液對光的吸收程度與溶液的濃度及液層厚度的乘積成正比，即：A=KCL K-比例系數2.2.8 TOC檢測儀表總有機碳TOC是以碳的含量表示水中有機物質總量的一項綜合項指標，單位為mg C/L。2.2.8.1測定方法和原理方法：燃燒氧化-