氨氮分析儀在煤化工污水處理中的應用

李明亮

(中國五環工程有限公司 電控室，武漢 430223)

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氨氮分析儀在煤化工污水處理中的應用

李明亮

(中國五環工程有限公司 電控室，武漢 430223)

稿件收到日期： 2015-05-11，修改稿收到日期： 2015-08-13。

煤化工是國內發展最快的產業之一，目前主流的煤氣化技術有三種：“德士古”工藝，采用水煤漿氣化技術，廢水特性為高氨氮(約500mg/L)；“殼牌“工藝，采用粉煤灰氣化技術，廢水特性為高氨氮(約300mg/L)、高氰化物(約500mg/L)；“魯奇”工藝，因氣化溫度低，廢水成分復雜，污染程度高，特性為高氨氮(約400mg/L)、高化學需氧量(約400mg/L)、高酚(約600mg/L)、高石油類(約200mg/L)。三種技術所產廢水均具有高氨氮性。氨氮的達標處理是煤氣化廢水處理的重點和難點，因而對氨氮濃度的準確測量顯得尤為重要。筆者介紹了氨氮分析儀的測量原理、特點和適用場合，提出了工程設計中選用氨氮分析儀需考慮的因素及選型注意事項。

1測量原理

氨氮分析儀主要包括比色法測量和電極法測量。本文主要介紹比色法中的光度比色法和電極法中的離子選擇電極法。

1)光度比色法氨氮分析儀。采用泵將部分經預處理后的試樣濾液傳送至混合容器中，試劑泵中加入特定比例的反應試劑，同試樣發生化學反應后，試樣顯現出某一特定的顏色。反應變色后的試樣吸收特定波長的發射光，吸光度大小與試樣中氨氮離子的質量濃度成比例關系，通過光度計測量吸光度大小從而求得氨氮離子的質量濃度。此外，為了確保測量結果精確，同時還外加一束參比光，得到不同于測量信號的參比信號，以補償、修正由濁度、污染和LED燈光源老化而產生的誤差信號。

2) 離子選擇電極法氨氮分析儀。離子選擇性電極的核心部件是覆膜，該膜對測量離子具有選擇性。覆膜上內置的離子載體能夠使特定離子(如氨氮)選擇性地移動至電極，使電荷發生變化，從而產生一個與離子濃度成比例的電化學電勢。通過一固定電勢的參比電極來測量該電化學電勢，并利用能斯特方程計算出氨氮離子的質量濃度。

2應用范圍和優缺點

光度比色法及離子選擇電極法氨氮分析儀均可用于化工廠工業廢水處理過程中的氨氮測量。兩種分析儀的優缺點見表1所列。電極法測量氨氮，試樣無需預處理，電極系統更可直接浸入廢水池中工作，適用于全天候不間斷在線監測。目前電極法測量氨氮技術已經非常成熟，以其較強的抗干擾能力及較大的量程測量范圍等優勢逐步替代比色法測量技術。

表1　比色法及電極法氨氮分析儀優缺點比較

3工程設計中需要考慮的因素

3．1工藝過程條件

氨氮分析儀的選用需要考慮的工藝條件如下：

1) 被測介質氨氮離子質量濃度測量范圍。需要明確工藝要求的氨氮離子測量的最小、最大質量濃度以方便選擇合適的氨氮分析儀以滿足工藝要求。比色法由于量程范圍小或量程分段，無法同時滿足氨氮離子最小、最大質量濃度的測量要求。譬如HACH公司的一款比色法氨氮分析儀，測量范圍有如下分段： 0．02～2．00mg/L，0．1～20．0mg/L，2．0～80.0mg/L；E+H的一款比色法氨氮分析儀，測量范圍有如下分段： 1～500μg/L，0．02～5.00mg/L，0．2～15.0mg/L，0．2～100.0mg/L。而電極法氨氮分析儀測量范圍可以達到0～1 000mg/L或更大。

2) 被測介質中氯離子及鉀離子的干擾。對于離子選擇性電極法，離子選擇性電極對其他干擾離子的選擇性以及這些干擾離子的質量濃度，都會影響部分測量信號，從而導致測量誤差。在污水的測量過程中，由于鉀離子的化學性質類似于銨離子，所以會導致測量值偏高。氯離子質量濃度過高則會導致硝氮測量值偏高。為了減少由交叉干擾引起的測量誤差，可以加裝合適的補償電極，通過測量鉀離子或氯離子的質量濃度來進行補償，因而在儀表選型設計過程中，需向工藝專業確定廢水中鉀離子及氯離子的質量濃度大小。

3) 被測介質的溫度及壓力。通常氨氮分析儀傳感器的工作溫度、壓力有一定的要求。譬如HACH公司的一款離子選擇電極法氨氮分析儀要求的水樣溫度為2～40℃，傳感器的最大承壓為30kPa。E+H的一款離子選擇電極法氨氮分析儀傳感器工作溫度為2～40℃，傳感器的最大工作壓力為40kPa。在高溫(低溫)、高壓工況下，應對被測介質進行預處理以滿足分析儀對被測試樣的溫度、壓力要求。

4) 工藝介質的腐蝕性。由于分析儀傳感器與介質直接接觸，傳感器材料的耐腐蝕性應與介質的腐蝕性相匹配。常用的氨氮分析儀傳感器材料的耐腐蝕性特性見表2所列。

3．2環境條件

1) 根據分析儀安裝使用區域是否屬于爆炸危險區域，確定是否選擇防爆型儀表。一般來說，對于一個相對獨立的污水處理裝置而言，其裝置界區范圍內屬于非防爆區域。特殊情況下，裝置內有可能某個區域屬于防爆區，其他區域屬于非防爆區，具體情況需按照電氣專業劃分的爆炸危險區域劃分圖來確定某安裝位置氨氮分析儀的防爆要求。

2) 按照GB 4208—2008《外殼防護等級(IP代碼)》的相關要求，選擇氨氮分析儀的防護等級。常見的IP等級所對應的防護能力見表3所列。

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表2　常用氨氮分析儀傳感器材料耐腐蝕特性

表3　常見IP等級防護能力

E+H的一款離子選擇性電極系統可直接浸入到被測污水介質中，整個測量系統由傳感器、電極和帶顯示及操作功能的變送器組成，可直接安裝于污水池邊。該系統傳感器的防護等級能夠達到IP68，變送器的防護等級能夠達到IP65。傳感器到變送器的專用電纜長度可根據實際情況選配，最長可達到100m。

3．3材料

1) 取樣管線材料。對于有預處理系統的氨氮分析儀或非浸入式流通式安裝的氨氮分析儀，取樣管線材質的選擇應符合管道材控等級的要求，總的原則是等同或高于管道材質。通常可選用SS316，對于污水中含有氯化物或其他特殊腐蝕性介質可以選擇S31803雙相鋼或哈氏合金C。

2) 傳感器材料。氨氮分析儀的傳感器材料通常為非金屬材料，應根據介質的組分情況及對非金屬材料的腐蝕性選擇一種合適的材料。

4選型中需要注意的問題

1) 對于臟污介質的測量，譬如污泥池中離子電極選擇法氨氮分析儀的浸入式測量，需定期對傳感器進行壓縮空氣吹掃以達到清洗目的。對于現場無壓縮空氣的場合或引入壓縮空氣較困難的場合，需隨分析儀成套配專用的自清洗空壓機，并在選型設計中加以注明。

2) 對于工藝管道中污水介質氨氮的測量，可以選用配套帶取樣裝置、預處理裝置及流通式安裝件結構的氨氮分析儀，使介質試樣符合分析儀傳感器所能承受的溫度、壓力要求。

3) 被測介質的pH值對測量結果有一定的影響，在選型設計過程中需關注被測介質的pH值范圍。E+H的一款離子選擇電極法氨氮分析儀pH在5．0～8．3時無pH補償，在5．0～10.0時帶pH補償。因此，在設計文件中應注明被測介質的pH范圍以供制造商選配準確合適的儀表。

5煤化工污水處理中應用

國內某煤制天然氣污水處理裝置及褐煤提質污水處理裝置中污水介質的工況特點： 常壓污水池及低壓工藝管道中含氨氮；污水中含有氯化物等腐蝕性介質及一般腐蝕性介質；污水介質中氨氮質量濃度有高有低。選取了污水處理裝置中4種不同工況，見表4所列。在該4種不同工況下的儀表選型見表5所列。

表4　污水處理裝置工況條件

表5　對應工況條件下的儀表選型

6結束語

煤化工污水介質中氨氮的準確測量是氨氮達標處理的關鍵因素，氨氮分析儀的合適選型是提高氨氮測量精確度的前提。工程設計中在選用氨氮分析儀時應充分掌握測量工況的各項條件及介質的腐蝕情況，了解氨氮分析儀的應用環境條件，以確保對其材料、安裝類型等的正確選用，從而提高氨氮分析儀的準確性和可靠性。

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SAMSON智能閥門定位器

SAMSON推出的3730型智能閥門定位器作為氣動控制閥的重要附屬裝置，接受控制系統或控制器輸出的電動控制信號，按預先設置關系輔助氣動執行機構調整閥位并實現準確定位。閥門定位器將輸入控制信號(給定參數w)和控制閥位行程或旋轉角(被調參數x)反饋量進行比較、處理，進而輸出相應的氣動控制信號PST給氣動執行機構。

該定位器具有以下特點：

1. 方便地安裝到任何直行程或角行程執行機構上。一種定位器，可以選擇不同安裝件和可選模塊適用于單/雙作用執行機構。

2. 只有一個簡單的旋轉操作按鈕，集選擇、確認功能于一身。現場可方便地進行調試，菜單調用操作。

3. 具有LCD液晶顯示，在現場即可觀察定位器工作狀態，方便讀數。顯示屏可以軟件設定180°旋轉顯示，使定位器安裝位置更加靈活，易于操作。

4. 在緊急狀態、同時生產裝置不允許控制閥進行全行程動作情況下，使用“Sub”初始化模式(代入法)對閥門定位器進行啟動。

5. 所有參數長久存儲在EEPROM存儲器(電源故障保護)。

6. 輸出信號壓力限值可調。

7. 2個可組態的閥位報警，可選的模擬量閥位變送器模塊。

8. 自診斷；報警可以通過故障報警接點。

9. 集成EXPERT專家診斷軟件，免費攜帶專家診斷功能。免費使用TROVIS-VIEW軟件經SSP串行接口由PC機進行組態。(薩姆森控制設備(中國)有限公司)

摘要：煤化工污水具有高氨氮的特性，對氨氮的準確測量是其達標處理的關鍵因素。探討了氨氮分析儀的測量原理，比較了兩種不同測量方式的優缺點及應用范圍。詳細介紹了氨氮分析儀在工程設計中應考慮的因素。介紹了氨氮分析儀在煤化工污水處理裝置中的幾個應用案例。

關鍵詞：氨氮分析儀測量原理比色法離子選擇性電極法傳感器材料腐蝕性

Application of Ammonia Nitrogen Analyzer in Wastewater Treatment of Coal Chemical IndustryLi Mingliang

(Wuhuan Engineering Co． Ltd．， Wuhan， 430223， China)

Abstracts： Wastewater of coal chemical process is with characteristic of high content of ammonia nitrogen． Accurate measurement of ammonia nitrogen is the key factor to meet standard treatment requirement． Measurement principle of ammonia nitrogen analyzer is discussed． Advantages and disadvantages and application range of two different measuring modes of ammonia nitrogen analyzers are compared． Factors to be considered in engineering design of ammonia nitrogen analyzer are introduced in detail． Several application cases of ammonia nitrogen analyzer in wastewater treatment plant of coal chemical process are introduced．

Key words：ammonia nitrogen analyzer; measurement principle; colorimetry; ion selection electrode method; sensor material; corrosivity

中圖分類號：TQ056．1+6

文獻標志碼：B

文章編號：1007-7324(2015)05-0032-04

作者簡介：李明亮(1983—)，男，湖南臨湘人，2011年畢業于中南大學控制科學與工程專業，獲碩士學位，現就職于中國五環工程有限公司電控室，從事自控工程設計工作，任工程師。