第二章-在线监测仪器原理与操作

第二章在线监测仪器原理与操作重点与难点本章为全部教学的一个重点章重点：了解水质在线监测系统和仪器的原理、操作方法和维护注意事项难点：各种仪器的操作方法1自动监测系统（1）了解自动监测系统的分类及其优缺点；（2）掌握自动监测系统的设计思路及对监测结果的影响；（3）掌握自动监测系统的基本分析原理及对监测结果的影响；（4）掌握自动监测系统的操作使用；（5）掌握自动监测系统分析曲线的标定。1自动监测系统（1）自动监测系统的分类及其优缺点什么是水质在线自动监测系统（定义）？1自动监测系统v自动在线监测的功能系统具有监测项目超标及子站状态信号显示、报警功能自动运行功能停电保护功能；来电自动恢复功能远程故障诊断，便于例行维修和应急故障处理等功能。1自动监测系统v自动在线监测的意义（目的）可以实现水质的实时连续监测和远程监控，达到及掌握主要流域重点断面水体的水质状况;预警预报重大或流域性水质污染事故;解决跨行政区域的水污染事故纠纷;监督总量控制制度落实情况、排放达标情况等目的。1自动监测系统v自动在线监测的分类地表水质自动在线监测系统污染源水质自动监测系统1自动监测系统地表水质自动在线监测系统的组成：1）采水单元；2）配水单元；3）分析单元；4）控制单元；5）子站站房及配套设施1自动监测系统v污染源在线自动监控（监测）系统v由对污染源主要污染物排放实施在线自动监控（监测）的自动监控监测仪器设备和监控中心组成污染源自动监控。系统从底层逐级向上可分为现场机、传输网络和上位机三个层次。上位机通过传输网络与现场机交换数据、发起和应答指令。1自动监测系统（2）自动监测系统的设计思路及对监测结果的影响自动监测系统的设计包括哪几个方面？监测站位、采样方式、监测项目、分析方法、监测频次、监测设备选型、数据传输方式等监测项目分为常规监测项目和特殊监测项目，区分：目的确定1自动监测系统v系统分析方法的选择v应以国家标准方法为主，其他方法为辅；首先应考虑方法的可靠性和稳定性，其次再考虑方法的先进性性和实现的成本。分析方法的选择对监测结果影响最大，不同方法之间存在较大差异，为了便于对比，应尽量选择国标方法。1自动监测系统v自动监测设备的选择v原则：质量好、售后好、运行成本低、分析方法标准1自动监测系统v自动监控设备两种构成方式v监测设备选型是关系到自动监测系统的可靠性和准确性，一台（套）现场机集自动监控（监测）、存储和通讯传输功能为一体，可直接通过传输网络与上位机相互作用。现场有一套或多套监控仪器、仪表，监控仪器、仪表具有模拟或数字输出接口，连接到独立的数据采集传输仪，上位机通过数据采集传输仪实现数据交换和收发指令。1自动监测系统（3）自动监测系统的基本分析原理及对监测结果的影响在自动监测系统中在线监测仪器是监测系统中的核心部分，对监测结果影响最大。在线监测仪器从分析原理上分，常用的分析方法有：化学光度法、化学滴定法、电化学法（电极法）、燃烧法等1自动监测系统v自动监测系统分析曲线的标定标定的方法是：在量程范围内，用监测仪器测量已知浓度的标准物质，然后将标准物质浓度和电信号作为数据对存储下来，通过测量不同浓度的标准物质，可以得到不同的数据对，这些数据对就可以拟合为一条工作曲线。2COD标准分析方法仪器设备重铬酸盐法了解重铬酸盐法的原理，掌握光度比色法各种仪器原理，性能及操作和维护方法；电化学氧化法了解基本原理，掌握电化学氧化法COD分析仪工作流程，性能及操作维护方法；了解相关系数法。2COD标准分析方法仪器设备vCOD自动在线监测仪分类：COD自动在线监测仪根据氧化方式的不同，可以将水质COD自动在线监测仪器分为两大类，即采用重铬酸钾氧化方式，和采用非重铬酸钾氧化方式。2COD标准分析方法仪器设备重铬酸钾氧化方式重铬酸钾消解-光度测量法重铬酸钾消解-库仑滴定法重铬酸钾消解-氧化还原滴定法2COD标准分析方法仪器设备v重铬酸钾消解-光度测量法v水样进入仪器的反应室后，加入过量的重铬酸钾标液，用浓硫酸酸化后，在150℃条件下回流30min（或催化消解，或采用微波快速消解15min），反应结束后，用光度法测量剩余的Cr（Ⅵ）（600nm）或反应生成的Cr（Ⅲ）（440nm）。2COD标准分析方法仪器设备v光度法仪器可分为：v（1）程序式v（2）流动注射式2COD标准分析方法仪器设备v（1）程序式v原理：混合液在165℃条件下经过一定时间的回流，水中的还原性物质与氧化剂发生反应，氧化剂中的六价铬被还原成三价铬，混合液颜色发生变化。通过光电比色把三价铬的增加量转换为电压变化量。通过测量变化的电压量，计算得出COD值。2COD标准分析方法仪器设备v主要性能指标量程测量误差重现性误差最小测量周期2COD标准分析方法仪器设备v流动注射分析（FIA）式其基本原理是试剂（载流液）连续进入直径为1mm的聚氟材料毛细管中，水样定量注入载流液中，在流动过程中完成混合、加热、反应和测量的方法。2COD标准分析方法仪器设备v流动注射分析（FIA）式仪器工作原理是：反应试剂（含重铬酸钾的6：4硫酸）由陶瓷恒流泵以恒定流速向前推进，通过注样阀将定量水样切换进流路后，在推进的过程中水样与载流液相互混合，在180℃、0.6MPa恒温加热反应后溶液进入检测系统，测定标准系列和水样在380nm波长时的透光率，从而计算出水样的COD值。2COD标准分析方法仪器设备v流动注射分析（FIA）式因为FIA测量COD的分析方法，是相对比较法。只要测定样品时的测量条件和标定时的测量条件一致，都可得到准确的测量结果。该分析技术运用于水样中COD值的测定，分析速度快、频率高、进样量少、精密度高，并且载流液可以循环利用，降低了方法的二次污染。2COD标准分析方法仪器设备v流动注射分析（FIA）式流动注射分析测定中，对于超大浓度样品引起的峰高无法测得时，其测量结果是通过测量峰宽获得。2COD标准分析方法仪器设备v重铬酸钾消解-库仑滴定法v水样进入仪器的反应室后，加入过量的重铬酸钾标液，用浓硫酸酸化后，在100℃条件下回流（或催化消解）一定时间（15～20min），反应结束后，用库仑滴定法[Fe（Ⅱ）]测定剩余的Cr（Ⅵ）。2COD标准分析方法仪器设备2COD标准分析方法仪器设备v主要性能指标测量方法测量范围测量周期重现性测量误差2COD标准分析方法仪器设备vCOD分析仪的操作v（1）仪器参数的设定v（2）仪器的校准v（3）仪器的维护和故障处理2COD标准分析方法仪器设备v羟基氧化-电化学测量法仪器采用三电极系统(工作电极、参比电极、辅助电极)，参比液是饱和硫酸钠溶液，辅助电极采用铂金电极。当对工作电极施加一定电压时，工作电极表面将产生大量的羟基自由基。羟基自由基具有很高的氧化电位,它迅速氧化水中的有机物,羟基自由基被消耗的同时,工作电极上电流将产生变化。电流的变化与水中有机物的含量成正比关系，通过计算电流变化便可测量出水中有机物的含量。2COD标准分析方法仪器设备v羟基氧化-电化学测量法2COD标准分析方法仪器设备v主要性能指标测量类型：测量范围：准确度：重现性：反应时间：2COD标准分析方法仪器设备v仪器设备的操作v（1）仪器参数的设定v（2）仪器的校准v（3）仪器的维护和故障处理2COD标准分析方法仪器设备v相关系数法v相关系数法指利用水样的其他物理、化学性质与COD含量之间的相关性，通过检测例如吸光度、TOC等指标，间接测量水样的COD。3氨氮分析仪器设备了解纳氏比色法在线氨氮分析仪工作原理，水杨酸分光光度法仪器的原理；掌握滴定法仪器的原理，操作和维护；掌握氨气敏电极法仪器的工作原理，维护和保养；掌握电导法仪器的原理维护和保养。3氨氮分析仪器设备v纳氏试剂比色法测定原理水样经过预处理后，在碱性条件下，水中离子态铵转换为游离氨，然后加入一定量的纳氏试剂，游离态氨与纳氏试剂反应生成黄色络合物，分析仪器在420nm波长处测定反应液吸光度A，进而计算氨氮含量。3氨氮分析仪器设备主要性能指标测量范围测量误差重复性误差零点漂移量程漂移直线性最小测量周期3氨氮分析仪器设备v水杨酸比色法测定原理废水被导入一个样品池，与定量的氢氧化钠混合，样品中所有的铵盐转换成为气态氨，气态氨扩散到一个装有定量指示剂（水杨酸-次氯酸）的比色池中，氨气再被溶解，生成NH4+，NH4+在强碱性介质中，与水杨酸盐和次氯酸离子反应，在亚硝基五氰络铁（Ⅲ）酸钠（俗称“硝普钠”）的催化下，生成水溶性的蓝色化合物，仪器内置双光束、双滤光片比色计，测量溶液颜色的改变（测定波长为670nm），从而得到氨氮的浓度。3氨氮分析仪器设备主要性能指标测量范围精度测量下限循环时间一点校正3氨氮分析仪器设备v流动注射比色法v仪器的蠕动泵输送释放液（稀NaOH溶液）作载流液，注样阀转动注入样品，形成NaOH溶液和水样间隔混合，切换阀转至循环富集态后，当混合带经过气液分离器的分离室时，释放出样品中的氨气，氨气透过气液分离膜后被接受液（BTB酸碱指示剂溶液）接收并溶液颜色发生变化。经过循环氨富集后，接受液被输送到比色计的流通池内，测量其光电压变化值，通过其峰高，可求得样品中的氨氮（NH3-N）含量。3氨氮分析仪器设备v仪器操作仪器参数的设定仪器的校准仪器的维护故障处理3氨氮分析仪器设备v主要技术指标测量范围：0.2～12.0mg/L，2～120mg/L，20～1200mg/L；准确度：测量值的±2.5%或0.02mg/L（标准溶液）；最低检测限：0.2mg/L；测定周期：20min。3氨氮分析仪器设备滴定法测定原理这种方法测定氨氮的原理是完全基于实验室GB7478-87中规定的分析方法，样品在一定的条件下，经加热蒸馏，释放出的氨冷却后被吸收于硼酸溶液中，再用盐酸标准溶液滴定，当电极电位滴定至终点时停止滴定，根据盐酸所消耗的体积，计算出水中氨氮的含量。3氨氮分析仪器设备v滴定法主要技术指标v此类仪器由于需要加热蒸馏，因此测定周期较长，约为40min左右；测量范围可根据水样浓度进行选择选择：0.2～20mg/L（低量程），10～1500mg/L（高量程）；因与国标方法基本一致，准确度相对较高，高量程时为测量值的±5%，低量程时为测量值的±10%；重现性：高量程时为±3%，低量程时为±5%。3氨氮分析仪器设备v仪器操作（1）参数设置（2）仪器的维护（3）故障处理3氨氮分析仪器设备v氨气敏电极法氨氮在线监测仪v测量原理：水样经过滤系统进入仪器，仪器通过蠕动泵将水样和EDTA、NaOH试剂定量的加入到测量室中，EDTA用于防止重金属离子在强碱性溶液中水解生成的沉淀阻塞透气膜，加入的NaOH使水样pH值调节至pH=12左右。此时水样中的NH4+转为气态的NH3（NH4++OH-NH3+H2O），氨气通过渗透膜进入到电极内，使得电极内部的平衡反应NH4+NH3+H+发生变化，引起电极内部[H+]变化，由pH玻璃内电极测得其变化，并产生与样品中铵离子浓度有关的输出电压，得出相应的氨氮浓度。3氨氮分析仪器设备v氨气敏电极气体渗透膜中介溶液参比电极离子指示电极pH玻璃电极和Ag-AgCl参比电极作为测量电极（内电极）置于盛有0.1M的氯化铵溶液的塑料套管内，管底用聚四氟乙烯渗透膜将内充液与样品隔开。3氨氮分析仪器设备v主要技术指标量程：0.05mg/L～1000mg/L；线性度：优于满量程的±2%；重现性：优于满量程的±3%；响应时间：4min；具有自动温度补偿或恒温测量的特性。3氨氮分析仪器设备v电导法氨氮在线监测仪v测量原理：该仪器采用吹脱----电导法，即在碱性条件下，用空气将氨从水样中吹出，气流中的氨被吸收液吸收，引起吸收液的电导变化，电导变化值与吹出的氨量和水样中氨氮含量成正比关系，用简单的电导法完成测量。3氨氮分析仪器设备v主要技术指标量程：0～2mg/L,0～20mg/L，0～50mg/L；准确度：±10%（浓度1mg/L时）±5%（浓度1mg/L时）