摘要：伴随着日益严厉的环保法规的实施和人们对环境保护的诉求，石油化工企业也加大了环保项目的投入。比较典型的有GB31571-2015，规定了石油化学工业企业及其生产设施的水污染物和大气污染物排放限值、监测和监督管理要求。此标准为首次发布，新建企业从2015年7月1日起，现有企业从2017年7月1日起，其水污染物和大气污染物排放控制按此标准的规定执行。
关键词：环保；在线分析；COD分析仪；分析集成
前言：以笔者所在化工企业为例，为了响应环保要求同时也是为了完善对自身的监控，在雨水总排外送污水处理厂前增加一套在线分析系统，包括COD和PH的测量。本项目没有带压管道取样，只能通过外加取样泵的方式为分析系统提供样品。与大部分在线分析系统二十四小时连续测量稍有不同的是，这套系统主要测量雨水总排的污染物的含量，如果过了雨季可能长达几个星期都不下雨，这个时候去测量污染物的意义就不太大了，而且取样雨水井液位可能会低于取样泵的吸水口造成泵空转损坏。所以，分析系统需要设定比较灵活的测量频率，比如雨季设置为每天四到八次，非雨季设置成每天一次（虽然非雨季测量结果没有实际意义，但是此举也是必不可少的，因为COD投用后不易长期闲置，最好每天测量一次，保证机器的性能）。
1 分析系统构成
为了将雨水送至分析系统，特增加取样泵，泵出口设置压力变送器以判断泵的入口是否堵塞或者其它原因造成泵出口压力过低不足以通过分析系统。泵出口的大部分流体通过快速回路排回至雨水井，少部分流体进入分析柜供分析仪表取样分析后排出到附近水沟。见图1。
图1
本次现场分析柜所处区域为非爆炸危险区域，所以没有考虑防爆的问题。PH和COD分析仪表集成安装，预处理系统包括简单的过滤和水样传输系统等也集成安装在分析柜内。考虑到COD分析仪的工作温度要求，在柜内安装了电加热器和单冷空调，低温季节当柜内环境温度低于电加热的设定值时，电加热器启动，为分析仪表提供适宜的工作温度，同时保证柜内的水样不会冻结；夏季，单冷空调手动启动，同时关掉电加热器电源。取样泵把样水从雨排井抽上来，过滤后，经过转子流量开关调节，进入第一个流通池供供PH分析仪直接测量，然后样水再经过过滤，进入第二个流通池由COD分析仪自带取样泵测量分析，流通池出来的雨水排出柜外至附近水沟，COD分析反应完的废液因为含有重金属及有毒有害物质需另行回收。分析结果通过4-20mA模拟信号传送到中控室，同时转子流量开关检测是否有样水在管路里流动。COD分析仪会有继电器输出信号控制取样泵的开关，在设定的每次分析取样之前五分钟（这个时间可以视具体实际情况灵活的调整）提前启动雨水采样泵，分析完后自动关掉泵，这样可以节约电能和延长取样泵的使用寿命，同时不用担心泵长时间运行抽空取样井；另外样水预处理系统流量计具有低流量报警功能，此举为了确认正常测量的时候流路中有样水，确取样泵的正常使用和保证仪表的正常分析测量。具体流程图见图2。
图2
2 经验教训
在机柜安装后试运行过程中发现了若干问题为以后项目积累了经验。分析机柜内的装有PH电极的流通池由于是底进侧出，在泵停止运行之后，流通池内的雨水会回流倒排出机柜，这样会造成PH电极不能浸泡在液体内，时间久了会影响使用寿命。针对这种情况，我们想出了两个办法，一个是在分析柜入口增加一个止回阀，防止水样回流；另外一个是更改柜内流路配管，将流通池的安装位置低于机柜流路入口。最后我们选择了增加止回阀的方案，圆满的解决了这个问题。
另外，在为分析系统配备雨水取样泵的时候，需要提供整套分析系统的压降和所需流量，确保泵出口压力和流量足以满足需求。分析机柜厂家经过计算给出了1bar的压降和1L/min的要求，后来事实证明，整套系统的压降远达不到1bar，流量200ml/min足矣。
COD变送器输出的信号为4-20 mA有源信号（相对于DCS），DCS为Emerson的Delta-V系统，项目过程中发现DCS的4线制接线的AI模块已经没有空余接线通道，但是直接接入两线制AI通道也不能构成完整的信号回路。为了解决这个问题，我们在这个回路上加了一个隔离栅，COD的电流信号作为电流源接入隔离栅的输入接（2,3），输出侧接无源输出(7,8)至两线制AI通道，利用两线制通道的回路电源为安全栅的信号输出回路供电。隔离栅为P+F的KFD2-STC4-EX1-Y1，接线图如图3。由此这个问题也得到解决。
图3
3 COD分析仪技术细节
本次选用的COD是哈希的CODmax plus sc，配的sc200控制器；PH变送器是E+H的CM42-MAA000EAZ001，电极CPS11D-7BA21；另外，考虑到COD的正常工作环境温度要求（5~40摄氏度），还配备了电加热器和单冷空调。
CODmax plus sc是全新一代学需氧量自动监测仪，是哈希公司针对中国市场对COD检测的需求，基于前一代CODmax产品的用户使用经验及反馈，投入大力研发而成的第二代铬法COD在线检测仪。该仪器全面超越了上一代产品，具有扩展性更好、准确性更高、维护量更低的特点。它将使在线结果变得更加容易与实验室滴定法比对，是精准COD检测的理想选择。
它可以连接哈希通用的sc200或sc1000控制器，依托控制器的多参数接入能力，为客户提供良好的参数扩展功能。Sc200及sc1000控制器提供了丰富的通讯协议，方便客户传输结果及远程控制。Sc控制器同时提供强大的结果记录、存储及输出功能，方便客户操作。
在准确性方面，由于软件及硬件系统的更新，与上一代CODmax的示值误差、重复性及示值稳定性等重要指标相比，均有了较大提升。在不同量程范围内的测试准确性均优于上一代CODmax产品。
结合上一代CODmax多年的生产维护经验，CODmax plus sc在保留原有结构中优势的同时，对以往有缺点的部分进行了全新的设计及修改。优化的内部结构有效的降低了各部件损坏的可能性，大幅延长了系统稳定运行的时间，降低了系统所需的维护量及维护成本。
其他特点：经典的重铬酸盐氧化与高效的消解相结合 - 符合中国国标的铬法COD测试原理；活塞泵技术和抗腐蚀的管路 - 有效降低维护量，延长仪器寿命；精确的光学计量系统 - 更可靠的测量结果，更低的试剂消耗；10~5000 mg/L 三档量程自动切换；自动校准功能 - 确保测量的准确；自动清洗功能 - 降低维护量。
结语：
本系统投用后，也得到了现场用户的认可，现场维护工作量少，主要是定期更换一下试剂并处理收集起来的含有危废物的残液。如果以后再有类似项目，可以借鉴本次经验。如果现场为爆炸危险区域2区，COD可以选用防爆型，此防爆型是国内集成商用Hach的COD分析仪集成在正压防爆外壳内，经过NEPSI认证取得的整体防爆证书。PH计选择本安型防爆，转子流量开关也可选择本安型，柜内电加热器可以选择隔爆型，同时柜内的制冷空调需要防爆或者通过其它手段实现柜内降温目的，比如采用旋风冷却管，这类器件仅需要接入压缩空气，比如化工厂内常见的工厂风或者仪表风，无需用电所以不用考虑防爆，但是从其它项目经验来看制冷效果值得商榷。
参考文献：
[1]任春，王盼立.COD分析仪在工厂中的应用[A].企业技术开发，2013，（11）.
[2]李苍伟.环境工程中COD检测与分析[A].科技博览,2015,(13).
论文作者:龚飞豹
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/19
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