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如何监测和控制水质五参数?

时间:2024-11-21      阅读:198

  以下是水质五参数(温度、pH、溶解氧、电导、浊度)的监测和控制方法:
 
  一、监测方法
 
  (一)温度监测
 
  玻璃液体温度计法
 
  这是一种传统的测量方法。玻璃液体温度计的工作原理是基于液体(通常是水银或酒精)的热胀冷缩性质。将温度计插入水中,待示数稳定后读取温度值。这种方法简单、直接,但需要人工读取数据,且温度计易损坏。
 
  例如,在小型的水族箱中,可以使用这种温度计来监测水温,不过它的精度可能会受到玻璃质量和刻度精度的影响。
 
  热敏电阻温度计法
 
  热敏电阻是一种对温度变化非常敏感的半导体材料。当温度变化时,其电阻值会发生显著变化。通过测量热敏电阻的电阻值,并利用预先校准的关系曲线,可以准确地得到水温。这种温度计精度较高,可以实现连续监测和自动记录数据。
 
  例如,在一些大型的水产养殖池塘或工业冷却水池中,常使用带有热敏电阻的温度传感器,将数据传输到监控系统,方便管理人员实时掌握水温变化。
 
  (二)pH 监测
 
  试纸法
 
  pH 试纸是一种简单方便的检测工具。它是由含有多种指示剂的纸条制成,当试纸接触水样时,会根据水样的酸碱度呈现出不同的颜色。通过与标准比色卡对比,可以大致确定水样的 pH 值。这种方法操作简单,但精度相对较低,通常只能精确到 1 - 2 个 pH 单位。
 
  例如,在一些小型的实验室或家庭的鱼缸水质检测中,可以使用 pH 试纸快速检测水的酸碱度,初步判断水质是否适宜生物生存。
 
  玻璃电极法
 
  这是一种较为精确的 pH 测量方法。玻璃电极 pH 计主要由玻璃电极和参比电极组成。玻璃电极对氢离子有选择性响应,当玻璃电极浸入水样时,会产生与水样氢离子活度相关的电位差。通过测量这个电位差,并与已知 pH 值的标准缓冲溶液校准后,就可以准确地测量水样的 pH 值。这种方法精度高,能够精确到 0.01pH 单位,并且可以实现连续测量。
 
  例如,在污水处理厂和高精度的水质分析实验室中,普遍使用玻璃电极 pH 计来精确监测水质的酸碱度。
 
  (三)溶解氧监测
 
  碘量法
 
  这是一种经典的化学分析方法。其原理是在水样中加入硫酸锰和碱性溶液,水中的溶解氧将低价锰氧化为高价锰,生成四价锰的氢氧化物棕色沉淀。加酸后,沉淀溶解并与碘离子反应释放出游离碘。然后用标准溶液滴定游离碘,根据标准溶液的用量计算出水中溶解氧的含量。这种方法精度较高,但操作较为繁琐,且需要使用化学试剂,不适合现场快速监测。
 
  例如,在一些水质标准检测的实验室环境中,碘量法常被用于溶解氧的精确测量。
 
  电化学探头法
 
  溶解氧电化学探头通常由阴极、阳极和电解液组成。当探头浸入水样时,水中的溶解氧在阴极上被还原,同时阳极发生氧化反应,产生电流。电流的大小与水中溶解氧的浓度成正比。通过测量电流信号,并经过校准后,就可以得到溶解氧的含量。这种方法可以实现连续在线监测,并且响应速度快,适合现场和实时监测。
 
  例如,在水产养殖水体和工业废水排放监测中,电化学探头式溶解氧仪被广泛使用,方便及时调整增氧设备或控制废水排放。
 
  (四)电导监测
 
  电极法
 
  电导电极是由一对平行的铂片或其他金属片制成。当在电极两端施加一定频率的交流电压时,水中的离子在电场作用下定向移动,形成电流。根据欧姆定律,通过测量电极间的电阻,就可以计算出电导。实际测量中,仪器会自动将电阻转换为电导值并显示出来。这种方法简单可靠,能够准确测量水样的电导率。
 
  例如,在饮用水处理厂和工业用水循环系统中,电极法电导仪用于实时监测水的纯度和含盐量,确保水质符合要求。
 
  感应法
 
  感应式电导测量是基于电磁感应原理。当一个交变磁场通过水样时,会在水中感应出涡电流,涡电流的大小与水样的电导率有关。通过测量感应出的电流信号,可以得到水样的电导率。这种方法不需要与水样直接接触的电极,避免了电极污染和极化问题,适合在高污染或含有腐蚀性物质的水样中测量。
 
  例如,在一些化工废水或含有重金属离子的污染水体监测中,感应法电导测量能够更稳定地获取电导率数据。
 
  (五)浊度监测
 
  目视比浊法
 
  这是一种比较简单的方法。将水样与一系列已知浊度的标准溶液(如硅藻土或福尔马肼标准溶液)在相同的条件下(如相同的容器、光照等)进行比较,通过肉眼观察水样的浑浊程度与哪一个标准溶液相近,从而确定水样的浊度。这种方法主观性较强,精度较低,一般只能用于对浊度要求不高的场合。
 
  例如,在一些小型的景观水体或农村简易的饮用水源初步检测中,可以采用目视比浊法来大致判断水的浑浊情况。
 
  散射光法和透射光法
 
  散射光浊度仪是利用水中悬浮颗粒对光的散射作用来测量浊度。当一束光照射到水样时,悬浮颗粒会使光向各个方向散射,通过在一定角度(通常是 90°)测量散射光的强度,并与标准曲线对比,就可以得到水样的浊度。透射光法是测量透过水样后的光强,根据光强的衰减程度来计算浊度。这两种方法精度高,可以实现连续自动监测。
 
  例如,在城市供水系统和污水处理厂的出水监测中,散射光法和透射光法浊度仪被广泛应用,确保水质的清澈度符合标准。
 
  二、控制方法
 
  (一)温度控制
 
  加热或冷却设备
 
  在水产养殖或工业生产中,当水温不符合要求时,可以使用加热棒或冷却设备来调节水温。例如,在热带鱼养殖中,当水温低于鱼类适宜生长的温度范围时,加热棒可以将水温升高到合适的温度。而在一些需要低温环境的工业冷却水中,冷却塔可以将水温降低到合适的范围。
 
  遮阳或保温措施
 
  对于一些室外水体,如景观湖或池塘,可以通过搭建遮阳棚来防止水温过高。在冬季,也可以采用覆盖保温材料(如塑料薄膜)的方式来减少水体热量的散失,保持水温。
 
  (二)pH 控制
 
  酸碱调节剂
 
  当水体 pH 值过高或过低时,可以使用酸碱调节剂来调整。例如,当 pH 值过低(酸性过强)时,可以添加石灰(如氢氧化钙)来提高 pH 值;当 pH 值过高(碱性过强)时,可以添加稀硫酸或二氧化碳来降低 pH 值。在工业废水处理中,会根据废水的性质和处理要求精确地添加酸碱调节剂。
 
  生物调节
 
  通过培养一些特定的微生物也可以调节水体的 pH 值。例如,在一些生态养殖系统中,某些光合细菌在进行光合作用时会吸收或释放氢离子,从而对水体 pH 值起到一定的调节作用。
 
  (三)溶解氧控制
 
  曝气设备
 
  在污水处理厂和水产养殖中,曝气设备是增加水中溶解氧的主要手段。通过向水中鼓入空气或氧气,可以使空气中的氧气溶解到水中。例如,在活性污泥法污水处理工艺中,曝气池中的曝气装置可以保证微生物有足够的溶解氧进行有机物的分解。在高密度的水产养殖池塘中,曝气增氧机可以防止鱼类因缺氧而死亡。
 
  化学增氧剂
 
  在一些紧急情况下,如水体缺氧导致水生生物面临窒息危险时,可以使用化学增氧剂,如过氧化钙或过氧化氢。这些化学物质可以在水中释放出氧气,快速提高水中溶解氧的含量。
 
  (四)电导控制
 
  离子交换树脂
 
  当水中电导率过高,即水中溶解的盐类或矿物质过多时,可以使用离子交换树脂来降低电导率。离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。阳离子交换树脂可以将水中的阳离子(如钙、镁离子等)交换为氢离子,阴离子交换树脂可以将水中的阴离子(如氯离子、硫酸根离子等)交换为氢氧根离子。通过离子交换,水中的盐类被去除,电导率降低。
 
  例如,在制备高纯度的工业用水或实验室用水时,离子交换树脂被广泛应用。
 
  反渗透技术
 
  反渗透是一种在压力驱动下,使水通过半透膜,而水中的盐分等杂质被截留的技术。通过反渗透处理,可以有效地降低水的电导率,去除水中的大部分溶解物质。这种技术在海水淡化和超纯水制备中发挥着重要作用。
 
  (五)浊度控制
 
  沉淀和过滤
 
  沉淀是通过让水中的悬浮颗粒在重力作用下自然沉降来降低浊度。在污水处理厂的初沉池中,污水缓慢流动,较大的悬浮颗粒会沉淀到池底。过滤是通过让水通过过滤介质(如石英砂、活性炭等)来去除悬浮颗粒。在饮用水处理中,砂滤池和活性炭过滤器可以有效地去除水中的杂质,降低浊度。
 
  絮凝和混凝
 
  絮凝是通过添加絮凝剂(如聚合氯化铝、聚丙烯酰胺等)使水中的微小悬浮颗粒聚集成较大的絮体,便于沉淀或过滤去除。混凝是在絮凝的基础上,进一步使水中的胶体颗粒脱稳,形成更大的颗粒。在污水处理和给水处理中,絮凝和混凝是重要的预处理步骤,可以显著降低水体的浊度。
 
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