ПРИБОРНЫЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД ПО ПРЯМЫМ ПОКАЗАТЕЛЯМ

8.1. Приборы для прямого определения химических ингредиентов в воде

Для мониторинга водных объектов и управления технологическими процессами очистки природных и сточных вод приходится контролиро­вать наличие в воде многих химических ингредиентов. Часть из них определяются только в условиях лабораторий, так как для их автомати­ческого контроля не разработаны измерительные приборы. Методы ла­бораторного анализа химических показателей стандартизированы. Пе­речень стандартов и других нормативных документов по лабораторному химическому анализу вод приведен в [21]. Для ряда ингредиентов, таких как бериллий, молибден, мышьяк, нитраты, свинец, полиакриламида, стронций, алюминий, медь, марганец, сульфаты, полифосфаты, разработаны полуавтоматические приборные методы контроля [21]. В частности, бериллий и селен определяются с использованием флуориметра ЭФ-ЗМА. Для определения молибдена, мышьяка, нитратов, полиакриламида, остаточного алюминия, марганца, меди, сульфатов и полифосфатов применяют фотоэлектрокалориметры различных модификаций. Для определения свинца требуется установка, содержащая фотоэлектрокалориметр, полярограф переменного тока ППТ-1 и стеклянный при­бор с дефлегматором для перегонки органических растворителей. Определение стронция производят эмиссионным пламенно-фотометрическим методом на спектрофотометрах различных типов.

Наличие в воде водорода, натрия, йода, серы, серебра, калия и брома можно определять в полевых условиях, используя переносной иономер отечественного производства марки И-102.

Для автоматического контроля содержания в воде ионов хлора, который в больших масштабах используют для обеззараживания природ­ных и сточных вод, разработан набор приборов отечественного и за­рубежного производства, в частности, анализаторы хлора амперометрического типа выпускаются различными фирмами США, ФРГ, Великобритании, Франции и Японии.

Отечественная промышленность выпускает анализато­ры хлора двух типов: АПК-01 - для очистных водопроводных станций и АПК-203 - для контроля сточных вод.

Для поверхностных вод разработан анализатор хлора, позволяю­щий производить непрерывный автоматический контроль в проточной воде [22].

Для определения малых остаточного хлора в очищенных и природных водах рекомендуется использовать концентратомер КОХ-1, разработанный институтом ЦНИИХИМ (г. Екатеринбург). Этот прибор (рис.20 ) состоит из входного электрического блока 1, электродной ячейки 2, положительного ртутного электрода 3, отрица­тельного кольцевого электрода 4, вспомогательного электрода 5 и вторичного показывающего и записывающего прибора 6.

Рис. 20 . Схема концентратомера КОХ-1

При протекании воды через ячейку 2 контролируется сила тока на электроде 3, величина которой прямопропорциональна концентрации хлора в воде.

Для определения содержания в воде фторид-ионов применяются в настоящее время полуавтоматические лабораторные приборы, основан­ные на фотоэлектроколориметрии с применением ионоселективных электродов [23]. Разработана методика приборного анализа содержания фтора в воде методом люминисцентной спект­роскопии [24]. Предлагается также метод непрерывного автоматичес­кого анализа фторид-ионов в проточной воде [23]. Этим же методом можно опреде­лить содержание NO_3. в воде.

Для определения содержания в воде цианидов и хрома про­мышленность выпускает автоматические сигнализаторы СЦ-1 и СХ-1.

Кроме того, промышленностью выпускается прибор ФСБ-65В для автоматического определения содержания фенола в сточной воле. Основным недостатком этого прибора является значительная продолжи­тельность цикла измерений: от 40 до 60 минут.

В США разработаны метод и прибор для определения общего, орга­нического и неорганического углерода в проточных водах [25]. Оте­чественная промышленность выпускает анализатор суммарного органи­ческого углерода

У-101, который состоит из трех узлов: технологи­ческого блока, инфракрасного анализатора на С0₂ и регистрирующего потенциометра.

Кроме того, в МГУ разработана установка У003-3 для автомати­ческой оценки запаха воды. Эта установка построена на принципе хи­мических моделей. Летучие компоненты запаха воды изменяют физико-химические свойства химического детектора (например, ами­нокислоты). Эти изменения улавливает электронно-оптический колори­метр ФЭК-56 и передает для регистрации на электронный потенциометр КСП-4.

8.2. Контроль содержания нефтепродуктов в воде

Ежегодно в воды мирового океана из различных источников попа­дает свыше 6 миллионов тонн нефти и нефтепродуктов. Эти загрязни­тели являются особенно опасными, так как они приводят к нарушению многих процессов фотосинтеза и жизнедеятельности в водных источни­ках, теплового и радиационного обмена. Поэтому решение проблемы обнаружения и идентификации нефти и нефтепродуктов является одной из важнейших задач охраны окружающей среды и рационального исполь­зования водных ресурсов.

Все существующие методы контроля нефтепродуктов можно разде­лить на химические, оптические и радиометрические.

Химические методы в большинстве случаев применяют в условиях лабораторий. Для определения общего содержания нефтепродуктов используют экстракцию и хроматографическое выделение АI₂ O₃ [26].

При­меняются также газохроматографические методы, позволяющие наряду с установлением состава и типа нефтепродуктов оценить их суммарное содержание и содержание отдельных нефтяных фракций [27].

В послед­нее время начали применять ускоренные химические методы, позволяю­щие на простейшем лабораторном оборудовании с необходимой точ­ностью определять количественное содержание нефтепродуктов в раз­личных водах [28].

Оптические методы в большинстве случаев используются для дис­танционного анализа нефтепродуктов на поверхности вод. Они основа­ны на использовании современных средств лазерного зондирования. Такое зондирование позволяет обнаружить разлив нефтепродуктов, произвести их идентификацию, измерить толщину нефтяной пленки с борта судна или вертолета без забора проб [29].

Дистанционным ме­тодам уделяется в настоящее время особое внимание. В частности, для этих целей применяется фотография, аэрофотосъемка, регистра­ция спектров флуоресценции при облучении лазерами в ультрафиолето­вой и инфракрасной областях спектра. К дистанционным методам можно отнести опробованный в районах добычи нефти на Каспийском море ра­диометрический способ, заключающийся в применении радиометров миллиметрового диапазона для обнаружения нефтяного загрязнения вод. Принцип обнаружения основан на том, что коэффициент радиационного излучения нефтяной пленки и чистой воды значительно отличаются друг от друга [30].

Развитие методов и конструирование новых приборов для опреде­ления наличия нефтепродуктов в поверхностных водах в настоящее время нап­равлено на решение трех основных задач:

а) повышение чувствительности методов;

б) идентификация групповых и индивидуальных компонентов неф­тепродуктов для выяснения их происхождения и изучения механизма
трансформации;

в) определение суммарного содержания нефтепродуктов для оцен­ки общего уровня загрязненности водных объектов.

В отношении питьевой воды анализ содержания нефтепродуктов необходимо выполнять в соответствии с требованиями, изложенными в стандарте [31].

8.3. Применение спектральных приборов

Спектральными называются приборы, которые различают световой поток по длинам волн или по частотам колебаний. С помощью этих приборов производят спектральный анализ, заключающийся в определе­нии химического состава вещества, исследовании строения его ато­мов и молекул. В проблеме контроля состава воды определяющее место занимает решение задач элементарного анализа примесей, особенно тяжелых металлов. Спектральный анализ производят с помощью спект­ральных приборов. Каждый спектральный прибор состоит из освети­тельной системы, коллиматора, диспергирующего узла и приемной час­ти. Схема спектрального прибора представлена на рис. 21.

Рис. 21. Общая схема спектрального прибора

В осветительную систему входят источник света и конденсоры. Источником света обычно служит электрическая дуга. Коллиматор сос­тоит из входной цепи и объектива. Он превращает расходящийся пучек лучей, проходящий через входную щель прибора, в параллельный, нап­равляя его на диспергирующий узел.

Приемная часть прибора определяется методом регистрации спектра. При визуальной регистрации она представляет собой зри­тельную трубу, при фотографической - фотокамеру, Применяется также фотоэлектрический метод регистрации.

Спектральные приборы бывают различных конструкций. По своему назначению они делятся на следующие типы:

1. Спектрографы - фотографируют спектр;

2. Монохроматоры - служат для выделения одной какой-либо
спектральной линии или узкого участка спектра излучения;

3. Стилоскопы - служат для визуального (приближенного) опре­деления содержания различных элементов в металлах;

4. Стилометры - для определения процентного содержания раз­
личных элементов в металлах;

5. Квантометры - для количественного анализа одновременно
нескольких элементов в металлах;

6. Спектрометры - для измерения интенсивностей линий излуче­ния или поглощения, регистрируемых самописцем;

7. Спектрофотометры - служат для абсорбционного количествен­ного анализа путем сравнения двух прошедших через монохроматор
(прибор, регистрирующий только одну спектральную линию) пучков.
Один из этих пучков проходит через исследуемое вещество, а второй
- через эталон.

8. Спектральные интерферометры - служат для анализа веществ с очень узкими и близко расположенными спектральными линиями.

Для исследования водных сред наилучшим образом подходят спектрофотометры. Наиболее удобным является оптико-спектральный анализатор "КВАНТ-АФА", который предназначается для элементарного экспресс-анализа до 60-ти элементов. Анализатор имеет широкую сфе­ру рационального применения, начиная от анализа питьевой, природ­ной и сточной воды, биологических объектов и заканчивая технологи­ческими продуктами большинства отраслей промышленности [32].

8.4. Измерение температуры воды

Для измерения температуры воды можно использовать две шкалы: термодинамическую, основанную на втором законе термодинамики, и международную, построенную на ряде постоянных, легко воспроизводимых точек плавления и кипения химически чистых веществ. Единицей измерения температуры в термодинамической шкале является градус Кельвина, а в международной шкале – градус Цельсия.

Температуру измеряют с помощью термометров – приборов, преобразующих температуру в величину, которая может быть зафиксирована, или преобразована в сигнал, являющийся известной функцией температуры. Наибольшее распространение получили термометры расширения, сопро­тивления и термоэлектрические.

Термометры расширения построены на принципе изменения объема жидкости (жидкостные) или линейных размеров твердых тел (биметал­лические).

Термометры сопротивления основаны на изменении электрического сопротивления проводников или полупроводников при изменении их температуры. Термометр сопротивления состоит из термопреобразователя (терморезистора), защитного чехла и соединительной головки. Чувствительный элемент такого термометра представляет собой обмотку на теплостойком изо­ляционном каркасе из тонкой медной, платиновой, вольфрамовой или молибденовой проволоки (рис. 22).

Рис. 22 . Термометр сопротивления

В платиновых сопротивлениях чувствительный элемент представляет собой платиновую спираль 5, расположенную в фарфоровой трубке 4, заполненной керамическим по­рошком, который одновременно изолирует и поддерживает спираль. К концам спирали припаяны провода 1. С торцов трубка закрыта пробками 2 и 6. В некоторых случаях применяют полупроводниковые терморе­зисторы разных марок [30]. Их изготавливают из окислов различных металлов с добавками. В комплекте с термометрами сопротивления в качестве вторичных приборов обычно применяют электронные равновес­ные мосты.

Термоэлектрическим термометром называется термопара, снабжен­ная защитной арматурой. Принцип работы термопары заключается в следующем. Если составить замкнутую цепь из двух разнородных проводников А и В и нагреть ее спай 1, то в цепи возникнет элект­рический ток, пропорциональный температуре (рис. 23).

Рис. 23 . Термопара

Дата добавления: 2014-10-02; просмотров: 577; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!