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1、第9章 环境及污染源的自动检测技术,第9章 目录,9.1 水环境质量与水污染的自动检测技术,9.1.1 概述,水质是水的质量的略语。 水质监测 可分为环境水体监测和水污染源监测。 环境水体 包括地表水（江、河、湖、库、海水）和地下水；水污染源包括生活污水、医院污水及各种废水,用于地表水测定的项目 水温、pH值、溶解氧、电导率、浊度、高锰酸盐指数、氨氮和总有机碳 我国的污水监测项目: pH、化学需氧量（或总有机碳）、氨氮、油类、悬浮物和不同行业排放的特征污染物（X）。,9.1.1 概述,9.1.1 概述,水质自动监测仪器基本功能： 仪器基本参数和监测数据的存储、干运转和断电保护，来电自动恢复；
2、自动量程转换； 遥控、标准输出接口和LCD数字显示或其他现场显示方式； 定期自动清洗（在清洗时具有数据锁定功能）； 状态自检和故障报警、故障诊断功能（如：发生液体泄漏、管路堵塞、超出量程、仪器内部温度过高、试剂用尽、高/低浓度、断电等情况）； 可自动连续式或间歇式（时间间隔可调）检测； 抗电磁干扰（EMC）能力； 密封防护箱体及防潮功能。,9.1.1 概述,9.1 水环境质量与水污染的自动检测技术,常规五参数 水温、pH、溶解氧（DO）、电导率和浊度 pH和DO可直接用于评价水质类别 水温、电导率和浊度主要用于辅助的水质监测 用于污水监测时可选用五参数中的四参数，即水温、pH、电导率和浊度，对
3、污水排放起辅助监视作用。,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,如图9-1所示，常规五参数分析仪主要由采水设备、监测仪器、及附属设备组成，可连续监测水温、pH、溶解氧、电导率、浊度这五个一般性的水质指标。该监测系统可进行连续或间断自动监测。,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,1水温 水温的测量应在现场进行，常用的测量仪器有水温计、深水温度计、颠倒温度计等；自动测量一般采用热敏电阻温度计。 水温计法 温度计通常用于测量表层水温。水温计是水银温度表，下端连接贮水杯，温度表水银球部悬于杯中，其顶端拴以一定长度的绳子。 测量范围通常为641，最小分度为0.2，测量时，将其插入一定深度的水中，放
4、置5min后，迅速提出水面并读数。,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,颠倒温度计法 颠倒温度计用于测量深层水温度，一般装在采水器上使用。它由主温表和辅温表构成。测量时，将其沉入预定深度水层，感温7min，提出水面后立即读数，并根据主、辅温度表的读数，用海洋常数进行校正。 热敏电阻温度计 测量水温一般用感温元件如热敏电阻或铂电阻做传感器。如图9-2所示,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,将感温元件浸入被测水中并接入平衡电桥的一个臂上，当水温变化时，感温电阻随之变化，则电桥平衡状态被破坏，有电压讯号输出，根据感温元件电阻变化值与电桥输出电压值的定量关系实现对水温的测量。,9.1.2 常
5、规五参数及其自动检测技术,2pH值 pH值表示水的酸碱性的强弱 天然水的pH多在59范围内；饮用水的pH要求在6.58.5；工业废水的pH会因其所含酸、碱量不同而有较大差异。 1）测量方法及原理 比色法、玻璃电极法（GB/ 6920-86）、锑电极法、氢醌电极法。,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,玻璃电极法 pH玻璃电极为指示电极，饱和甘汞电极为参比电极 原电池反应： 电池的电动势符合能斯特方程。当待测溶液的温度为25时，电池的电动势（E）与被测溶液的pH值有如下关系：,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,只要测得E电池，就能求出被测溶液pH
6、。在实际测定中，以已知pH值的溶液作为标准进行校准，用pH计直接测出被测溶液的pH。,设pH标准溶液和被测溶液的pH分别为pHs和pHx，其相应的电动势分别为Es和Ex，得： (9-2) 25条件下，二者之差每变化59mV，则相应变化一个pH单位。,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,2） pH自动监测仪 由复合式pH玻璃电极、温度自动补偿电极、电极夹、电极连接箱、专用电缆、放大指示系统及小型计算机等组成.,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,PH监视器（含ph、温度、补水等功能）,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,1、3位数字温度补偿的ph测量（淡水、海水都适用）2、自动温度测
7、量3、PRESS-N-SET全自动校准功能4、设有3个校准点PH4/PH7/PH105、永久保存校准资料6、独立水位警报功能7、自动水位补充控制功能,3DO 溶解在水中的分子态氧称为溶解氧（常用DO表示）。 1）测定方法及原理 测定方法 碘量法（GB748 9-87）及其修正法、电流测定法（Clark溶氧电极）和电化学探头法（HJ506-2009）。 清洁水可用碘量法；受污染的地表水和工业废水必须采用碘量法或氧电极法。,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,碘量法 在水中加入硫酸锰和碱性碘化钾，水中的溶解氧将二价锰氧化成四价锰，并生成沉淀。 MnSO4+2NaOH=Na2SO4+Mn(OH)
8、2（白色沉淀） 2Mn(OH)2+O2=2MnO(OH)2（棕色沉淀） 加酸后，沉淀溶解，四价锰又可氧化碘离子而释放出与溶解氧量相当的游离碘 MnO(OH)2+2H2SO4= Mn(SO4)2+3H2O Mn(SO4)2+2KI= MnSO4+I2+K2SO4 2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定释放出的碘，可计算出溶解氧含量： 测定结果按下式计算： (9-3),9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,正干扰 当水中含有能使碘离子氧化成碘的氧化性物质，会引起正干扰；有机物（如腐植酸、丹宁酸、木质素等）
9、可能被部分氧化，产生正干扰。 负干扰 若含有能使碘还原的物质则引起负干扰。 为了保证测定的准确性，应预先消除干扰物质并根据其不同而采用修正的碘量法。,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,修正的碘量法: a.叠氮化钠修正法 当水样中含有亚硝酸盐会干扰碘量法测定溶解氧，这时可采用叠氮化钠将亚硝酸盐分解后再用碘量法测定。 2NaN3+H2SO4=Na2SO4+2NH3 HNO2+NH3=N2O+N2+H2O 亚硝酸盐主要存在于经生化处理的废水和河水中，它能与碘化钾作用释放出游离碘而产生正干扰。 2HNO2+2KI+H2SO4K2SO4+2H2O+ N2O2+I2,9.1.2 常规五参数及其自动检
10、测技术,注意： 反应到此为止，当水样和空气接触时，新溶入的氧将和N2O2作用，再形成亚硝酸盐。如此循环，不断地释放出碘，将会引入相当大的误差。 当水样中三价铁离子含量较高时，可加入氟化钾或用磷酸代替硫酸酸化来消除这种干扰。 NaN3是剧毒、易爆试剂，不可将碱性碘化钾叠氮化钠溶液直接酸化,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,b.高锰酸钾修正法 该方法适用于水样中含大量亚铁离子，不含其他还原剂及有机物的情况。 用高锰酸钾氧化亚铁离子，消除干扰，过量的高锰酸钾用用草酸钠溶液除去，生成的高价铁离子用氟化钾掩蔽。测量过程同碘量法。,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,电流测定法（Clark溶氧电
11、极） 广泛应用的溶氧电极是聚四氟乙烯薄膜电极，根据其工作原理，可分为极谱型和原电池型两种。极谱型溶氧电极的结构如图9-4所示。,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,当两极间加上0.50.8V固定极化电压时，则水样中溶解氧扩散通过薄膜，并在阴极上还原，产生与氧浓度成正比的扩散电流。电极反应如下： 阴极：O2+2H2O+4e = 4OH 阳极：4Ag+4Cl=4AgCl+4e 还原电流： (9-4),9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,式(9-4)中： K比例常数； N电极反应得失电子数； F法拉第常数； A阴极面积；（mm2） Pm薄膜的渗透系数； L薄膜的厚度；(mm) Co溶解氧的分
12、压或浓度。,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,除C0以外的其他项均为定值，故只要测得还原电流就可以求出水样中溶解氧的浓度。 优点： 速度比碘量法要快，操作简便，干扰少，且能够现场自动连续检测。 缺点： 由于它的透氧膜和电极比较容易老化，需要注意保护和及时更换，又由于它是依靠电极本身在氧的作用下发生氧化还原反应来测定氧浓度的特性，所以在测量过程中样品要不停地搅拌，且需要定期更换电解液，致使它的测量精度和响应时间都受到扩散因素的限制。,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,电化学探头法 溶解氧电化学探头是一个用选择性薄膜封闭的小室，室内有两个金属电极并充有电解质。 氧和一定数量的其他气体及
13、亲液物质可透过这层薄膜，但水和可溶性物质的离子几乎不能透过这层膜。 将探头浸入水中进行溶解氧的测定时，由于电池作用或外加电压在两个电极间产生电位差，使金属离子在阳极进入溶液，同时氧气通过薄膜扩散在阴极获得电子被还原 产生的电流与穿过薄膜和电解质层的氧的传递速度成正比，即在一定的温度下该电流与水中氧的分压（或浓度）成正比。,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,溶解氧测量仪测量探头分类： 原电池型、极谱型 若测定海水、港湾水等含盐量高的水，应根据含盐量对测量值进行修正。,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,2）溶解氧自动监测仪 水污染连续自动监测系统广泛采用隔膜电极测定水中DO，测定时不受
14、水中pH、盐度、氧化还原性物质、色度和浊度等因素的影响，应用范围较广。,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,TN2509溶解氧分析仪,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,溶氧计溶氧分析仪TN2509应用于水族槽，养鱼缸，玻璃鱼池，矿业，医药研究，农业，实验室，水环境，大专院校，品质控制等领域。 量程溶氧：0 20.0 mg/L 解析度：0.1 mg./L 精确度：0.4 mg/L,4电导率 电流通过横截面积各为1cm2，相距1cm的两电极之间的电导。 1）电导率的测定原理 (9-5),9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,电阻率的倒数为电导率，以k表示。 (9-6) 由公式9-6可知
15、，当已知电导池常数Q，测出水样的电阻R后，即可算出电导率。,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,2）电导仪 水样的电导率用电导仪或电导率仪测定。 电导仪由电导池系统和测量仪器组成。电导池是盛放或发送被测溶液的容器。 分类: 平衡式电导仪、电阻分压式电导仪、电流测量式电导仪、电磁诱导式电导仪等。 平衡电桥式电导仪 其原理如图9-6所示。Rx（电导池）和R1、R2、R3组成四个桥臂，当电桥调至平衡时，则下式成立：,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,(9-7) 测量时，调节R1，使电桥输出端AB间电压减小至零（由平衡指示器得知），则电桥达到平衡，故从R1的刻度盘上可以读出被测溶液的电阻（Rx）或电导（Gx）。,9.1.2 常规五参数及其自动检测技术,电阻分压法电导仪 被测溶液电阻（Rx）与分压电阻（Rm）串联。接通外加电源后，构成闭合回路，则Rm上的分压(Em)为： (9-8),9
