石油化工水處理工藝中自動檢測分析儀表探討

劉智超(中海油氣(泰州)石化有限公司，江蘇 泰州 225300)

0 引言

石油化工生產中，會產生大量的工業廢水，為響應國家環保的政策要求，必須對工業廢水進行處理達標后方可排放，減輕工業廢水對生態環境的危害和影響。隨著科學技術和信息技術的發展，在線檢測分析儀表在水處理工藝中的應用具有自動化特點，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。針對常規的在線檢測分析儀表在石油化工水處理工藝中的應用進行技術探討。

1 水處理中檢測分析儀表的主要類型

水處理工藝的波動會對水中的流量、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，大多數是由傳感器、變送器、顯示器等部分組成[1]。

2 自動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的流量，簡單來說就是測量明渠或管道內的流體流量。按照工作原理，常見的流量計分為差壓式、液面式、超聲波式、電磁式等類型。以電磁流量計為例，采用電磁感應原理，根據導

電流體通過外加磁場時產生的電動勢測定流量，可知電磁流量計的精度高、無壓損、水路形式優；測量時不受流體密度、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，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附著上，便可測量出進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單、后期維護工作量較小等優點。

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，常見的液位計分為差壓式、靜壓式、吹氣式、浮子式、超聲波式等類型，性能比較如表1所示。

表1 不同類型液位計的性能比較

以超聲波式液位計為例，測量中由傳感器發出超聲波脈沖，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，通過計算聲波發射和接收的時間差計算液位值。超聲波式液位計測定液位時精度良好，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性；且超聲波式液位計價格低、體積小、重量輕、使用壽命長，具有較高的性價比。但需注意的是超聲波式液位計有盲區，安裝時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，能對水位進行實時監控，并將測定數據傳輸至DCS控制器上，進行數據分析、處理和存儲，方便操作人員根據測定結果調整工藝參數。

2.3 pH測定儀

pH計用來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檢測器時，兩電極和被測溶液形成化學原電池。原電池的兩個電極間產生電動勢，該電勢的大小和被測溶液的pH成對數關系，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測定儀使用時電極是關鍵，技術要點如下：(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，需防止儀器損壞；(3)新電極或長時間不用的電極，用前在蒸餾水中浸泡，減小電極內阻；(4)測量時，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行評估，還是處理過程的不同階段，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：傳感器發射紅外光源，污水吸收、反射、散射后，僅有一部分光線到達檢測器上，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，根據設定時間自動定時清洗，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，難以對污泥濃度進行及時準確控制。應用較為廣泛的哈希污泥濃度計LXV.328.99.100 02防爆型浸入式探頭在測量時，將其安裝在曝氣池、沉淀池、濃縮池、回流渠等部位。基于雙光源八光束相互補償技術下，采用波長860 nm的紅外脈沖光線，兩個光源同時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：水中的氧透過隔膜后被工作電極還原，產生的擴散電流和氧濃度成正比，測定電流經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，存儲間隔時間在5～60 s之間可調，安全性高、不易丟失。

在水處理工藝中，基于活性污泥法進行OOC改良后，在曝氣池內圈出好氧區，通過增加污水中的氧含量使污染物通過活化泥漿被分解出來，達到污水凈化的目的。安裝溶解氧測定儀時必須安裝規范，其測量范圍是0.05～10.00 mg/L，即可對水中的溶解氧濃度進行實時監控，并將結果傳輸至控制系統中心。在PLC的程序設定中，當實測濃度值低于設定值時，系統發出指令，鼓風機啟動向曝氣池內充氧；當實測濃度值超過設定值時，系統發出指令，鼓風機自動停止運行。在曝氣池內，精準控制水中溶解氧的濃度，既能滿足好氧菌群的需求，提高菌群的生化能力；又能降低能耗，延長設備的使用壽命。

3 手工監測和自動監測的結果比較

3.1 實驗方案

為了比較手工監測和自動監測的結果，突出自動檢測分析儀表的優勢。本研究選取某石油化工企業的6個廢水排放點作為采樣點，在每個采樣點，同一指標使用3臺型號相同的設備采集數據，即每個指標有18組數據。監測指標包括氨氮(NH3-N)、總磷(TP)、化學需氧量(COD)、酸堿度(pH)。

自動監測時，使用在線監測儀進行布點檢測，滿足《水污染源在線監測系統(CODCr、NH3- N等)安裝技術規范》要求。手工監測時，每月隨機選取4天，對采集的樣本進行檢測，要求送檢時間6 h以內。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，設置空白平行測試、標準物質測試等質控方案，以保證手工監測數據的準確性。

3.2 操作方法

3.2.1 實驗要求

第一，自動監測時，外界溫度、濕度、電流、電壓等因素均會影響設備監測結果，對此在采集點采取恒溫、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，比對實驗結果顯示，選用11個標準溶液系列進行檢驗，反應溫度的穩定性好、副反應少，采集的數據更加準確。第四，在每個采樣點，每月進行4次采樣手工監測，并和相同時間段的在線監測數據進行比較。第五，自動監測設備均具有自我校準功能，標準曲線至少標定6個點，相關系數R≥0.999。

3.2.2 相對誤差計算

每次采樣時，手工監測和自動監測數據為一組，每個采樣點能得到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為自動監測結果；X2為手工監測結果。RE值越接近0，說明相對誤差越小；RE值越接近1，說明相對誤差越大。

3.3 結果分析

進行為期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%以內，NH3-N、TP、COD數據的RE值在15%以內占比分別是84.73%、91.32%、90.28%；(2)分析自動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，反應時間長；污水廢水的預處理不到位；儀器設備本身存在精度問題等；(3)依據《國控地表水自動監測治理管理規定》，自動監測設備測定的NH3-N、TP、COD、pH指標，相對誤差控制在±15%以內即為合格，因此本次實驗證實自動監測設備得到的測定結果具有可靠性，如表2所示。

表2 手工監測和自動監測數據的相對誤差比較

在石油化工企業的廢水排放點采樣，對NH3-N、TP、COD、pH四項指標進行手工監測和自動監測，結果顯示對比合格率分別是84.73%、91.32%、90.28%、100%，滿足規范中的要求，說明自動監測設備得到的測定結果具有可靠性。

4 自動檢測分析儀表的發展方向

隨著生物、化學、信息技術的進一步發展，自動檢測分析儀表的發展方向是：(1)高精度。自動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)網絡化。在信息技術的支持下，自動檢測分析逐漸形成網絡化結構，將水處理的每一個環節整合起來，并且融入到企業生產運營管理中。(3)智能化。自動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，而且人機互動性不斷改善，更符合實際檢測工作的要求[2]。

5 結語

綜上所述，石油化工企業在水處理工藝中通過對比手工監測和自動監測結果，表明自動監測設備得到的測定結果具有可靠性。未來，自動檢測分析儀表向著高精度、網絡化、智能化的方向發展，在石油化工行業的應用前景廣闊，以實現節能環保的發展目標。