關(guān)鍵詞：水質(zhì)分析、特點、安裝、維護。

一、前言

　　隨著近年來我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市的工業(yè)和生活垃圾大量增加，目前對垃圾進行處理的主要方法是衛(wèi)生填埋，而進行填埋都是露天作業(yè)，垃圾經(jīng)壓實后，隨著垃圾中生物的分解及遇到雨雪天氣時，雨水和雪水滲入填埋區(qū)，會產(chǎn)生垃圾滲濾液。滲濾液屬高濃度有機廢水，濃度值變化范圍大，其中含碳?xì)浠衔?、硝酸鹽、硫酸鹽及微量銅、鎘、鉛等重金屬離子，細(xì)菌指標(biāo)很高，如不進行處理直接排入水體，將嚴(yán)重污染當(dāng)?shù)氐乃h(huán)境。為了保護水環(huán)境，必須加強對污水排放的監(jiān)測。檢測點的設(shè)計和檢測儀表（主要是水質(zhì)分析儀）的質(zhì)量對水環(huán)境監(jiān)測起著至關(guān)重要的作用，本文結(jié)合某一污水處理廠的設(shè)計談?wù)勥@方面體會。

二、水質(zhì)分析儀的工作原理

污水處理廠使用的分析儀有兩種：pH計和溶氧分析儀。
1、pH計的工作原理
　　水的pH值隨著所溶解的物質(zhì)的多少而定，因此pH值能靈敏地指示出水質(zhì)的變化情況。pH值的變化對生物的繁殖和生存有很大影響，同時還嚴(yán)重影響活性污泥生化作用，即影響處理效果，污水的pH值一般控制在6.5～7之間。
　　水在化學(xué)上是中性的，某些水分子自發(fā)地按照下式分解：H2O=H++OH-，即分解成氫離子和氫氧根離子。在中性溶液中，氫離子H+和氫氧根離子OH-的濃度都是10-7mol/l，pH值是氫離子濃度以10為底的對數(shù)的負(fù)數(shù)：pH=-log，因此中性溶液的pH值等于7。如果有過量的氫離子，則pH值小于7，溶液呈酸性；反之，氫氧根離子過量，則溶液呈堿性。

　　pH值通常用電位法測量，通常用一個恒定電位的參比電極和測量電極組成一個原電池，原電池電動勢的大小取決于氫離子的濃度，也取決于溶液的酸堿度。該廠采用了CPS11型pH傳感器和CPM151型pH變送器。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，測量電極上有特殊的對pH反應(yīng)靈敏的玻璃探頭，它是由能導(dǎo)電、能滲透氫離子的特殊玻璃制成，具有測量精度高、抗干擾性好等特點。當(dāng)玻璃探頭和氫離子接觸時，就產(chǎn)生電位。電位是通過懸吊在氯化銀溶液中的銀絲對照參比電極測到的。pH值不同，對應(yīng)產(chǎn)生的電位也不一樣，通過變送器將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)4～20mA輸出。

2、溶氧分析儀的工作原理

　　水中的氧含量可充分顯示水自凈的程度。對于使用活化污泥的生物處理廠來說，了解曝氣池和氧化溝的氧含量非常重要，污水中溶氧增加，會促進除厭氧微生物以外的生物活動，因而能去除揮發(fā)性物質(zhì)和易于自然氧化的離子，使污水得到凈化。

　　測定氧含量主要有三種方法：自動比色分析和化學(xué)分析測量，順磁法測量，電化學(xué)法測量。水中溶氧量一般采用電化學(xué)法測量。麥該廠采用了COS 4型溶氧傳感器和COM252型溶氧變送器。

　　氧能溶于水，溶解度取決于溫度、水表面的總壓、分壓和水中溶解的鹽類。大氣壓力越高，水溶解氧的能力就越大，其關(guān)系由亨利（Henry）定律和道爾頓（Dalton）定律確定，亨利定律認(rèn)為氣體的溶解度與其分壓成正比。

　　以COS 4氧量測量傳感器為例，結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中的電極由陰極（常用金和鉑制成）和帶電流的反電極（銀）、無電流的參比電極（銀）組成，電極浸沒在電解質(zhì)如KCl、KOH中，傳感器有隔膜覆蓋，隔膜將電極和電解質(zhì)與被測量的液體分開，因此保護了傳感器，既能防止電解質(zhì)逸出，又可防止外來物質(zhì)的侵入而導(dǎo)致污染和毒化。

　　向反電極和陰極之間施加極化電壓，假如測量元件浸入在有溶解氧的水中，氧會通過隔膜擴散，出現(xiàn)在陰極上（電子過剩）的氧分子就會被還原成氫氧根離子：

O2+2H2O+4e-® 4OH-。

電化學(xué)當(dāng)量的氯化銀沉淀在反電極上（電子不足）：4Ag+4Cl-® 4AgCl+4e-。

對于每個氧分子，陰極放出4個電子，反電極接受電子，形成電流，電流的大小與被測

圖1 pH測量電極（左）和參比電極（右）的結(jié)構(gòu)

圖2 三電極COS溶氧傳感器結(jié)構(gòu)圖

污水的氧分壓成正比，該信號連同傳感器上熱電阻測出的溫度信號被送入變送器，利用傳感器中存儲的含氧量和氧分壓、溫度之間的關(guān)系曲線計算出水中的含氧量，然后轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。參比電極的功能是確定陰極電位。

COS 4溶氧傳感器的響應(yīng)時間為：3分鐘后達到最終測量值的90%，9分鐘后達到最終測量值的99%；最低流速要求為0.5cm/s。

三、特點

1、pH計的特點

　　 pH電極上的玻璃隨著時間推移會逐漸老化，梯度（單位pH值變化所引起的電極輸出電位的變化值）惡化，花費較長時間才能達到穩(wěn)定電位。一般電極的使用壽命，可達兩年。另外，溫度對老化也有較大影響，100℃下貯存幾周的老化程度相當(dāng)于室溫下貯存一年的老化程度。

　　pH計具有高精度、高可靠性、安裝及維護方便等優(yōu)點，同時對污染也較敏感，需要經(jīng)常標(biāo)定，一般每隔一個到一個半月標(biāo)定一次，每兩年更換一次電極。

2、溶氧儀的特點

　　溶氧儀具有安裝方便，標(biāo)定周期長（3～4個月），對其他物質(zhì)不敏感等特點，并且能監(jiān)測隔膜和探頭內(nèi)電解質(zhì)的使用情況，一般每一至三年更換一次電解質(zhì)和隔膜。

　　COM252型溶氧變送器屬智能化儀表，帶有HART或Profibus通訊協(xié)議，還具有自診斷功能，當(dāng)發(fā)生故障時，會顯示故障代碼，提示維護人員故障所在，通過查維護手冊找出解決故障的辦法，大大降低了維護時間和工作量。

四、安裝及維護
1、pH計的安裝和維護

　 pH計的安裝方式有流通式和浸入式兩種。污水處理廠一般選用的是浸入式安裝，如該污水處理廠的pH計安裝在氧化溝的出口溢流槽內(nèi)，此處的pH值較具有代表性，且水流平穩(wěn)，對pH計不會造成大的沖擊。

　　定期的維護有助于儀表的準(zhǔn)確測量和延長儀表的使用壽命。應(yīng)當(dāng)注意傳感器和變送器之間的專用電纜不能受潮，否則電極的高阻低壓信號將無法傳送至變送器。若電極不測量時，應(yīng)將黃色保護套管套上，它能使電極處于濕潤狀態(tài)，有利于延長電極的使用壽命。每隔一個月左右，應(yīng)對電極進行清洗，先用柔和的水流噴洗附著物，再將電極浸泡于清洗液中一段時間，而后用清水洗凈。傳感器支架也應(yīng)清洗。每次清洗之后，要用緩沖劑溶液進行標(biāo)定，目前國產(chǎn)的pH標(biāo)定液中，pH=4的還可以，pH=7的不夠準(zhǔn)確，將會影響標(biāo)定結(jié)果。所以可以使用生產(chǎn)廠家的標(biāo)定液，生產(chǎn)廠家一般提供兩瓶標(biāo)準(zhǔn)溶液，一瓶pH值等于7，用于標(biāo)定儀表零點；一瓶pH等于4，用于標(biāo)定儀表的信號輸出斜率。

2、溶氧儀的安裝和維護

　 溶氧儀一般采用浸入式安裝，在此應(yīng)注意，一定要選用原廠的安裝支架。廠家配帶的安裝支架為不銹鋼制成，帶有塑料鏈條，通過調(diào)整鏈條長度可以改變傳感器的浸入深度，支架上的引導(dǎo)管保證了傳感器始終處于垂直位置。支架部分都經(jīng)過特殊設(shè)計，它可以將水面的波動傳至浸入管，從而引起浸入管的輕微振動，使得通過浸入管在探頭的表面產(chǎn)生一個附加的清洗效果。有的用戶為了減少投資，自己制作安裝支架，往往導(dǎo)致支架上的浸入管和傳感器之間密封不嚴(yán)，污水滲入，使得專用電纜和傳感器的連接處長期浸泡在污水中，容易造成傳感器的損壞；有的甚至不做安裝支架，直接將傳感器投入水中，這樣在傳感器和電纜之間會形成較大的拉力，傳感器更容易損壞。

　　溶解氧探頭每周應(yīng)用水輕輕清洗，發(fā)現(xiàn)膜頭損壞應(yīng)及時更換，電解液受污染也應(yīng)及時更換。當(dāng)污水中含有H2S、NH3、苯或酚這些成份時，對膜頭是有害的。在這種場合下必須經(jīng)常更換膜頭。判斷探頭中電極的好壞只需看顏色即可，參考電極應(yīng)是黑灰色，陰極（金電極）應(yīng)呈黃色，而反電極必須發(fā)亮，否則應(yīng)進行清洗或再生。

五、結(jié)束語

　　隨著我國對水資源保護的日益重視，污水的凈化處理顯得越來越重要，而與之配套的處理過程所需的檢測儀表是必不可少的。水質(zhì)分析儀作為污水處理行業(yè)中較為重要的儀表，除了選型和安裝正確以外，定期的維護和標(biāo)定也十分重要，而且是使儀表能夠真正發(fā)揮作用的關(guān)鍵所在。

頻譜分析儀可用以測量放大器和濾波器等電路系統(tǒng)的某些參數(shù)，是一種多用途的電子測量儀器。用戶使用頻譜分析儀過程中需要掌握一定的應(yīng)用知識，今天我們主要來介紹一下頻譜分析儀的工作原理，希望可以幫助到大家。頻譜分析儀的工作原理頻譜分析儀架構(gòu)猶如時域用途的示波器，面板上布建許多功能控制按鍵，作為系統(tǒng)功能之調(diào)整與控制，實時頻譜分析儀(Real-Time Spectrum Analyzer)與掃瞄調(diào)諧頻譜分析儀(Sweep-Tuned Spectrum Analyzer)。實時頻率分析儀的功能為在同一瞬間顯示頻域的信號振幅，其工作原理是針對不同的頻率信號而有相對應(yīng)的濾波器與檢知器(Detector)，再經(jīng)由同步的多任務(wù)掃瞄器將信號傳送到CRT 屏幕上，其優(yōu)點是能顯示周期性雜散波(PeriodicRandom Waves)的瞬間反應(yīng)，其缺點是價昂且性能受限于頻寬范圍、濾波器的數(shù)目與最大的多任務(wù)交換時間(Switching Time)。常用的頻譜分析儀是掃瞄調(diào)諧頻譜分析儀，可調(diào)變的本地振蕩器經(jīng)與CRT 同步的掃瞄產(chǎn)生器產(chǎn)生隨時間作線性變化的振蕩頻率，經(jīng)混波器與輸入信號混波降頻后的中頻信號(IF)再放大、濾波與檢波傳送到CRT 的垂直方向板，因此在CRT 的縱軸顯示信號振幅與頻率的對應(yīng)關(guān)系，信號流程架構(gòu)如圖1.3 所示。影響信號反應(yīng)的重要部份為濾波器頻寬，濾波器之特性為高斯濾波器(Gaussian-Shaped Filter)，影響的功能就是量測時常見到的解析頻寬(RBW，Resolution Bandwidth)。RBW 代表兩個不同頻率的信號能夠被清楚的分辨出來的最低頻寬差異，兩個不同頻率的信號頻寬如低于頻譜分析儀的RBW，此時該兩信號將重疊，難以分辨，較低的RBW 固然有助于不同頻率信號的分辨與量測，低的RBW 將濾除較高頻率的信號成份，導(dǎo)致信號顯示時產(chǎn)生失真，失真值與設(shè)定的RBW 密切相關(guān)，較高的RBW 固然有助于寬帶帶信號的偵測，將增加噪聲底層值(Noise Floor)，降低量測靈敏度，對于偵測低強度的信號易產(chǎn)生阻礙，因此適當(dāng)?shù)腞BW 寬度是正確使用頻譜分析儀重要的概念。另外的視頻頻寬(VBW，Video Bandwidth)代表單一信號顯示在屏幕所需的最低頻寬。如前所說明，量測信號時，視頻頻寬過與不及均非適宜，都將造成量測的困擾，如何調(diào)整必須加以了解。通常RBW 的頻寬大于等于VBW，調(diào)整RBW 而信號振幅并無產(chǎn)生明顯的變化，此時之RBW 頻寬即可加以采用。量測RF 視頻載波時，信號經(jīng)設(shè)備內(nèi)部的混波器降頻后再加以放大、濾波(RBW 決定)及檢波顯示等流程，若掃描太快，RBW 濾波器將無法完全充電到信號的振幅峰值，因此必須維持足夠的掃描時間，而RBW 的寬度與掃描時間呈互動關(guān)系，RBW 較大，掃描時間也較快，反之亦然，RBW 適當(dāng)寬度的選擇因而顯現(xiàn)其重要性。較寬的RBW 較能充分地反應(yīng)輸入信號的波形與振幅，但較低的RBW 將能區(qū)別不同頻率的信號。例如使用于6MHz 頻寬視訊頻道的量測，經(jīng)驗得知，RBW 為300kHz 與3MHz 時，載波振幅峰值并不產(chǎn)生顯著變化，量測6MHz的視頻信號通常選用300kHz 的RBW 以降低噪聲。天線信號量測時，頻譜分析儀的展頻(Span)使用100MHz，獲得較寬廣的信號頻譜需求，RBW使用3MHz。這些的量測參數(shù)并非一成不變，將會依現(xiàn)場狀況及過去量測的經(jīng)驗加以調(diào)整。