1、浅谈 pH 监测仪在企业环境保护中的应用摘要 该文介绍了泸天化股份有限公司率先应用窨井 pH 监测仪在企业排污检测工作的安装和运行过程及检测运行原理。为全国化工企业在环境保护方面提供了可之借鉴的经验。 关键词 ： 窨井 pH 电极变送器预处理系统 中图分类号： C29 文献标识码：A 文章编号： 前言 四川泸天化股份有限公司为全国特大型化工企业，化工生产的工业废水必须检测和处理，以达到部分污水回收利用的目的。以前工业废水的检测工作都靠人工取样分析，现采用先进的 PH 自动检测仪进行检测取得了一定的成效。 泸天化股份有限公司为了贯彻落实国家保护生态环境的基本国策，防止水体污染，保护水资源和生态环
2、境，体现企业“预防为主，防治结合，综合治理”的环境保护方针，依托科技，加大污水综合治理的投入，改变过去手动分析取样间断监控的被动方式，引入了 8 台在线连续监测pH 监控系统，连续自动监控废水排放，从而加大了监控力度，有效防止了因事故原因导致工业废水超标排放；实现了经济效益、环境效益和社会效益的统一。 概况 过去泸天化股份有限公司排放的工业废水 pH 值监测仅靠人工手动采样进行数据分析，不能连续及时反应工业废水排放情况，为确保及时准确反应工业废水排放情况，在辖区内公司废水总排放口及各生产车间废水总排放口的窨井处分别安装了一台卡博的 pH 传感器和 KEICK 的 2211型 pH 变送器。它是
3、利用测量电极上有特殊的对 pH 反应灵敏的玻璃探头，当玻璃探头和氢离子接触时，就产生电位。pH 值不同，对应产生的电位也不一样，通过变送器将其转换成 420mA 标准信号输出，通过传输送到总调室和 DCS 监控系统进行实时监控。这样不仅减轻了手动分析人员进行手动分析的压力、工作量和人为分析误差，而且因监测仪 24 小时不间断的连续监控，为操作人员及时、准确地判断和处理超标源，为决策层在最短时间内制定紧急事故处理预案提供可靠依据，同时对各生产车间的工作质量也具有很好的监督和帮助作用。 pH 监测仪原理 水的 pH 值随着所溶解物质的多少而定，因此 pH 值能灵敏地指示出水质的变化情况。pH 值的
4、变化对生物的繁殖和生存有很大影响，同时还严重影响活性污泥生化作用，即影响处理效果，污水的 pH 值一般控制在6.09 之间。水在化学上是中性的，某些水分子自发地按照下式分解：H2O=H+OH-，即分解成氢离子和氢氧根离子。在中性溶液中，H+和 OH-的浓度都是 10-7mol/l，pH 值是氢离子浓度以 10 为底的对数的负数：pH=-log，因此中性溶液的 pH 值等于 7。如果有过量的氢离子，则 pH 值小于7，溶液呈酸性；反之，氢氧根离子过量，则溶液呈碱性。 pH 值通常用电位法测量，通常用一个恒定电位的参比电极和测量电极组成一个原电池，原电池电动势的大小取决于氢离子的浓度，也取决于溶液
5、的酸碱度。我公司采用的卡博的 pH 传感器和 KEICK 的 2211 型 pH 变送器就是利用了测量电极上有特殊的对 pH 反应灵敏的玻璃探头，因它是由能导电、能渗透氢离子的特殊玻璃制成，具有测量精度高、抗干扰性好等特点。当玻璃探头和氢离子接触时，就产生电位。电位是通过悬吊在氯化银溶液中的银丝对照参比电极测到的。pH 值不同，对应产生的电位也不一样，通过变送器将其转换成标准 420mA 输出。 影响在线 pH 测量的因素 样品的 pH 值不受流速影响，但是 pH 的测量值会受流速影响。在样品以 0-2m/秒的流速通过电极表面时，会对参比电极的隔膜有一个很小的影响，pH 测量值会有0.1 的偏
6、差。 温度高低对 PH 测量值的影响也很大，虽然采用温度补偿的方法能对斜率进行补偿，消除温度对测量的部分影响，当样品温度超过 60时采用温度补偿的方法测量值会有很大的误差，因温度的补偿范围通常在560。 压力对 PH 测量值也会有一定的影响，由于压力直接作用于参比电极的隔膜，压力过高被测溶液将倒灌入参比电极内部使测量无法进行。在pH 值很低或很高时(4 或 10pH)，影响会更大，有0.2 pH 偏差。 持续的高温、高压和高流速会造成电解液的压缩或扩张，会促进电解液的扩散或污染隔膜，从而缩短 pH 电极的使用寿命。 泸天化股份有限公司排放的工业废水有两个监测点温度为 80100，在这种条件下溶
7、液对玻璃电极的侵蚀作用特别严重，尤其是在碱性 pH 范围时更为强烈，这种侵蚀作用引起玻璃电极电势漂移以至电极性能变劣。为解决 pH 测量的影响因素，在线 pH 测量可将电极安装在普通流速、温度和压力的旁路中从而实现最高的测量性能和最长的使用寿命。 安装及使用 pH 计的安装方式主要有流通式和浸入式两种。针对公司排放的工业废水有高温和常温两种排放，对窨井内含有各种达标排放的油污、氨、氮、泥沙、漂浮物等物质，废水排放冲击力大，容易对 pH 玻璃电极造成损坏的恶劣环境状况，而废水温度为 50以下的，选用隔离浸入式安装；对窨井内即存在前述恶劣环境，同时又存在温度高于 80、电磁场干扰强的环境，选用流通
8、式安装。 浸入式安装要求较高，检测点处的 pH 值要具有代表性，且水流需平稳，对 pH 电极不会造成大的冲击。同时传感器应避免受到水中漂浮物的撞击。为避免 PH 电极损坏，安装时采用 2 英寸 304 不锈钢管作为保护导管插入窨井中，电极通过保护导管进入水面，为防止电极和保护导管落入窨井底部，在保护导管末端装了限位挡板和 15mm 高的支架，即保证了保护导管底部水流的流通，避免杂质的进入，同时又确保 pH 电极与水面可靠接触。 流通式安装方式对采样预处理系统要求相对较高。在抽取样水过程中，一方面要防止泥沙过多堵塞采样管，另一方面需对样水作冷却处理。我们采用的采样预处理系统由不锈钢过滤器、球形截
9、止阀、抽水泵、不锈钢流通池、空气漏电保护开关等组成，能同时满足采样、反洗、冷却的功能要求。流通式样水预处理系统流程如图 1。 图 1 流通式样水预处理系统运行及维护 系统投运时，首先确认所有管线连接无误，检查球形截止阀是否关闭，然后缓慢打开取样球阀和反洗球阀，一方面清洗样水管路，另一方面给抽水泵预加水。观察样水出口是否有水排出，如没有水排出，检查管路是否堵塞。如有水流出，等待 30 秒后，关闭反洗球阀，为抽水泵送电。窨井水在泵的抽吸下，通过过滤器，过滤后的样水进入水冷器，经过冷却后的样水进入流通池中，供 pH 分析使用。 系统运行时，应定期检查样水是否有堵塞或泄漏现象，定期检查样水温度是否正常
10、，如水温过高，应检查冷却水是否正常，并进行处理。 采样管和排放管反洗步骤为：关闭抽水泵 4（见图 1）的电源，打开（全开）机箱外冷却水入口阀，打开反洗球阀 6（见图 1） ，关闭取样球阀 2（见图 1） ，进行采样管和排放管反洗，反洗大约进行 2 分钟左右后打开取样球阀 2，反洗出口管大约 30 秒左右，同时为抽水泵送电，关闭反洗球阀 6，关小机箱外冷却水入口阀（根据采样水温度调节大小） ； pH 电极使用前注意事项 首先观察 pH 电极敏感球泡内是否有液体，如球泡内没有充满液体或有气泡存在，应轻轻甩动电极使球泡内充满液体，并让球泡内气泡消失。电极使用前应先在酸性缓冲液(pH4.00)中浸泡数
11、分钟，然后再在中性缓冲液(pH6.90 或 pH 7.00)中浸泡数分钟。然后再开始校准。 pH 电极经浸泡后按照操作手册与变送器进行连接后方可进行校准。校准所用缓冲液应确保在有效期内。电极在缓冲液中放置 1 分钟待变送器示值稳定后再进行后续操作。pH 变送器校准时，电极在不同的缓冲液中来回放置过程中应用去离子水进行冲洗，冲洗电极后应用柔软的纸巾吸干水分，避免摩擦 pH 敏感膜。 pH 电极的日常维护保养 当电极出现轻度污染时，可用水、0.1mol/l NaOH 或 0.1mol/l HCl清洗电极 6 分钟。 当电极出现油脂或有机物污染时，可用丙酮或乙醇清洗电极 10 秒钟。当工艺停运无取样
12、水，变送器需停运时，电极不能长期干放，贮存时也不能在表面附有干燥的介质，电极应保存在中，不应放在蒸馏水中保存，当饱和 KCl 溶液剩余 1/3 时应进行添加。 变送器重新投运时，采用干放的电极应先放在 pH4 的缓冲液或饱和KCl 溶液活化后才能使用。 pH 电极在通常使用于各种不同工况，因使用环境(温度、酸碱度)的不同，会导致电极老化，如果电极使用新鲜的缓冲液校正，校正过程中多次出现电极响应很慢、斜率、零点偏移很大等现象，说明电极寿命已到，需更换电极。 结束语在线窨井 pH 自动监测仪投运初期，维护量大，电极平均寿命短（仅两个月） ，通过对近一年的使用情况摸索和安装方式的反复改进，尤其是对温度高于 80.0、电干扰强的环境选用流通式安装后，现 pH 自动监测仪已经稳定运行了一年多，除定期每月对监测仪清洗校对外，几乎没有其它维护；电极平均使用寿命由两个月延长到八个月，监测值准确可靠。在为企业节约运行成本的同时，达到经济效益、环境效益和社会效益多丰收。该监测方式具有在同类化工企业推广应用的价值。泸天化股份电仪维修部 李厚群 作者简介李厚群，女，52 岁，工程师，1985 年毕业于四川电视大学电子专业，现在泸天化股份公司电仪维修部从事分析仪表技术管理工作。
