SYSTEA在線分析儀在皮革污水在線監(jiān)控中的應(yīng)用

翁灼斌，汪水吉（廈門市吉龍德環(huán)境工程有限公司，福建 廈門 361008）

WENG Zhuo-bin, WANG Shui-ji

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SYSTEA在線分析儀在皮革污水在線監(jiān)控中的應(yīng)用

翁灼斌，汪水吉
（廈門市吉龍德環(huán)境工程有限公司，福建 廈門 361008）

摘 要：闡述了意大利SYSTEA在線分析儀表的測量原理、產(chǎn)品特點(diǎn)及其在皮革污水在線監(jiān)控中的應(yīng)用，介紹了皮革行業(yè)最新的水質(zhì)在線監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行過程和性能特點(diǎn)等。

關(guān)鍵詞：皮革污水；在線分析儀；水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)

Application of SYSTEA Analyser on Line in Leather Sewage Monitoring on Line

WENG Zhuo-bin, WANG Shui-ji

1　引言

制革、毛皮加工工業(yè)是輕工行業(yè)繼造紙和釀造工業(yè)之后的第三大污染工業(yè)，制革廢水的污染是制革、毛皮工業(yè)主要污染源之一。在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展初期，由于環(huán)境保護(hù)意識不足和經(jīng)濟(jì)等方面的原因，致使環(huán)境遭到了嚴(yán)重污染，我國一些制革工業(yè)集中地區(qū)，如河南、河北、浙江等省的一些地區(qū)的地下水已遭受嚴(yán)重污染。所以，能否有效地解決制革、毛皮工業(yè)的污染問題，已成為關(guān)系到我國制革、毛皮工業(yè)能否繼續(xù)生存、健康穩(wěn)定發(fā)展的瓶頸，也直接關(guān)系到我國皮革行業(yè)能否健康可持續(xù)發(fā)展。

皮革和毛皮種類繁多，根據(jù)其品種不同加工工藝也有很大差別。皮革加工大致分準(zhǔn)備、鞣制和整飾三個工段，但每個工段又包括很多工序，一般的皮革和毛皮加工有數(shù)十道甚至上百道工序。 制革及毛皮加工工業(yè)污水成分復(fù)雜，污染物濃度高，含有石灰、染料、蛋白質(zhì)、鹽類、油脂、氨氮、硫化物、鉻鹽以及毛、皮渣、泥砂等對環(huán)境有害的物質(zhì)。

污染物主要有：COD、BOD、硫化物、氨氮、三價鉻等。

制革和毛皮加工的前工序基本都是在水中進(jìn)行的，因此耗水量較高。化工原料加到浴液中，原料皮不可能將化工原料完全吸收，而且有的化工原料吸收率很低，如制革生產(chǎn)中的浸灰脫毛工序，所使用的石灰、硫化鈉和硫氫化鈉的吸收率只有10%～30%，從轉(zhuǎn)鼓中排出時硫化物濃度高達(dá)5000mg/L，COD達(dá)數(shù)萬mg/L；成品皮革和毛皮是由原料皮加工而來，原料皮的加工過程就是加工膠原蛋白和角蛋白的過程，加工過程中，大量膠原和毛發(fā)被分解，以蛋白質(zhì)的形式進(jìn)入廢液中，增加了廢水中的污染負(fù)荷，特別是氨氮濃度很高；在制革過程中還使用了三價金屬鉻作為鞣劑，雖然可以回收，但回收鉻用到制革過程中會影響成品革的質(zhì)量，利用率較低。這些污染物如果不治理，會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

鑒于皮革行業(yè)污水成分復(fù)雜、污染物濃度高、不加以嚴(yán)格控制會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染的現(xiàn)狀，國家對皮革行業(yè)污水排放口的在線監(jiān)控都實(shí)行了最高標(biāo)準(zhǔn)的國控，要求必須安裝COD、氨氮、總氮、總鉻、硫化物等在線監(jiān)控設(shè)備，實(shí)時監(jiān)控污水的各項(xiàng)指標(biāo)，并實(shí)時傳送數(shù)據(jù)到國家環(huán)保監(jiān)控平臺。

意大利SYSTEA系列在線監(jiān)測儀表是目前世界上為數(shù)不多的測量參數(shù)齊全、可滿足不同水質(zhì)測量要求的國際品牌分析儀器。SYSTEA系列在線監(jiān)測儀表因?yàn)橥瞥鰰r間較早，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)的各種復(fù)雜現(xiàn)場運(yùn)行了很長時間，針對各種復(fù)雜水質(zhì)和環(huán)境，經(jīng)過不斷地改進(jìn)，現(xiàn)已形成了一整套完備而成熟的測試方法和儀器生產(chǎn)工藝，能滿足多行業(yè)各種復(fù)雜水質(zhì)、不同參數(shù)的測試要求。本文就SYSTEA在線COD、氨氮、總氮、總鉻、硫化物等分析儀的測量原理、產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)及其在皮革污水在線監(jiān)控中的應(yīng)用作簡要闡述。

2　測量原理

2.1COD在線分析儀

測量流程如圖1。樣品經(jīng)過濾后，被泵入混合管中，添加重鉻酸鉀、硫酸銀、硫酸及硫酸汞后曝氣充分混合后被泵入消解管中加熱到175℃，待完全消解后，分析儀在460nm處測量生成的綠色物質(zhì)的OD值，并依據(jù)存儲在分析儀里的校正因數(shù)計算出樣品中COD的濃度。

為確保測量的準(zhǔn)確性及安全性，儀器配備了酸氣吸收系統(tǒng)、取樣管路水樣空氣檢測報警系統(tǒng)、冷凝回流系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及泄漏、高低限等報警系統(tǒng)等，根據(jù)測量量程的不同，儀表的進(jìn)樣量、加藥量及進(jìn)樣、加藥順序會有所不同。

圖1 測量流程

2.2氨氮在線分析儀

如圖2所示，樣品經(jīng)過濾后被泵入LFA反應(yīng)器里，分析儀添加R1（苯酚、硝普鈉、酒石酸鉀及氫氧化鉀）及R2（二氯異氰尿酸鈉）并加熱到50℃，樣品在硝普鈉作為催化劑的堿性條件下與苯酚、酒石酸鉀、二氯異氰尿酸鈉反應(yīng)，待充分混合及反應(yīng)后，分析儀在660nm處測量反應(yīng)生成藍(lán)色物質(zhì)的OD值，并依據(jù)存儲在分析儀里的校正數(shù)據(jù)計算出樣品的濃度。

為了確保測量的準(zhǔn)確性，儀器配備了取樣管路水樣空氣檢測報警系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、泄漏、高低限等報警系統(tǒng)等，采用精確稀釋系統(tǒng)滿足不同量程多通道測量的要求。

圖2 氨氮在線分析儀流程

2.3總氮在線分析儀

如圖3所示，樣品經(jīng)過過濾后，被泵入LFA反應(yīng)器里。先注入氧化劑R4和R5并進(jìn)行高溫UV消解，把水樣中的氮氧化成NO3-。然后用氫氧化鈉溶液稀釋樣品，之后添加的硫酸銅與硫酸肼，將所有的硝酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)閬喯跛猁}。最后添加磺胺（SAA）和萘乙二胺二鹽酸鹽（NED），待充分混合及反應(yīng)后，分析儀在525nm處測量生成紅色反應(yīng)物質(zhì)的OD值，并依據(jù)存儲在分析儀里的校正數(shù)據(jù)計算出樣品的濃度。

圖3 總氮在線分析儀流程

為確保測量的準(zhǔn)確性，儀器配備了取樣管路水樣空氣檢測報警系統(tǒng)、高溫加熱系統(tǒng)、UV紫外消解系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、泄漏和高低限等報警系統(tǒng)等。

2.4總鉻/六價鉻在線分析儀

如圖4所示，樣品經(jīng)過濾后，被泵入LFA反應(yīng)器里。先添加硫酸及過硫酸鉀并加熱到100℃將所有形態(tài)的鉻轉(zhuǎn)化為六價鉻，然后再添加二苯碳酰二肼，待充分混合及反應(yīng)后，分析儀在525nm處測量生成紅色反應(yīng)物質(zhì)的OD值，并依據(jù)存儲在分析儀里的校正數(shù)據(jù)計算出樣品的濃度。測量六價鉻時無需加熱，直接添加顯色劑顯色測量。

為確保測量的準(zhǔn)確性，儀器配備了取樣管路水樣空氣檢測報警系統(tǒng)、高溫加熱系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、泄漏和高低限等報警系統(tǒng)等。

圖4 總鉻/六價鉻在線分析儀流程

2.5硫化物在線分析儀

如圖5所示，樣品取入吹脫管后加入NaOH調(diào)節(jié)pH，再加入硫酸鋅形成絮狀沉淀，再加入純水稀釋樣品，最后加入硫酸與雙氧水的混合溶液進(jìn)行吹脫，產(chǎn)生的硫化氫氣體被吹入LFA反應(yīng)器里，被氫氧化鈉吸收液吸收，樣品與N,N-二甲基對苯二胺鹽酸鹽、氯化鐵反應(yīng)生成對形式亞甲藍(lán)，分析儀在660nm處測量生成反應(yīng)物質(zhì)的OD值，并依據(jù)存儲在分析儀里校正數(shù)據(jù)計算出樣品的濃度。

為確保測量的準(zhǔn)確性，儀器采用吹脫法進(jìn)行硫化物分析，將水樣中的硫化氫吹脫之后用吸收液加以吸收，從而避免了復(fù)雜水質(zhì)的色度、懸浮物等干擾物質(zhì)對顯色及光度測量的影響。吹脫管內(nèi)進(jìn)行的一系列預(yù)處理措施最大程度地排除各種干擾，使吹脫率接近100%，從而確保了測試的準(zhǔn)確性，提高了該儀表對各種復(fù)雜水質(zhì)的適應(yīng)性測量能力。

圖5 硫化物在線分析儀流程

3　產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)

3.1專利保護(hù)的真空負(fù)壓加藥系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

（1）加藥量準(zhǔn)確，加藥時間以毫秒為單位，加藥精度誤差可以控制在0.05%內(nèi)，這保證了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（2）加藥量通過藥劑閥打開的時間控制，每次的加藥量可以控制在0.01～5.00mL之間。

（3）由于所用藥劑管的直徑為1.0毫米，所以在精確加藥的同時，還保證了藥劑消耗量極小。

（4）臺分析儀僅以一個蠕動泵作為動力源，這種設(shè)計既避免了由于蠕動泵工作造成的電氣干擾，又減少了分析儀的故障點(diǎn)，增強(qiáng)了分析儀長時間工作的穩(wěn)定性。

（5）專利的設(shè)計延長了蠕動泵管的使用壽命（見圖6），一般的蠕動泵管僅能用三個月，SYSTEA系列分析儀的蠕動泵管的適用壽命均在一年以上。

3.2儀器主要技術(shù)指標(biāo)

（1）測量方法可靠

SYSTEA系列在線分析儀的測量原理均由實(shí)驗(yàn)室傳統(tǒng)國際標(biāo)準(zhǔn)方法、國家標(biāo)準(zhǔn)方法或美國國家環(huán)保署測量方法發(fā)展而來，測量結(jié)果有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)依據(jù)。

圖6 延長的蠕動泵管

（2）測量結(jié)果準(zhǔn)確

SYSTEA系列在線分析儀的各種測量結(jié)果指標(biāo)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。從而大大提高了測量結(jié)果的有效性。

（3）工作穩(wěn)定可靠

分析儀的電氣部分和水力管道部分完全分離，這種穩(wěn)定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確保了分析儀在電氣、水力等方面的高度穩(wěn)定性，保證了分析儀可以長時間運(yùn)行，符合環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域長時間連續(xù)測量的要求。

（4）安裝簡便

分析儀在出廠前通過了一系列測試，安裝時只需連接藥劑管、樣品管道、純水管道、廢液管道和電源線，設(shè)定好參數(shù)即可運(yùn)行使用 。

（5）方便可靠的自動校正功能

分析儀根據(jù)用戶設(shè)定的校正時間和校正類型進(jìn)行校正，所得結(jié)果將與原分析儀儲存的校正結(jié)果進(jìn)行比較，若小于用戶設(shè)置的誤差限值，則接受并替換原有校正參數(shù)，若大于用戶設(shè)置的限制，則不替換原有校正參數(shù)并有報警信號輸出。

（6）整機(jī)原裝進(jìn)口

所有SYSTEA分析儀均為原裝進(jìn)口，這保證了分析儀的質(zhì)量。所有分析儀均隨機(jī)附帶意大利出廠報告。

（7） 高度安全

1）水路電路完全分離，避免了由于水汽造成的故障以及漏電情況；2）分析儀的主體采用12V/20V直流供電，大大低于人體安全電壓36V；3）藥劑中所用的化學(xué)藥劑的濃度均較低，避免了由于不小心接觸到皮膚造成的傷害（COD分析儀的藥劑除外）；4）做工精巧，排線整齊有序，所有接頭均經(jīng)過絕緣處理，避免了由于不小心接觸到人體造成的傷害。

（8）低運(yùn)行成本

1）低運(yùn)行功率、省電，最高功率150瓦，待機(jī)時功率在20瓦以下；2）低純水消耗量、省水，每次測量純水消耗量在100mL以下（含管道清洗用水）；3）低藥劑消耗量、省藥。

（9）多種通訊接口

1）4～20mA模擬信號輸出可用于傳輸測量數(shù)據(jù)；2）標(biāo)準(zhǔn)RS232數(shù)字信號輸出可用于傳輸測量數(shù)據(jù)及實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制；3）提供可供設(shè)備擴(kuò)展的USB接口；4）提供可進(jìn)行PLC遠(yuǎn)程控制的開關(guān)量輸入接口；5）提供多種報警信號開關(guān)量輸出接口，可與多種設(shè)備連接。例如當(dāng)分析儀測量結(jié)果超標(biāo)時，分析儀有報警開關(guān)量信號輸出，利用該信號，可啟動自動采樣儀保存水樣，也可發(fā)出報警信號啟動蜂鳴器，指導(dǎo)現(xiàn)場工作人員進(jìn)行處理，避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

（10）提供完整的藥劑配方

提供了完整藥劑配方、分析儀所有的使用藥劑均可自行配制。

（11）提供英文版及中文版反控軟件

利用該軟件，可輕松實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。無需特殊配件，只需連接好相應(yīng)數(shù)據(jù)線，輕觸鼠標(biāo)，即可輕松實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管控（見圖7）。

4　應(yīng)用

SYSTEA儀表在國內(nèi)各類型的排放口及水質(zhì)監(jiān)測平臺均有廣泛應(yīng)用，在皮革行業(yè)中，僅以福建省為例，就有興業(yè)皮革、冠興皮革、可慕皮革等省內(nèi)知名的皮革行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，以及漳浦赤湖皮革工業(yè)園區(qū)一期11家皮革企業(yè)中的大洋、富洋、信德、泰慶、德昌、瑞森、康泰等7家皮革企業(yè)，均采用成套SYSTEA在線分析儀器及整套水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)集成方案。

本文以富洋皮革現(xiàn)場安裝情況為例，介紹SYSTEA儀表在皮革行業(yè)在線監(jiān)測中的應(yīng)用。

4.1系統(tǒng)組成

現(xiàn)場水質(zhì)在線監(jiān)測集成系統(tǒng)如圖8所示。

該系統(tǒng)主要包括COD分析儀、氨氮分析儀、總氮分析儀、總鉻/六價鉻分析儀、硫化物分析儀、pH計、超聲波明渠流量計、自動留樣儀、數(shù)據(jù)采集傳輸儀、取水單元、水樣預(yù)處理單元、穩(wěn)壓電源、PLC控制單元、防雷單元、視頻監(jiān)控系統(tǒng)及超標(biāo)報警系統(tǒng)等。

圖7 SYSTEA分析儀遠(yuǎn)程控制部分界面

圖8 水質(zhì)在線監(jiān)測集成系統(tǒng)

監(jiān)測站房嚴(yán)格按照環(huán)保要求設(shè)計，做到專室專用。配備空調(diào)控制環(huán)境溫度；配備防雷模塊及穩(wěn)壓電源確保在線監(jiān)控系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性；配備監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控站房內(nèi)及排放口的所有實(shí)時動態(tài)；配備超標(biāo)報警系統(tǒng)和自動留樣儀能夠在儀表測出超標(biāo)值時第一時間做出應(yīng)急響應(yīng)。

4.2系統(tǒng)主要功能

1）儀器檢測傳感器可實(shí)現(xiàn)自動校正功能；2）儀器具備標(biāo)準(zhǔn)樣品自動核查功能，在監(jiān)控過程中可以執(zhí)行控制系統(tǒng)的自動標(biāo)準(zhǔn)樣品核查命令，可儲存標(biāo)準(zhǔn)樣品核查數(shù)據(jù)；3）儀器具備日志記錄功能，在監(jiān)控過程中可記錄儀器的實(shí)時工作狀態(tài)日志，當(dāng)發(fā)生故障時可以及時反饋給上層信息平臺；4）儀器具備自動校準(zhǔn)功能，可實(shí)現(xiàn)自動標(biāo)樣校準(zhǔn)和遠(yuǎn)程自動校準(zhǔn)；5）儀器具備量程自動切換功能，可根據(jù)實(shí)際水樣濃度自動切換到最佳測試量程；6）儀器具備自動報警功能，當(dāng)測試樣品濃度超標(biāo)、儀器發(fā)生故障以及儀器缺試劑時可及時報警，并反饋到上層信息管理平臺；7）儀器具備多種數(shù)據(jù)查詢方式，可提供報表和圖表等多種數(shù)據(jù)查詢方式；8）儀器具備RS232 或485輸出接口。

4.3系統(tǒng)工作流程及性能特點(diǎn)

（1）各在線分析儀表按預(yù)先設(shè)定的自動監(jiān)測時間進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，各臺儀表在啟動測量之前均能獨(dú)立啟動取水系統(tǒng)，水樣實(shí)時從排放口泵入，經(jīng)過過濾系統(tǒng)后到達(dá)儀表下方的取樣杯中，儀器取樣管從取樣杯中取樣進(jìn)行分析，分析結(jié)束后實(shí)時傳輸數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)采集儀，數(shù)據(jù)采集儀將所有數(shù)據(jù)實(shí)時發(fā)送至監(jiān)控平臺，監(jiān)控中心通過平臺可以實(shí)時查看各企業(yè)排放口排水的各項(xiàng)指標(biāo)。

（2）各儀表均按環(huán)保要求設(shè)定超標(biāo)報警值，一旦某臺儀表測出超標(biāo)數(shù)據(jù)，儀表就會輸出超標(biāo)報警信號，通過鳴笛信號或報警燈信號告知現(xiàn)場工作人員有異常報警情況，使現(xiàn)場人員能在第一時間做出應(yīng)急響應(yīng)。同時儀表啟動超標(biāo)自檢功能，通過測試現(xiàn)場預(yù)置的標(biāo)準(zhǔn)溶液以驗(yàn)證儀表測試的準(zhǔn)確性，水質(zhì)自動留樣儀也在收到信號后啟動自動留樣功能，將超標(biāo)水樣冷藏留樣待環(huán)保監(jiān)管部門取樣核查。排放口超標(biāo)回流系統(tǒng)啟動，將所有可能超標(biāo)水樣全部泵入應(yīng)急水池，待確認(rèn)超標(biāo)事實(shí)后重新泵回污水處理系統(tǒng)處理。所有這些動作都在第一時間同時進(jìn)行，最大限度地杜絕了超標(biāo)廢水外排污染環(huán)境。

（3）各在線監(jiān)測儀表均能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能，操作人員在監(jiān)控中心通過網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)軟件即可實(shí)現(xiàn)對儀表的啟動測量、啟動校準(zhǔn)、啟動標(biāo)液核查等測試功能。儀表除了具備數(shù)據(jù)記錄功能外，還具備了儀器運(yùn)行情況、異常報警情況的記錄功能，使儀表的工作過程具備了可追溯性，便于環(huán)保部門監(jiān)管核查。

（4）數(shù)據(jù)采集儀實(shí)時接收各監(jiān)測儀表的數(shù)據(jù)，儲存并整理數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)報表，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)報表、圖表等多種數(shù)據(jù)查詢方式。

（5）各在線監(jiān)測儀表具備精準(zhǔn)的加藥系統(tǒng)，每次加藥量的誤差極小，并提供了各個藥劑的單次消耗量；PLC控制單元通過收集各儀表測量信號，通過統(tǒng)計次數(shù)即可計算得出各儀表各個藥劑的使用情況，并按照設(shè)定的報警值及時提示工作人員定期更換藥劑，最大限度減少了人員維護(hù)的工作量，有效提高了儀表無故障運(yùn)行。儀器測試異常或出現(xiàn)故障均會輸出報警信號，維護(hù)人員能第一時間做出響應(yīng)，最大限度地減少了儀表損壞的風(fēng)險，保障了儀表無故障運(yùn)行的時間。

綜上所述，SYSTEA儀表監(jiān)控集成系統(tǒng)，在未來較長時間內(nèi)都能滿足環(huán)境監(jiān)測的要求。儀器的超標(biāo)留樣和標(biāo)液核查功能是近年來環(huán)保部門提出的最新的監(jiān)測要求，而SYSTEA儀表在設(shè)計之初就已經(jīng)擁有這些功能；標(biāo)液核查功能、日志記錄功能和視屏監(jiān)控系統(tǒng)及現(xiàn)場配備的操作記錄等手段的綜合運(yùn)用，可在很大程度上杜絕部分企業(yè)的數(shù)據(jù)造假行為；超標(biāo)預(yù)警機(jī)制能在第一時間停止超標(biāo)污水外排，最大限度地從源頭上減少環(huán)境污染事故的發(fā)生。

中圖分類號：X832

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1006-5377（2016）03-0060-05