水質分析儀

為了保護水環境，必須加強對污水排放的監測。檢測點的設計和檢測儀錶（主要是水質分析儀）的質量對水環境監測起著至關重要的作用。用化學和物理方法測定水中各種化學成分的含量。水質分析儀分為簡單分析、全分析和專項分析三種。簡分析在野外進行，分析項目少，但要求快而及時，適用於初步了解大面積範圍內各含水層中地下水的主要化學成分專項分析的項目根據具體任務的需要而定。另有全自動離子分析儀可快速而準確的定性定量分析，並可全自動、智能化、實時在線、多參數同時進行分析。

人類在生活和生產活動中都離不開水，生活飲用水水質的優劣與人類健康密切相關。隨著社會經濟發展、科學進步和人民生活水平的提高，人們對生活飲用水的水質要求不斷提高，飲用水水質標準也相應地不斷發展和完善。由於生活飲用水水質標準的制定與人們的生活習慣、文化、經濟條件、科學技術發展水平、水資源及其水質現狀等多種因素有關，不僅各國之間，而且同一國家的不同地區之間，對飲用水水質的要求都存在著差異。水，是生命之源。飲用水安全關乎人民群眾身體健康和生命安全，必須給予高度重視與切實保障。2012年6月28日上午，十一屆全國人大常委會第二十七次會議分組審議了國務院關於保障飲用水安全工作情況的報告。與會委員就加強水源地生態保護與補償，加快供水管網設施建設與更新，細化水質標準、提高用水效率，確保農村居民飲用水安全等問題提出許多真知灼見。關於水質檢測分析提出具體要求。

飲用水主要考慮對人體健康的影響，其水質標準除有物理指標、化學指標外，還有微生物指標；對工業用水則考慮是否影響產品質量或易於損害容器及管道。可以廣泛應用於發電廠、純凈水廠、自來水廠、生活污水處理廠、飲料廠、環保部門、工業用水、水產業、紡織業、制酒行業及製藥行業、防疫部門、醫院等部門的各離子參數測定。

水質分析儀主要採用離子選擇電極測量法來實現精確檢測的。儀器上的電極：PH、氟、鈉、鉀、鈣、鎂、和參比電極。每個電極都有一離子選擇膜，會與被測樣本中相應的離子產生反應，膜是一離子交換器，與離子電荷發生反應而改變了膜電勢，就可檢測液，樣本和膜間的電勢。膜兩邊被檢測的兩個電勢差值會產生電流，樣本，參考電極，參考電極液構成“迴路”一邊，膜，內部電極液，內部電極為另一邊。

內部電極液和樣本間的離子濃度差會在工作電極的膜兩邊產生電化學電壓，電壓通過高傳導性的內部電極引到到放大器，參考電極同樣引到放大器的地點。通過檢測一個精確的已知離子濃度的標準溶液獲得定標曲線，從而檢測樣本中的離子濃度。

溶液中被測離子接觸電極時，在離子選擇電極基質的含水層內發生離子遷移。遷移的離子的電荷改變存在著電勢，因而使膜面間的電位發生變化，在測量電極與參比電極間產生一個電位差。

目前生產氟離子、硝酸根、PH、水硬度（Ca 2 + 、Mg 2 +離子）、K+、Na+多參數（多項）全自動水質分析儀廠家國內較少，代表性廠家有：深圳市航創醫療設備有限公司 HC-800全自動離子分析儀（計量器具型式批准證書號：2012C206-44）（PH、氟、硝酸鹽氮）、HC-800全自動離子分析儀（PH、氯、鈉、水硬度、鉀）、HC-800全自動離子分析儀（PH、氯、鈉、鉀、鈣）。

水質安全106項檢測指標與儀器

——水質指標由GB 5749-85的35項增加至106項，增加了71項；修訂了8項；其中：

——微生物指標由2項增至6項，增加了大腸埃希氏菌、耐熱大腸菌群、賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲；修訂了總大腸菌群；

——飲用水消毒劑由1項增至4項，增加了一氯胺、臭氧、二氧化氯；

毒理指標中無機化合物由10項增至21項，增加了溴酸鹽、亞氯酸鹽、氯酸鹽、銻、鋇、鈹、硼、鉬、鎳、鉈、氯化氰；並修訂了砷、鎘、鉛、硝酸鹽；

——毒理指標中有機化合物由5項增至53項，增加了甲醛、三鹵甲烷、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,1,1-三氯乙烷、三溴甲烷、一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、環氧氯丙烷、氯乙烯、1,1-二氯乙烯、1,2-二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、六氯丁二烯、二氯乙酸、三氯乙酸、三氯乙醛、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、2,4,6-三氯酚、氯苯、1,2-二氯苯、1,4-二氯苯、三氯苯、鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯、丙烯醯胺、微囊藻毒素-LR、滅草松、百菌清、溴氰菊酯、樂果、2,4-滴、七氯、六氯苯、林丹、馬拉硫磷、對硫磷、甲基對硫磷、五氯酚、莠去津、呋喃丹、毒死蜱、敵敵畏、草甘膦；修訂了四氯化碳；

——感官性狀和一般理化指標由15項增至20項，增加了耗氧量、氨氮、硫化物、鈉、鋁；修訂了渾濁度；

——放射性指標中修訂了總α放射性。

產品構成：

JKH-1型瓶式深水採樣器主要有三部分組成：採樣桿、採樣瓶、控制閥門組成。

1、採樣桿(帶有刻度)採用優質304不鏽鋼管製造，永不生鏽、耐腐蝕，重量輕。共有4節組成，全部製造成伸縮型，在野外作業時可以通過連接接頭擰緊，長度可達4米。不使用情況下可收縮成一段一米長的杆子，便於攜帶。

2、採樣瓶採用進口食品級太空玻璃PC製造，無毒無味，安全可靠；產品抗震防摔，不易破碎，經久耐用，重量輕，純度好，不影響水質。

能簡便、快速地定量檢測水中營養鹽、金屬離子、COD等各種污染物的準確濃度；儀器可作為實驗室紫外/可見分光光度計使用。

產品概述：

鹽度的基本定義為每一千克水內的溶解物質克數。在陸地上，相關的主題為土壤鹽鹼化。鹽度習慣以千分之一（ppt ）之濃度單位來顯示。海洋平均鹽度是34.7ppt。本儀錶所稱之鹽度系以電導度＆預設水中物質為KCL 來衍算出鹽度。

為何需要量測水的質量，工業用水因製程中所用之化學藥物會改變水的特性；灌溉用水因為流經岩層及土壤也會帶有鹽份；家庭用水因為水公司的處理也會改變鹽份的含量。不論身處何領域，知道水中鹽分是非常重要的。因為鹽分會造成腐蝕，留下銹垢，而損壞設備。太多的鹽分也會傷及水生植物和魚類；太少的鹽分也會妨礙植物體內營養的有效傳輸。

污水處理廠使用的分析儀有兩種：pH計和溶氧分析儀。

水的pH值隨著所溶解的物質的多少而定，因此pH值能靈敏地指示出水質的變化情況。pH值的變化對生物的繁殖和生存有很大影響，同時還嚴重影響活性污泥生化作用，即影響處理效果，污水的pH值一般控制在6.5～7之間。水在化學上是中性的，某些水分子自發地按照下式分解：H2O=H++OH-，即分解成氫離子和氫氧根離子。在中性溶液中，氫離子H+和氫氧根離子OH-的濃度都是10-7mol/l，pH值是氫離子濃度以10為底的對數的負數：pH=-log，因此中性溶液的pH值等於7。如果有過量的氫離子，則pH值小於7，溶液呈酸性；反之，氫氧根離子過量，則溶液呈鹼性。 pH值通常用電位法測量，通常用一個恆定電位的參比電極和測量電極組成一個原電池，原電池電動勢的大小取決於氫離子的濃度，也取決於溶液的酸鹼度。該廠採用了CPS11型pH感測器和CPM151型pH變送器。具體結構如圖1所示，測量電極上有特殊的對pH反應靈敏的玻璃探頭，它是由能導電、能滲透氫離子的特殊玻璃製成，具有測量精度高、抗干擾性好等特點。當玻璃探頭和氫離子接觸時，就產生電位。電位是通過懸吊在氯化銀溶液中的銀絲對照參比電極測到的。pH值不同，對應產生的電位也不一樣，通過變送器將其轉換成標準4～20mA輸出。

水中的氧含量可充分顯示水自凈的程度。對於使用活化污泥的生物處理廠來說，了解曝氣池和氧化溝的氧含量非常重要，污水中溶氧增加，會促進除厭氧微生物以外的生物活動，因而能去除揮發性物質和易於自然氧化的離子，使污水得到凈化。測定氧含量主要有三種方法：自動比色分析和化學分析測量，順磁法測量，電化學法測量。水中溶氧量一般採用電化學法測量。麥該廠採用了COS 4型溶氧感測器和COM252型溶氧變送器。氧能溶於水，溶解度取決於溫度、水表面的總壓、分壓和水中溶解的鹽類。大氣壓力越高，水溶解氧的能力就越大，其關係由亨利（Henry）定律和道爾頓（Dalton）定律確定，亨利定律認為氣體的溶解度與其分壓成正比。以COS 4氧量測量感測器為例，結構如圖2所示。其中的電極由陰極（常用金和鉑製成）和帶電流的反電極（銀）、無電流的參比電極（銀）組成，電極浸沒在電解質如KCl、KOH中，感測器有隔膜覆蓋，隔膜將電極和電解質與被測量的液體分開，因此保護了感測器，既能防止電解質逸出，又可防止外來物質的侵入而導致污染和毒化。向反電極和陰極之間施加極化電壓，假如測量元件浸入在有溶解氧的水中，氧會通過隔膜擴散，出現在陰極上（電子過剩）的氧分子就會被還原成氫氧根離子： O2+2H2O+4e-® 4OH-。電化學當量的氯化銀沉澱在反電極上（電子不足）：4Ag+4Cl-® 4AgCl+4e-。對於每個氧分子，陰極放出4個電子，反電極接受電子，形成電流，電流的大小與被測 圖1 pH測量電極（左）和參比電極（右）的結構 圖2 三電極COS溶氧感測器結構圖 污水的氧分壓成正比，該信號連同感測器上熱電阻測出的溫度信號被送入變送器，利用感測器中存儲的含氧量和氧分壓、溫度之間的關係曲線計算出水中的含氧量，然後轉化成標準信號輸出。參比電極的功能是確定陰極電位。 COS 4溶氧感測器的響應時間為：3分鐘后達到最終測量值的90%，9分鐘后達到最終測量值的99%；最低流速要求為0.5cm/s。

pH電極上的玻璃隨著時間推移會逐漸老化，梯度（單位pH值變化所引起的電極輸出電位的變化值）惡化，花費較長時間才能達到穩定電位。一般電極的使用壽命，可達兩年。另外，溫度對老化也有較大影響，100℃下貯存幾周的老化程度相當於室溫下貯存一年的老化程度。 pH計具有高精度、高可靠性、安裝及維護方便等優點，同時對污染也較敏感，需要經常標定，一般每隔一個到一個半月標定一次，每兩年更換一次電極。

溶氧儀具有安裝方便，標定周期長（3～4個月），對其他物質不敏感等特點，並且能監測隔膜和探頭內電解質的使用情況，一般每一至三年更換一次電解質和隔膜。 COM252型溶氧變送器屬智能化儀錶，帶有HART或Profibus通訊協議，還具有自診斷功能，當發生故障時，會顯示故障代碼，提示維護人員故障所在，通過查維護手冊找出解決故障的辦法，大大降低了維護時間和工作量。

pH計的安裝方式有流通式和浸入式兩種。污水處理廠一般選用的是浸入式安裝，如該污水處理廠的pH計安裝在氧化溝的出口溢流槽內，此處的pH值較具有代表性，且水流平穩，對pH計不會造成大的衝擊。定期的維護有助於儀錶的準確測量和延長儀錶的使用壽命。應當注意感測器和變送器之間的專用電纜不能受潮，否則電極的高阻低壓信號將無法傳送至變送器。若電極不測量時，應將黃色保護套管套上，它能使電極處於濕潤狀態，有利於延長電極的使用壽命。每隔一個月左右，應對電極進行清洗，先用柔和的水流噴洗附著物，再將電極浸泡於清洗液中一段時間，而後用清水洗凈。感測器支架也應清洗。每次清洗之後，要用緩衝劑溶液進行標定，目前國產的pH標定液中，pH=4的還可以，pH=7的不夠準確，將會影響標定結果。所以最好使用生產廠家的標定液，生產廠家一般提供兩瓶標準溶液，一瓶pH值等於7，用於標定儀錶零點；一瓶pH等於4，用於標定儀錶的信號輸出斜率。

溶氧儀一般採用浸入式安裝，在此應注意，一定要選用原廠的安裝支架。廠家配帶的安裝支架為不鏽鋼製成，帶有塑料鏈條，通過調整鏈條長度可以改變感測器的浸入深度，支架上的引導管保證了感測器始終處於垂直位置。支架部分都經過特殊設計，它可以將水面的波動傳至浸入管，從而引起浸入管的輕微振動，使得通過浸入管在探頭的表面產生一個附加的清洗效果。有的用戶為了減少投資，自己製作安裝支架，往往導致支架上的浸入管和感測器之間密封不嚴，污水滲入，使得專用電纜和感測器的連接處長期浸泡在污水中，容易造成感測器的損壞；有的甚至不做安裝支架，直接將感測器投入水中，這樣在感測器和電纜之間會形成較大的拉力，感測器更容易損壞。溶解氧探頭每周應用水輕輕清洗，發現膜頭損壞應及時更換，電解液受污染也應及時更換。當污水中含有H2S、NH3、苯或酚這些成份時，對膜頭是有害的。在這種場合下必須經常更換膜頭。判斷探頭中電極的好壞只需看顏色即可，參考電極應是黑灰色，陰極（金電極）應呈黃色，而反電極必須發亮，否則應進行清洗或再生。五、結束語 隨著我國對水資源保護的日益重視，污水的凈化處理顯得越來越重要，而與之配套的處理過程所需的檢測儀錶是必不可少的。水質分析儀作為污水處理行業中最重要的儀錶，除了選型和安裝正確以外，定期的維護和標定也十分重要，而且是使儀錶能夠真正發揮作用的關鍵所在.

水質分析儀在使用過程中應該注意以下問題：

1、系統全密閉問題。卡爾-費休試劑液路部分連接一定要緊固，從試劑瓶到計量泵再到反應池，否則發生試劑泄漏將直接影響測試結果。其不密閉的另一個問題是測試時由於卡爾費休試劑在試驗中吸收空氣水分，會導致滴定終點延遲。

2、取樣的準確問題。在標定卡爾-費休試劑時需要取用10mg水，盡量使用10ul取樣器，這樣不但準確、速度快，還能夠防止水滴粘附。同樣地，取用甲醇試劑、乙酯也有類似的問題，取放完畢后應注意盡量縮短反應池打開的時間。

3、磁性攪拌速度調整。在反應池中，因為滴定試劑加入時在局部，與電極不在一處，因此攪拌速度最好以快到不形成湍流為止，這樣可以最快達到終點。

4、滴定速度設定應先快后慢。滴定時先快速以盡量縮短試驗時間，而在接近終點時應變慢，這樣可提高計量精確度。

5、當日試驗完畢后，一定要排空系統中的卡爾-費休試劑，然後用甲醇清洗乾淨，千萬不能用水清洗系統，因為其不容易揮發，將造成下次試驗時卡爾-費休試劑標定不實。

6、水分測定儀應該遠離強磁場，避免工作時電子顯示跳動，出現不正常現象。手動的水分測定儀，因為必須使用玻璃自動滴定管計量卡爾-費休試劑和甲醇溶劑，而玻璃滴定管本身因為平衡壓力的關係，又必須與外界接通。

7、系統盡量密閉。手動的水分測定儀需要在吸球管路和玻璃滴定管上口加接填充乾燥劑的U型管，以便減少空氣水分對測試結果的干擾。在空氣相對濕度大於70%的環境下，應盡量不安排水分測試。

8、在調整滴定管的滴定速度時，最好調整到1滴/秒。滴定速度太快將導致到達終點時產生的延時誤差較大；而滴定速度太慢則會延長測試的過程，上述干擾容易導致遲遲不到達終點。