氨氮分析仪在煤化工污水处理中的应用

李明亮

(中国五环工程有限公司 电控室，武汉 430223)



氨氮分析仪在煤化工污水处理中的应用

李明亮

(中国五环工程有限公司 电控室，武汉 430223)

稿件收到日期： 2015-05-11，修改稿收到日期： 2015-08-13。

煤化工是国内发展最快的产业之一，目前主流的煤气化技术有三种：“德士古”工艺，采用水煤浆气化技术，废水特性为高氨氮(约500mg/L)；“壳牌“工艺，采用粉煤灰气化技术，废水特性为高氨氮(约300mg/L)、高氰化物(约500mg/L)；“鲁奇”工艺，因气化温度低，废水成分复杂，污染程度高，特性为高氨氮(约400mg/L)、高化学需氧量(约400mg/L)、高酚(约600mg/L)、高石油类(约200mg/L)。三种技术所产废水均具有高氨氮性。氨氮的达标处理是煤气化废水处理的重点和难点，因而对氨氮浓度的准确测量显得尤为重要。笔者介绍了氨氮分析仪的测量原理、特点和适用场合，提出了工程设计中选用氨氮分析仪需考虑的因素及选型注意事项。

1测量原理

氨氮分析仪主要包括比色法测量和电极法测量。本文主要介绍比色法中的光度比色法和电极法中的离子选择电极法。

1)光度比色法氨氮分析仪。采用泵将部分经预处理后的试样滤液传送至混合容器中，试剂泵中加入特定比例的反应试剂，同试样发生化学反应后，试样显现出某一特定的颜色。反应变色后的试样吸收特定波长的发射光，吸光度大小与试样中氨氮离子的质量浓度成比例关系，通过光度计测量吸光度大小从而求得氨氮离子的质量浓度。此外，为了确保测量结果精确，同时还外加一束参比光，得到不同于测量信号的参比信号，以补偿、修正由浊度、污染和LED灯光源老化而产生的误差信号。

2) 离子选择电极法氨氮分析仪。离子选择性电极的核心部件是覆膜，该膜对测量离子具有选择性。覆膜上内置的离子载体能够使特定离子(如氨氮)选择性地移动至电极，使电荷发生变化，从而产生一个与离子浓度成比例的电化学电势。通过一固定电势的参比电极来测量该电化学电势，并利用能斯特方程计算出氨氮离子的质量浓度。

2应用范围和优缺点

光度比色法及离子选择电极法氨氮分析仪均可用于化工厂工业废水处理过程中的氨氮测量。两种分析仪的优缺点见表1所列。电极法测量氨氮，试样无需预处理，电极系统更可直接浸入废水池中工作，适用于全天候不间断在线监测。目前电极法测量氨氮技术已经非常成熟，以其较强的抗干扰能力及较大的量程测量范围等优势逐步替代比色法测量技术。

表1　比色法及电极法氨氮分析仪优缺点比较

3工程设计中需要考虑的因素

3．1工艺过程条件

氨氮分析仪的选用需要考虑的工艺条件如下：

1) 被测介质氨氮离子质量浓度测量范围。需要明确工艺要求的氨氮离子测量的最小、最大质量浓度以方便选择合适的氨氮分析仪以满足工艺要求。比色法由于量程范围小或量程分段，无法同时满足氨氮离子最小、最大质量浓度的测量要求。譬如HACH公司的一款比色法氨氮分析仪，测量范围有如下分段： 0．02～2．00mg/L，0．1～20．0mg/L，2．0～80.0mg/L；E+H的一款比色法氨氮分析仪，测量范围有如下分段： 1～500μg/L，0．02～5.00mg/L，0．2～15.0mg/L，0．2～100.0mg/L。而电极法氨氮分析仪测量范围可以达到0～1 000mg/L或更大。

2) 被测介质中氯离子及钾离子的干扰。对于离子选择性电极法，离子选择性电极对其他干扰离子的选择性以及这些干扰离子的质量浓度，都会影响部分测量信号，从而导致测量误差。在污水的测量过程中，由于钾离子的化学性质类似于铵离子，所以会导致测量值偏高。氯离子质量浓度过高则会导致硝氮测量值偏高。为了减少由交叉干扰引起的测量误差，可以加装合适的补偿电极，通过测量钾离子或氯离子的质量浓度来进行补偿，因而在仪表选型设计过程中，需向工艺专业确定废水中钾离子及氯离子的质量浓度大小。

3) 被测介质的温度及压力。通常氨氮分析仪传感器的工作温度、压力有一定的要求。譬如HACH公司的一款离子选择电极法氨氮分析仪要求的水样温度为2～40℃，传感器的最大承压为30kPa。E+H的一款离子选择电极法氨氮分析仪传感器工作温度为2～40℃，传感器的最大工作压力为40kPa。在高温(低温)、高压工况下，应对被测介质进行预处理以满足分析仪对被测试样的温度、压力要求。

4) 工艺介质的腐蚀性。由于分析仪传感器与介质直接接触，传感器材料的耐腐蚀性应与介质的腐蚀性相匹配。常用的氨氮分析仪传感器材料的耐腐蚀性特性见表2所列。

3．2环境条件

1) 根据分析仪安装使用区域是否属于爆炸危险区域，确定是否选择防爆型仪表。一般来说，对于一个相对独立的污水处理装置而言，其装置界区范围内属于非防爆区域。特殊情况下，装置内有可能某个区域属于防爆区，其他区域属于非防爆区，具体情况需按照电气专业划分的爆炸危险区域划分图来确定某安装位置氨氮分析仪的防爆要求。

2) 按照GB 4208—2008《外壳防护等级(IP代码)》的相关要求，选择氨氮分析仪的防护等级。常见的IP等级所对应的防护能力见表3所列。

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表2　常用氨氮分析仪传感器材料耐腐蚀特性

表3　常见IP等级防护能力

E+H的一款离子选择性电极系统可直接浸入到被测污水介质中，整个测量系统由传感器、电极和带显示及操作功能的变送器组成，可直接安装于污水池边。该系统传感器的防护等级能够达到IP68，变送器的防护等级能够达到IP65。传感器到变送器的专用电缆长度可根据实际情况选配，最长可达到100m。

3．3材料

1) 取样管线材料。对于有预处理系统的氨氮分析仪或非浸入式流通式安装的氨氮分析仪，取样管线材质的选择应符合管道材控等级的要求，总的原则是等同或高于管道材质。通常可选用SS316，对于污水中含有氯化物或其他特殊腐蚀性介质可以选择S31803双相钢或哈氏合金C。

2) 传感器材料。氨氮分析仪的传感器材料通常为非金属材料，应根据介质的组分情况及对非金属材料的腐蚀性选择一种合适的材料。

4选型中需要注意的问题

1) 对于脏污介质的测量，譬如污泥池中离子电极选择法氨氮分析仪的浸入式测量，需定期对传感器进行压缩空气吹扫以达到清洗目的。对于现场无压缩空气的场合或引入压缩空气较困难的场合，需随分析仪成套配专用的自清洗空压机，并在选型设计中加以注明。

2) 对于工艺管道中污水介质氨氮的测量，可以选用配套带取样装置、预处理装置及流通式安装件结构的氨氮分析仪，使介质试样符合分析仪传感器所能承受的温度、压力要求。

3) 被测介质的pH值对测量结果有一定的影响，在选型设计过程中需关注被测介质的pH值范围。E+H的一款离子选择电极法氨氮分析仪pH在5．0～8．3时无pH补偿，在5．0～10.0时带pH补偿。因此，在设计文件中应注明被测介质的pH范围以供制造商选配准确合适的仪表。

5煤化工污水处理中应用

国内某煤制天然气污水处理装置及褐煤提质污水处理装置中污水介质的工况特点： 常压污水池及低压工艺管道中含氨氮；污水中含有氯化物等腐蚀性介质及一般腐蚀性介质；污水介质中氨氮质量浓度有高有低。选取了污水处理装置中4种不同工况，见表4所列。在该4种不同工况下的仪表选型见表5所列。

表4　污水处理装置工况条件

表5　对应工况条件下的仪表选型

6结束语

煤化工污水介质中氨氮的准确测量是氨氮达标处理的关键因素，氨氮分析仪的合适选型是提高氨氮测量精确度的前提。工程设计中在选用氨氮分析仪时应充分掌握测量工况的各项条件及介质的腐蚀情况，了解氨氮分析仪的应用环境条件，以确保对其材料、安装类型等的正确选用，从而提高氨氮分析仪的准确性和可靠性。

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SAMSON智能阀门定位器

SAMSON推出的3730型智能阀门定位器作为气动控制阀的重要附属装置，接受控制系统或控制器输出的电动控制信号，按预先设置关系辅助气动执行机构调整阀位并实现准确定位。阀门定位器将输入控制信号(给定参数w)和控制阀位行程或旋转角(被调参数x)反馈量进行比较、处理，进而输出相应的气动控制信号PST给气动执行机构。

该定位器具有以下特点：

1. 方便地安装到任何直行程或角行程执行机构上。一种定位器，可以选择不同安装件和可选模块适用于单/双作用执行机构。

2. 只有一个简单的旋转操作按钮，集选择、确认功能于一身。现场可方便地进行调试，菜单调用操作。

3. 具有LCD液晶显示，在现场即可观察定位器工作状态，方便读数。显示屏可以软件设定180°旋转显示，使定位器安装位置更加灵活，易于操作。

4. 在紧急状态、同时生产装置不允许控制阀进行全行程动作情况下，使用“Sub”初始化模式(代入法)对阀门定位器进行启动。

5. 所有参数长久存储在EEPROM存储器(电源故障保护)。

6. 输出信号压力限值可调。

7. 2个可组态的阀位报警，可选的模拟量阀位变送器模块。

8. 自诊断；报警可以通过故障报警接点。

9. 集成EXPERT专家诊断软件，免费携带专家诊断功能。免费使用TROVIS-VIEW软件经SSP串行接口由PC机进行组态。(萨姆森控制设备(中国)有限公司)

摘要：煤化工污水具有高氨氮的特性，对氨氮的准确测量是其达标处理的关键因素。探讨了氨氮分析仪的测量原理，比较了两种不同测量方式的优缺点及应用范围。详细介绍了氨氮分析仪在工程设计中应考虑的因素。介绍了氨氮分析仪在煤化工污水处理装置中的几个应用案例。

关键词：氨氮分析仪测量原理比色法离子选择性电极法传感器材料腐蚀性

Application of Ammonia Nitrogen Analyzer in Wastewater Treatment of Coal Chemical IndustryLi Mingliang

(Wuhuan Engineering Co． Ltd．， Wuhan， 430223， China)

Abstracts： Wastewater of coal chemical process is with characteristic of high content of ammonia nitrogen． Accurate measurement of ammonia nitrogen is the key factor to meet standard treatment requirement． Measurement principle of ammonia nitrogen analyzer is discussed． Advantages and disadvantages and application range of two different measuring modes of ammonia nitrogen analyzers are compared． Factors to be considered in engineering design of ammonia nitrogen analyzer are introduced in detail． Several application cases of ammonia nitrogen analyzer in wastewater treatment plant of coal chemical process are introduced．

Key words：ammonia nitrogen analyzer; measurement principle; colorimetry; ion selection electrode method; sensor material; corrosivity

中图分类号：TQ056．1+6

文献标志码：B

文章编号：1007-7324(2015)05-0032-04

作者简介：李明亮(1983—)，男，湖南临湘人，2011年毕业于中南大学控制科学与工程专业，获硕士学位，现就职于中国五环工程有限公司电控室，从事自控工程设计工作，任工程师。