石油化工水處理工藝中自動(dòng)檢測分析儀表探討

上海自?xún)x公司隨著(zhù)石油化工生產(chǎn)的加劇，工業(yè)廢水也在不斷產(chǎn)生，對生態(tài)環(huán)境造成的影響也在不斷加劇，因此水處理工藝將尤為重要，文章介紹了自動(dòng)檢測分析儀表在石油化工水處理中的應用，對比了手工監測和自動(dòng)監測結果，并對儀表管理要點(diǎn)和發(fā)展方向進(jìn)行總結。

引言

石油化工生產(chǎn)中，會(huì )產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，為響應國家環(huán)保的政策要求，必須對工業(yè)廢水進(jìn)行處理達標后方可排放，減輕工業(yè)廢水對生態(tài)環(huán)境的危害和影響。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，在線(xiàn)檢測分析儀表在水處理工藝中的應用具有自動(dòng)化特點(diǎn)，不僅檢測功能強大、應用廣泛，而且效率高、響應快，方便維護管理。針對常規的在線(xiàn)檢測分析儀表在石油化工水處理工藝中的應用進(jìn)行技術(shù)探討。

1水處理中檢測分析儀表的主要類(lèi)型

水處理工藝的波動(dòng)會(huì )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(shí)掌握上述參數的變化，相應研制出流量計、液位計、pH測定儀、濃度測定儀、溫度計、壓力計等。測量參數不同，工作原理也不同，但在儀表的組成上具有共同點(diǎn)，大多數是由傳感器、變送器、顯示器等部分組成[1]。

2自動(dòng)檢測分析儀表在石油化工水處理中的應用

2.1流量計

流量計用于測量被測介質(zhì)的流量，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是測量明渠或管道內的流體流量。按照工作原理，常見(jiàn)的流量計分為差壓式、液面式、超聲波式、電磁式等類(lèi)型。以電磁流量計為例，采用電磁感應原理，根據導電流體通過(guò)外加磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢測定流量，可知電磁流量計的精度高、無(wú)壓損、水路形式優(yōu)；測量時(shí)不受流體密度、黏度、溫度、壓力、電導率變化的影響；根據電磁流量計工作環(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，污水調節罐入口管道處使用電磁流量計時(shí)，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(zhù)上，便可測量出進(jìn)入污水調節罐的流量。規范安裝電磁流量計后，操作人員根據污水調節罐入口流量變化值，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(jiǎn)單、后期維護工作量較小等優(yōu)點(diǎn)。

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。根據不同原理，常見(jiàn)的液位計分為差壓式、靜壓式、吹氣式、浮子式、超聲波式等類(lèi)型。

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化為電信號，通過(guò)計算聲波發(fā)射和接收的時(shí)間差計算液位值。超聲波式液位計測定液位時(shí)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，能保證測量數據的真實(shí)性；且超聲波式液位計價(jià)格低、體積小、重量輕、使用壽命長(cháng)，具有較高的性?xún)r(jià)比。但需注意的是超聲波式液位計有盲區，安裝時(shí)必須計算預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，在調節罐頂部安裝超聲

波式液位計，能對水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，并將測定數據傳輸至DCS控制器上，進(jìn)行數據分析、處理和存儲，方便操作人員根據測定結果調整工藝參數。

2.3pH測定儀

pH計用來(lái)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(xiàn)pH測定儀，由檢測器和變送器兩部分構成。原理是當被測溶液流過(guò)檢測器時(shí)，兩電極和被測溶液形成化學(xué)原電池。原電池的兩個(gè)電極間產(chǎn)生電動(dòng)勢，該電勢的大小和被測溶液的pH成對數關(guān)系，計算氫離子濃度的負對數，即可得到pH值。不同級別pH測定儀，測試準確度也有差異。

pH測定儀使用時(shí)電極是關(guān)鍵，技術(shù)要點(diǎn)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(shí)，需防止儀器損壞；(3)新電極或長(cháng)時(shí)間不用的電極，用前在蒸餾水中浸泡，減小電極內阻；(4)測量時(shí)，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，此處檢測點(diǎn)的pH值具有代表性，而且水流平穩，能得到更為準確的測定結果。

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(jìn)行評估，還是處理過(guò)程的不同階段，亦或是凈化處理后的廢水，均能得到準確的測定結果。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(xiàn)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、排水管、壓力管道中，因具有自動(dòng)補償功能，可消除污染引起的干擾；具有空氣清洗功能，根據設定時(shí)間自動(dòng)定時(shí)清洗，可降低維護工作量。水處理工藝中，曝氣池內的污泥濃度是一個(gè)重要參數，直接影響污水處理效果。傳統測量方法的誤差較大，難以對污泥濃度進(jìn)行及時(shí)準確控制。應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(shí)，將其安裝在曝氣池、沉淀池、濃縮池、回流渠等部位?；陔p光源八光束相互補償技術(shù)下，采用波長(cháng)860nm的紅外脈沖光線(xiàn)，兩個(gè)光源同時(shí)工作能保證測量準確穩定，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(guò)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(shí)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組數據，包括樣品號、日期、溫度、溶解氧測定結果等，存儲間隔時(shí)間在5～60s之間可調，安全性高、不易丟失。在水處理工藝中，基于活性污泥法進(jìn)行OOC改良后，在曝氣池內圈出好氧區，通過(guò)增加污水中的氧含量使污染物通過(guò)活化泥漿被分解出來(lái)，達到污水凈化的目的。安裝溶解氧測定儀時(shí)必須安裝規范，其測量范圍是0.05～10.00mg/L，即可對水中的溶解氧濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，并將結果傳輸至控制系統中心。在PLC的程序設定中，當實(shí)測濃度值低于設定值時(shí)，系統發(fā)出指令，鼓風(fēng)機啟動(dòng)向曝氣池內充氧；當實(shí)測濃度值超過(guò)設定值時(shí)，系統發(fā)出指令，鼓風(fēng)機自動(dòng)停止運行。在曝氣池內，精準控制水中溶解氧的濃度，既能滿(mǎn)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(cháng)設備的使用壽命。

3手工監測和自動(dòng)監測的結果比較

3.1實(shí)驗方案

為了比較手工監測和自動(dòng)監測的結果，突出自動(dòng)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(gè)廢水排放點(diǎn)作為采樣點(diǎn)，在每個(gè)采樣點(diǎn)，同一指標使用3臺型號相同的設備采集數據，即每個(gè)指標有18組數據。監測指標包括氨氮(NH3-N)、總磷(TP)、化學(xué)需氧量(COD)、酸堿度(pH)。自動(dòng)監測時(shí)，使用在線(xiàn)監測儀進(jìn)行布點(diǎn)檢測，滿(mǎn)足《水污染源在線(xiàn)監測系統(CODCr、NH3-N等)安裝技術(shù)規范》要求。手工監測時(shí)，每月隨機選取4天，對采集的樣本進(jìn)行檢測，要求送檢時(shí)間6h以?xún)?。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，嚴格按照規范要求操作。同時(shí)，設置空白平行測試、標準物質(zhì)測試等質(zhì)控方案，以保證手工監測數據的準確性。

3.2操作方法

3.2.1實(shí)驗要求

非常好，自動(dòng)監測時(shí)，外界溫度、濕度、電流、電壓等因素均會(huì )影響設備監測結果，對此在采集點(diǎn)采取恒溫、恒濕、防電頻干擾等措施。第二，在反應溫度上，結合實(shí)測結果設置在58～62℃之間。第三，合理設計不同濃度的標準溶液，以NH3-N為例，比對實(shí)驗結果顯示，選用11個(gè)標準溶液系列進(jìn)行檢驗，反應溫度的穩定性好、副反應少，采集的數據更加準確。第四，在每個(gè)采樣點(diǎn)，每月進(jìn)行4次采樣手工監測，并和相同時(shí)間段的在線(xiàn)監測數據進(jìn)行比較。第五，自動(dòng)監測設備均具有自我校準功能，標準曲線(xiàn)至少標定6個(gè)點(diǎn)，相關(guān)系數R≥0.999。

3.2.2相對誤差計算

每次采樣時(shí)，手工監測和自動(dòng)監測數據為一組，每個(gè)采樣點(diǎn)能得到48組數據，計算兩者的相對誤差(RE)方法如公式(1)所示：式中：X1為自動(dòng)監測結果；X2為手工監測結果。RE值越接近0，說(shuō)明相對誤差越??；RE值越接近1，說(shuō)明相對誤差越大。

3.3結果分析

進(jìn)行為期1年的監測，統計數據并計算相對誤差，分析可知：(1)pH數據的RE值均為10%以?xún)?，NH3-N、TP、COD數據的RE值在15%以?xún)日急确謩e是84.73%、91.32%、90.28%；(2)分析自動(dòng)監測結果誤差原因可能有：引入的反應試劑多，反應條件復雜，反應時(shí)間長(cháng)；污水廢水的預處理不到位；儀器設備本身存在精度問(wèn)題等；(3)依據《國控地表水自動(dòng)監測治理管理規定》，自動(dòng)監測設備測定的NH3-N、TP、COD、pH指標，相對誤差控制在±15%以?xún)燃礊楹细?，因此本次?shí)驗證實(shí)自動(dòng)監測設備得到的測定結果具有可靠性，如表2所示。在石油化工企業(yè)的廢水排放點(diǎn)采樣，對NH3-N、TP、COD、pH四項指標進(jìn)行手工監測和自動(dòng)監測，結果顯示對比合格率分別是84.73%、91.32%、90.28%、100%，滿(mǎn)足規范中的要求，說(shuō)明自動(dòng)監測設備得到的測定結果具有可靠性。

4自動(dòng)檢測分析儀表的發(fā)展方向

隨著(zhù)生物、化學(xué)、信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，自動(dòng)檢測分析儀表的發(fā)展方向是：(1)高精度。自動(dòng)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(dòng)檢測分析逐漸形成網(wǎng)絡(luò )化結構，將水處理的每一個(gè)環(huán)節整合起來(lái)，并且融入到企業(yè)生產(chǎn)運營(yíng)管理中。(3)智能化。自動(dòng)檢測分析儀表的智能化，體現在運行速度快、體型更小，不僅能提高工作效率，而且人機互動(dòng)性不斷改善，更符合實(shí)際檢測工作的要求。

5結語(yǔ)

綜上所述，上海自?xún)x公司在水處理工藝中通過(guò)對比手工監測和自動(dòng)監測結果，表明自動(dòng)監測設備得到的測定結果具有可靠性。未來(lái)，自動(dòng)檢測分析儀表向著(zhù)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)的應用前景廣闊，以實(shí)現節能環(huán)保的發(fā)展目標。