水質監測系統中高錳酸鹽指數在線分析儀常見故障分析

姚德飛 鄒爽 王國勝 王健良 龍見翔

摘要：高錳酸鹽指數是我國地表水自動監測的重要指標之一，隨著我國排污總量控制制度的實行，高錳酸鹽指數在線自動分析儀在全國水質監測系統中得到了廣泛的應用。本文闡述了高錳酸鹽指數在線自動分析儀的工作原理、常見故障和運維要點，并結合水站經驗提出相應的故障解決措施與建議。

關鍵詞：高錳酸鹽指數；水質監測；高錳酸鹽指數在線分析儀；日常維護；故障分析

中圖分類號：X853 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2016）05-0080-06

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2016.05.020

The common failure analysis of permanganate index on-line analyzers

in the water quality monitoring system

Yao Defei1， Zou Shuang2， Wang Guosheng1， Wang Jianliang2， Long Jianxiang2

（1. Zhejiang Province Environmental Monitoring Center， Hangzhou 310011；

2. Hangzhou Grean Water Science & Technology Inc.，Zhejiang 310015）

Abstract：Permanganate index is an important indicator of surface water quality automatic monitoring. With the implementation of total quantity control of pollutant discharge， the permanganate index on-line analyzer has been widely used in the national water quality automatic monitoring system. The measuring principle， maintenance essentials and common failures of the permanganate index on-line analyzer has been expounds in this paper， and puts forward the corresponding fault solving measures and suggestions based on maintenance experience of the water quality monitoring center.

Keyword：Permanganate index；Water quality monitoring；Permanganate index on-line analyzer；Daily maintenance；Failure analysis

隨著我國對排污總量的控制，水質在線自動監測變得尤為重要。目前，我國已建成運行100多個國家級水站，形成了覆蓋國家重點水域的自動監測網絡[1]。實現了對水質情況和污染情況實時準確監測，達到了預警預報重大或流域性水質污染事故及監督污染排放總量的目的。各省市也根據自身實際情況，建立了地方性自動水質監測系統，廣泛應用于飲用水水源監測、區域河流斷面監測和區域預警監測等。水質自動監測站通常有五參數、氨氮、總有機碳及地方特征因子等在線自動分析儀器。COD（化學需氧量）是指在一定條件下，以化學方法測量水樣中還原性物質被強氧化劑氧化時所消耗氧化劑相對應的氧的質量濃度[2]，它是一個重要的而且能較快測定的有機物污染參數。其中，CODMn （高錳酸鹽指數） [3，4]是指在一定條件下，用高錳酸鉀將水樣中的某些有機及無機還原性物質氧化，并根據高錳酸鉀的消耗量來計算相對應的氧的質量濃度[5-7]；它是反映水體中有機及無機可氧化物質污染程度的綜合性水質評價指標，在水質監測中具有重要意義，因此高錳酸鹽指數在線自動監測儀應運而生。

隨著科技的不斷發展，高錳酸鹽指數在線自動監測儀在性能、使用和維護方面也不斷完善，但在使用過程中仍然存在較多問題急需解決。例如對各種型號的自動監測分析儀應該如何維護、保養，對出現的或隱藏的故障能否及時地發現、分析和排除，從而使分析儀處于最佳的工作狀態，以保證監測數據的完整性、準確性和及時性。本文結合浙江省實際情況與站點運維管理經驗，對科澤K301型和DKK 203A型高錳酸鹽指數在線自動分析儀的日常運維要點和常見故障進行了總結與分析，并提出相應的解決方法與建議，希望能為水質自動監測站的運維與管理提供參考。

1 CODMn（高錳酸鹽指數）在線自動分析儀概述

CODMn在線自動分析儀是綜合運用現代科技技術的智能化產品，用自動儀器取代了人為的滴定和移液過程，采取自動化和機械化的方法斷定滴定終點，減小了誤差，廣泛應用于河水、地表水在線自動監測。

1.1 CODMn在線自動分析儀工作原理

高錳酸鹽指數是反映水體中有機及無機可氧化物質污染的常用指標[8]，也是我國地表水自動監測的主要指標之一。如表1所示高錳酸鹽指數在線分析儀主要有高錳酸鉀法、生物法和紫外光譜法這三種[9，10] ，高錳酸鉀法為最常用的方法。其中方法（1）高錳酸鉀氧化-光度滴定法和方法（2）高錳酸鉀氧化-氧化還原滴定法原理上基本相同（只是在終點指示方式上存在差異）：即在高溫下酸介質中加入適量的高錳酸鉀氧化水樣，反應一段時間后，添加等量的草酸鈉溶液，未反應的高錳酸鉀和當量的草酸鈉做出反應，過剩的草酸鈉被殘留，再次用高錳酸鉀反滴定草酸鈉，最后通過計算得出高錳酸鹽指數。兩者區別主要是方法（1）通過光敏電熱絲來檢測反應中顏色變化來控制反滴定進程[11]；方法（2）則是通過氧化還原電極（ORP電極）測定氧化還原電位來控制反滴定進程[12]。方法（3）為高錳酸鉀氧化消解后直接測定反應液吸光度，計算得出高錳酸鹽指數。

1.2 CODMn在線自動分析儀應用現狀

目前，國內市場上高錳酸鹽指數在線分析儀既有國際品牌產品，也有國內品牌產品。常見的有德國科澤K301型、日本DKK COD-203型、法國SERES2000型、湖南力合LFKM-D2001型和杭州澤天WDet-5000MN型等。但是目前國內水質自動監測系統中仍以國際品牌為主，其中約80%為法國SERES、德國科澤和日本DKK。國內外常見機型的性能指標如表2所示。

關于滴定終點的判斷主要有比色法和電橋法。比色法是通過滴定終點水樣顏色變化導致的光度變化來判定，電橋法則是通過滴定終點水體電橋的電流躍升來判定。從表2可知以LFKM-D2001型和WDet-5000MN型為代表的儀器主要采用比色法來判定滴定終點。采用比色法容易導致終點判定延遲，同時高錳酸鉀溶液顏色也會對終點判定產生影響；而且采用分光光度法測定時隨著使用時間的增加其光源強度不斷降低，相應參數也發生變化，因此需要不斷的校準或調整系統，導致了工作量的增加和儀器穩定性的降低。但是ORP電橋法卻不存在此類問題，其不但能夠較好的測定數值，而且在避免試劑中高錳酸鹽溶液的顏色對終點判定影響的同時還避免了部分低濃度離子干擾。因此結合浙江省水質特點，省地表水水質自動監測系統選用科澤K301型和DKK COD-203A型這兩種使用ORP電橋法判定滴定終點的CODMn自動分析儀進行日常監測工作。

2 CODMn在線自動分析儀常見故障分析與處理

CODMn在線自動分析儀是目前國內水質自動監測行業中使用非常普遍的一種儀器，但是該儀器在日常使用過程中也存在著一些常見的故障，本文結合省水質監測中心實際情況和經驗分別對科澤K301型和DKK203型兩種不同的CODMn分析儀的各種常見的故障進行了分析和解決。

2.1 科澤K301型CODMn分析儀

科澤K301型CODMn分析儀是使用較多的進口儀器，在交接斷面和湖庫水中均有使用。其主要基于全自動非連續反滴定原理[13]，在酸性條件下于95℃時用高錳酸鉀對待測水樣進行氧化的方法來測定CODMn的。圖1為科澤K301型的具體工作流程圖：待測水樣通過進樣口進入蠕動泵后在反應槽內和高錳酸鉀、硫酸一起經加熱電極加熱至95℃（加熱過程中蒸發的溶液經冷凝管冷凝回流至反應槽內減小測量誤差）消解一段時間后加入當量的草酸鈉還原剩余的高錳酸鉀；然后用高錳酸鉀反滴定殘余的草酸鈉，根據ORP電極測定還原氧化電位控制反滴定程序，最后得出CODMn數值。

在日常使用過程中，科澤K301出現的故障主要體現在報警/校準異常和溫度/滴定/電位錯誤等幾個方面，表3為科澤K301型常見故障分析。

2.2 DKK 203A型CODMn分析儀

DKK 203A型CODMn在線分析儀是在100℃的環境下采用酸性高錳酸鉀法以氧化還原電位滴定法進行測量的。具體工作流程圖如圖2所示：儀器取水樣進入水樣計量杯后在反應槽內與硫酸、高錳酸鉀在加熱槽加熱到100℃進行消解反應，30min后加入草酸鈉試劑，然后通過高錳酸鉀滴定泵進行反滴定過程直到白金電極電位跳起后測得CODMn數值。

使用過程中，DKK 203A型出現的故障主要體現在無法發送測量試劑、無法測量水樣、加熱槽溫度無法上升、測定值異常、高錳酸鉀溶液無法注入等幾個方面，表4為DDK 203A型常見故障分析。

3 CODMn在線自動分析儀日常運維

能否及時、定期做好在線分析儀的日常運維，是保證儀器正常使用以及監測數據有效性和可靠性的重要前提。日常運維中定期更換儀器的檢測試劑，保證試劑充足，防止試劑變質；更換試劑后及時對儀器進行校準，根據校準數據判斷試劑和儀器是否正常[14]；做好質量保證和控制工作，對儀器進行周期性質控檢查；做好實驗室比對工作，每天觀察數據是否異常；每周做好巡查工作，巡查工作應注意儀器中試劑剩余情況、測量數據情況和管路情況。結合省地表水水質監測中心管理經驗，本文總結出以下幾點運維要點：

（1）水質監測站進行巡檢時，重點檢查進樣管道和試劑管道內是否有氣泡，如有氣泡應及時去除， 否則會導致測量結果偏差較大；

（2）儀器標定前和更換試劑后， 應實現泵的初始化， 避免標樣或更新后的試劑進入監測室；

（3）由于磨損，蠕動泵的導管必須定期更換，蠕動泵的導管磨損并不主要是機械原因導致的，多數是由化學試劑腐蝕造成的。因此，導管的更換周期一般取決于所使用的化學試劑種類。通常，我們每六個月更換一次蠕動泵的導管，每兩年更換一次其它導管；

（4）每次更換試劑后及時將高錳酸鉀溶液進樣管道與草酸鈉溶液進樣管道對換，避免高錳酸鉀溶液進樣管道的堵塞。

（5）科澤K301型高錳酸鹽在線分析儀更換試劑之后需要手動控制各個泵閥進行管路潤洗；潤洗時應注意控制清洗水進水開關大小（清洗水過大會使水漫出，過小則不能夠保證每次測試完之后參比電極頭部浸沒在水中）；

（6）DKK 203A型高錳酸鹽在線分析儀需定期用鹽酸清洗鉑電極頂端，以保證兩電極置于清水中的電位；并且每三個月對儀器進行一次滴定計量器的清洗和滴定泵泵頭硅油的補充。

4 總結與展望

目前國內水質監測中心高錳酸鹽在線分析儀主要以國外產品為主，雖然儀器性能良好，但是維修備件及現場服務價格昂貴。而且此類設備整體技術比較復雜，工作人員不僅需要扎實的化學、電氣和自控理論知識，還要有較強的實操能力并且要勤于觀察，不斷總結經驗，及時、定期做好相應的維護工作，最大限度降低故障發生率。

雖然高錳酸鉀在線分析儀已經在國內水質自動監測系統中得到了廣泛的應用，但是其在使用和發展上仍舊存在許多問題。相信今后隨著國家有關方法標準的出臺、儀器廠商自身進一步規范及儀器本身功能的增強，高錳酸鉀在線分析儀依舊能繼續被重視和使用。

參考文獻

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