在线监测仪器原理下操作课件.ppt
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1、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,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
2、;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,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,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,污染源在线自动监控(监测)系统由对污染源主要污染物排放实施在线
3、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,1 自动监测系统,系统分析方法的选择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
4、自动监测系统,自动监测设备的选择原则:质量好、售后好、运行成本低、分析方法标准,1 自动监测系统,自动监控设备两种构成方式一台(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,自动监测系统分析曲线的标定 标定的方法是:在量
5、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。,2 COD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。,2 COD标准分析方法仪器设备,COD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。,2
6、COD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,2 COD标准分析方法仪器设备,重铬酸钾消解-光度测量法 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()(600nm)或反应生成的Cr()(440nm)。,2 COD标准分析方法仪器设备,光度法仪器可分为:(1)程序式(2)流动注射式,2 COD标准分析方法仪器设备,(1)程序式原理: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
7、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。,2 COD标准分析方法仪器设备,主要性能指标 量程 测量误差 重现性误差 最小测量周期,2 COD标准分析方法仪器设备,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。,2 COD标准分析方法仪器设备,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
8、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380 nm波长时的透光率,从而计算出水样的COD值。,2 COD标准分析方法仪器设备,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。,2 COD标准分析方法仪器设备,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
9、是通过测量峰宽获得。,2 COD标准分析方法仪器设备,重铬酸钾消解-库仑滴定法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(1520min),反应结束后,用库仑滴定法Fe()测定剩余的Cr()。,2 COD标准分析方法仪器设备,2 COD标准分析方法仪器设备,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,2 COD标准分析方法仪器设备,COD分析仪的操作(1)仪器参数的设定(2)仪器的校准(3)仪器的维护和故障处理,2 COD标准分析方法仪器设备,臭氧(混合氧化剂)氧化-电化学测量法 采用臭氧探头先测定溶解臭氧的浓度。
10、然后污水和溶有臭氧的稀释水同时进入反应室并发生氧化反应。此后,第二个探头测定反应室内残余臭氧浓度。污水和稀释水的混合比可以通过输送泵来控制,从而使臭氧的消耗尽量维持在恒定的低水平上,而反应器内的残余臭氧则保持较高浓度。通过污水和稀释水混合比率的标定,根据消耗臭氧量与COD 的相关性可计算出水样的COD 值。,2 COD标准分析方法仪器设备,仪器特点 测量周期:315 min,测量范围:101500 mg/L,准确度:5%。输出信号:420 mA,RS232/RS485 该仪器主要特点是臭氧氧化能力强,减少了试剂的消耗,测量速度快,无“二次污染”。,2 COD标准分析方法仪器设备,羟基氧化-电化
11、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。,2 COD标准分析方法仪器设备,羟基氧化-电化学测量法,2 COD标准分析方法仪器设备,主要性能指标 测量类型:测量范围:准确度:重现性:反应时间:,2 COD标准分析方法仪器设备,仪器设备的操作(1)仪器参数的设定(2)仪器的校准(3)仪
12、器的维护和故障处理,2 COD标准分析方法仪器设备,相关系数法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,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420 nm波长处测定反应液吸光度A
13、,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,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()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670 nm),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
14、测量下限循环时间一点校正,3 氨氮分析仪器设备,流动注射比色法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,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,主要技术指标 测量范围:0.212.0mg/L,2120mg/L
15、,201200mg/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,滴定法主要技术指标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:0.220mg/L(低量程),101500mg/
16、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,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,铵离子选择电极法原理:本方法直接用铵离子选择电极进行氨氮浓度的监测,利用两个样品浓度差异和两个电极(选择电极和参比电极)电势差异之间的关系进行浓度测定,其中选择电极上无化学反应,只是在被分析的样品和探头上的电极之间交换元素,参比电极有一个连续的电势(零电动势),不受样品组成的影响,通过测量参比电极和选择电极之间的电势差,可以计算样品中氨氮的浓度。仪器可自动
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