SYSTEA在线分析仪在皮革污水在线监控中的应用

翁灼斌，汪水吉（厦门市吉龙德环境工程有限公司，福建 厦门 361008）

WENG Zhuo-bin, WANG Shui-ji



SYSTEA在线分析仪在皮革污水在线监控中的应用

翁灼斌，汪水吉
（厦门市吉龙德环境工程有限公司，福建 厦门 361008）

摘 要：阐述了意大利SYSTEA在线分析仪表的测量原理、产品特点及其在皮革污水在线监控中的应用，介绍了皮革行业最新的水质在线监控系统的运行过程和性能特点等。

关键词：皮革污水；在线分析仪；水质监控系统

Application of SYSTEA Analyser on Line in Leather Sewage Monitoring on Line

WENG Zhuo-bin, WANG Shui-ji

1　引言

制革、毛皮加工工业是轻工行业继造纸和酿造工业之后的第三大污染工业，制革废水的污染是制革、毛皮工业主要污染源之一。在我国经济发展初期，由于环境保护意识不足和经济等方面的原因，致使环境遭到了严重污染，我国一些制革工业集中地区，如河南、河北、浙江等省的一些地区的地下水已遭受严重污染。所以，能否有效地解决制革、毛皮工业的污染问题，已成为关系到我国制革、毛皮工业能否继续生存、健康稳定发展的瓶颈，也直接关系到我国皮革行业能否健康可持续发展。

皮革和毛皮种类繁多，根据其品种不同加工工艺也有很大差别。皮革加工大致分准备、鞣制和整饰三个工段，但每个工段又包括很多工序，一般的皮革和毛皮加工有数十道甚至上百道工序。 制革及毛皮加工工业污水成分复杂，污染物浓度高，含有石灰、染料、蛋白质、盐类、油脂、氨氮、硫化物、铬盐以及毛、皮渣、泥砂等对环境有害的物质。

污染物主要有：COD、BOD、硫化物、氨氮、三价铬等。

制革和毛皮加工的前工序基本都是在水中进行的，因此耗水量较高。化工原料加到浴液中，原料皮不可能将化工原料完全吸收，而且有的化工原料吸收率很低，如制革生产中的浸灰脱毛工序，所使用的石灰、硫化钠和硫氢化钠的吸收率只有10%～30%，从转鼓中排出时硫化物浓度高达5000mg/L，COD达数万mg/L；成品皮革和毛皮是由原料皮加工而来，原料皮的加工过程就是加工胶原蛋白和角蛋白的过程，加工过程中，大量胶原和毛发被分解，以蛋白质的形式进入废液中，增加了废水中的污染负荷，特别是氨氮浓度很高；在制革过程中还使用了三价金属铬作为鞣剂，虽然可以回收，但回收铬用到制革过程中会影响成品革的质量，利用率较低。这些污染物如果不治理，会对环境造成严重污染。

鉴于皮革行业污水成分复杂、污染物浓度高、不加以严格控制会对环境造成严重污染的现状，国家对皮革行业污水排放口的在线监控都实行了最高标准的国控，要求必须安装COD、氨氮、总氮、总铬、硫化物等在线监控设备，实时监控污水的各项指标，并实时传送数据到国家环保监控平台。

意大利SYSTEA系列在线监测仪表是目前世界上为数不多的测量参数齐全、可满足不同水质测量要求的国际品牌分析仪器。SYSTEA系列在线监测仪表因为推出时间较早，已经在世界范围内的各种复杂现场运行了很长时间，针对各种复杂水质和环境，经过不断地改进，现已形成了一整套完备而成熟的测试方法和仪器生产工艺，能满足多行业各种复杂水质、不同参数的测试要求。本文就SYSTEA在线COD、氨氮、总氮、总铬、硫化物等分析仪的测量原理、产品技术特点及其在皮革污水在线监控中的应用作简要阐述。

2　测量原理

2.1COD在线分析仪

测量流程如图1。样品经过滤后，被泵入混合管中，添加重铬酸钾、硫酸银、硫酸及硫酸汞后曝气充分混合后被泵入消解管中加热到175℃，待完全消解后，分析仪在460nm处测量生成的绿色物质的OD值，并依据存储在分析仪里的校正因数计算出样品中COD的浓度。

为确保测量的准确性及安全性，仪器配备了酸气吸收系统、取样管路水样空气检测报警系统、冷凝回流系统、温控系统、冷却系统及泄漏、高低限等报警系统等，根据测量量程的不同，仪表的进样量、加药量及进样、加药顺序会有所不同。

图1 测量流程

2.2氨氮在线分析仪

如图2所示，样品经过滤后被泵入LFA反应器里，分析仪添加R1（苯酚、硝普钠、酒石酸钾及氢氧化钾）及R2（二氯异氰尿酸钠）并加热到50℃，样品在硝普钠作为催化剂的碱性条件下与苯酚、酒石酸钾、二氯异氰尿酸钠反应，待充分混合及反应后，分析仪在660nm处测量反应生成蓝色物质的OD值，并依据存储在分析仪里的校正数据计算出样品的浓度。

为了确保测量的准确性，仪器配备了取样管路水样空气检测报警系统、温控系统、泄漏、高低限等报警系统等，采用精确稀释系统满足不同量程多通道测量的要求。

图2 氨氮在线分析仪流程

2.3总氮在线分析仪

如图3所示，样品经过过滤后，被泵入LFA反应器里。先注入氧化剂R4和R5并进行高温UV消解，把水样中的氮氧化成NO3-。然后用氢氧化钠溶液稀释样品，之后添加的硫酸铜与硫酸肼，将所有的硝酸盐转变为亚硝酸盐。最后添加磺胺（SAA）和萘乙二胺二盐酸盐（NED），待充分混合及反应后，分析仪在525nm处测量生成红色反应物质的OD值，并依据存储在分析仪里的校正数据计算出样品的浓度。

图3 总氮在线分析仪流程

为确保测量的准确性，仪器配备了取样管路水样空气检测报警系统、高温加热系统、UV紫外消解系统、温控系统、泄漏和高低限等报警系统等。

2.4总铬/六价铬在线分析仪

如图4所示，样品经过滤后，被泵入LFA反应器里。先添加硫酸及过硫酸钾并加热到100℃将所有形态的铬转化为六价铬，然后再添加二苯碳酰二肼，待充分混合及反应后，分析仪在525nm处测量生成红色反应物质的OD值，并依据存储在分析仪里的校正数据计算出样品的浓度。测量六价铬时无需加热，直接添加显色剂显色测量。

为确保测量的准确性，仪器配备了取样管路水样空气检测报警系统、高温加热系统、温控系统、泄漏和高低限等报警系统等。

图4 总铬/六价铬在线分析仪流程

2.5硫化物在线分析仪

如图5所示，样品取入吹脱管后加入NaOH调节pH，再加入硫酸锌形成絮状沉淀，再加入纯水稀释样品，最后加入硫酸与双氧水的混合溶液进行吹脱，产生的硫化氢气体被吹入LFA反应器里，被氢氧化钠吸收液吸收，样品与N,N-二甲基对苯二胺盐酸盐、氯化铁反应生成对形式亚甲蓝，分析仪在660nm处测量生成反应物质的OD值，并依据存储在分析仪里校正数据计算出样品的浓度。

为确保测量的准确性，仪器采用吹脱法进行硫化物分析，将水样中的硫化氢吹脱之后用吸收液加以吸收，从而避免了复杂水质的色度、悬浮物等干扰物质对显色及光度测量的影响。吹脱管内进行的一系列预处理措施最大程度地排除各种干扰，使吹脱率接近100%，从而确保了测试的准确性，提高了该仪表对各种复杂水质的适应性测量能力。

图5 硫化物在线分析仪流程

3　产品技术特点

3.1专利保护的真空负压加药系统优点

（1）加药量准确，加药时间以毫秒为单位，加药精度误差可以控制在0.05%内，这保证了测量结果的准确性。

（2）加药量通过药剂阀打开的时间控制，每次的加药量可以控制在0.01～5.00mL之间。

（3）由于所用药剂管的直径为1.0毫米，所以在精确加药的同时，还保证了药剂消耗量极小。

（4）台分析仪仅以一个蠕动泵作为动力源，这种设计既避免了由于蠕动泵工作造成的电气干扰，又减少了分析仪的故障点，增强了分析仪长时间工作的稳定性。

（5）专利的设计延长了蠕动泵管的使用寿命（见图6），一般的蠕动泵管仅能用三个月，SYSTEA系列分析仪的蠕动泵管的适用寿命均在一年以上。

3.2仪器主要技术指标

（1）测量方法可靠

SYSTEA系列在线分析仪的测量原理均由实验室传统国际标准方法、国家标准方法或美国国家环保署测量方法发展而来，测量结果有严谨的科学依据。

图6 延长的蠕动泵管

（2）测量结果准确

SYSTEA系列在线分析仪的各种测量结果指标均符合国家标准。从而大大提高了测量结果的有效性。

（3）工作稳定可靠

分析仪的电气部分和水力管道部分完全分离，这种稳定的系统结构确保了分析仪在电气、水力等方面的高度稳定性，保证了分析仪可以长时间运行，符合环境监测领域长时间连续测量的要求。

（4）安装简便

分析仪在出厂前通过了一系列测试，安装时只需连接药剂管、样品管道、纯水管道、废液管道和电源线，设定好参数即可运行使用 。

（5）方便可靠的自动校正功能

分析仪根据用户设定的校正时间和校正类型进行校正，所得结果将与原分析仪储存的校正结果进行比较，若小于用户设置的误差限值，则接受并替换原有校正参数，若大于用户设置的限制，则不替换原有校正参数并有报警信号输出。

（6）整机原装进口

所有SYSTEA分析仪均为原装进口，这保证了分析仪的质量。所有分析仪均随机附带意大利出厂报告。

（7） 高度安全

1）水路电路完全分离，避免了由于水汽造成的故障以及漏电情况；2）分析仪的主体采用12V/20V直流供电，大大低于人体安全电压36V；3）药剂中所用的化学药剂的浓度均较低，避免了由于不小心接触到皮肤造成的伤害（COD分析仪的药剂除外）；4）做工精巧，排线整齐有序，所有接头均经过绝缘处理，避免了由于不小心接触到人体造成的伤害。

（8）低运行成本

1）低运行功率、省电，最高功率150瓦，待机时功率在20瓦以下；2）低纯水消耗量、省水，每次测量纯水消耗量在100mL以下（含管道清洗用水）；3）低药剂消耗量、省药。

（9）多种通讯接口

1）4～20mA模拟信号输出可用于传输测量数据；2）标准RS232数字信号输出可用于传输测量数据及实现远程控制；3）提供可供设备扩展的USB接口；4）提供可进行PLC远程控制的开关量输入接口；5）提供多种报警信号开关量输出接口，可与多种设备连接。例如当分析仪测量结果超标时，分析仪有报警开关量信号输出，利用该信号，可启动自动采样仪保存水样，也可发出报警信号启动蜂鸣器，指导现场工作人员进行处理，避免事故进一步扩大。

（10）提供完整的药剂配方

提供了完整药剂配方、分析仪所有的使用药剂均可自行配制。

（11）提供英文版及中文版反控软件

利用该软件，可轻松实现远程控制。无需特殊配件，只需连接好相应数据线，轻触鼠标，即可轻松实现远程管控（见图7）。

4　应用

SYSTEA仪表在国内各类型的排放口及水质监测平台均有广泛应用，在皮革行业中，仅以福建省为例，就有兴业皮革、冠兴皮革、可慕皮革等省内知名的皮革行业领军企业，以及漳浦赤湖皮革工业园区一期11家皮革企业中的大洋、富洋、信德、泰庆、德昌、瑞森、康泰等7家皮革企业，均采用成套SYSTEA在线分析仪器及整套水质在线监测系统集成方案。

本文以富洋皮革现场安装情况为例，介绍SYSTEA仪表在皮革行业在线监测中的应用。

4.1系统组成

现场水质在线监测集成系统如图8所示。

该系统主要包括COD分析仪、氨氮分析仪、总氮分析仪、总铬/六价铬分析仪、硫化物分析仪、pH计、超声波明渠流量计、自动留样仪、数据采集传输仪、取水单元、水样预处理单元、稳压电源、PLC控制单元、防雷单元、视频监控系统及超标报警系统等。

图7 SYSTEA分析仪远程控制部分界面

图8 水质在线监测集成系统

监测站房严格按照环保要求设计，做到专室专用。配备空调控制环境温度；配备防雷模块及稳压电源确保在线监控系统的安全性及稳定性；配备监控系统能够实时监控站房内及排放口的所有实时动态；配备超标报警系统和自动留样仪能够在仪表测出超标值时第一时间做出应急响应。

4.2系统主要功能

1）仪器检测传感器可实现自动校正功能；2）仪器具备标准样品自动核查功能，在监控过程中可以执行控制系统的自动标准样品核查命令，可储存标准样品核查数据；3）仪器具备日志记录功能，在监控过程中可记录仪器的实时工作状态日志，当发生故障时可以及时反馈给上层信息平台；4）仪器具备自动校准功能，可实现自动标样校准和远程自动校准；5）仪器具备量程自动切换功能，可根据实际水样浓度自动切换到最佳测试量程；6）仪器具备自动报警功能，当测试样品浓度超标、仪器发生故障以及仪器缺试剂时可及时报警，并反馈到上层信息管理平台；7）仪器具备多种数据查询方式，可提供报表和图表等多种数据查询方式；8）仪器具备RS232 或485输出接口。

4.3系统工作流程及性能特点

（1）各在线分析仪表按预先设定的自动监测时间进行水质监测，各台仪表在启动测量之前均能独立启动取水系统，水样实时从排放口泵入，经过过滤系统后到达仪表下方的取样杯中，仪器取样管从取样杯中取样进行分析，分析结束后实时传输数据至数据采集仪，数据采集仪将所有数据实时发送至监控平台，监控中心通过平台可以实时查看各企业排放口排水的各项指标。

（2）各仪表均按环保要求设定超标报警值，一旦某台仪表测出超标数据，仪表就会输出超标报警信号，通过鸣笛信号或报警灯信号告知现场工作人员有异常报警情况，使现场人员能在第一时间做出应急响应。同时仪表启动超标自检功能，通过测试现场预置的标准溶液以验证仪表测试的准确性，水质自动留样仪也在收到信号后启动自动留样功能，将超标水样冷藏留样待环保监管部门取样核查。排放口超标回流系统启动，将所有可能超标水样全部泵入应急水池，待确认超标事实后重新泵回污水处理系统处理。所有这些动作都在第一时间同时进行，最大限度地杜绝了超标废水外排污染环境。

（3）各在线监测仪表均能实现远程控制功能，操作人员在监控中心通过网络及相关软件即可实现对仪表的启动测量、启动校准、启动标液核查等测试功能。仪表除了具备数据记录功能外，还具备了仪器运行情况、异常报警情况的记录功能，使仪表的工作过程具备了可追溯性，便于环保部门监管核查。

（4）数据采集仪实时接收各监测仪表的数据，储存并整理数据，形成数据报表，可实现数据报表、图表等多种数据查询方式。

（5）各在线监测仪表具备精准的加药系统，每次加药量的误差极小，并提供了各个药剂的单次消耗量；PLC控制单元通过收集各仪表测量信号，通过统计次数即可计算得出各仪表各个药剂的使用情况，并按照设定的报警值及时提示工作人员定期更换药剂，最大限度减少了人员维护的工作量，有效提高了仪表无故障运行。仪器测试异常或出现故障均会输出报警信号，维护人员能第一时间做出响应，最大限度地减少了仪表损坏的风险，保障了仪表无故障运行的时间。

综上所述，SYSTEA仪表监控集成系统，在未来较长时间内都能满足环境监测的要求。仪器的超标留样和标液核查功能是近年来环保部门提出的最新的监测要求，而SYSTEA仪表在设计之初就已经拥有这些功能；标液核查功能、日志记录功能和视屏监控系统及现场配备的操作记录等手段的综合运用，可在很大程度上杜绝部分企业的数据造假行为；超标预警机制能在第一时间停止超标污水外排，最大限度地从源头上减少环境污染事故的发生。

中图分类号：X832

文献标志码：A

文章编号：1006-5377（2016）03-0060-05