接上篇【在線水質分析儀表選型導向之一】

3 在線水質分析儀的應用

流程工業中，水可以運用到以下幾個方面：首先是作為生產過程中的原料、溶劑，是工業生產物料的一部分，這部分水隨不同的工藝要求，會有不同的水質要求；其次是水作為生產過程的能量轉化或交換媒介，為作功機械或發電機提供能量，或直接以蒸汽的形式為工藝過程提供熱量，也可以是通過蒸發或換熱將生產過程中產生的多余的能量帶出裝置；也會作為一種生產加工的輔助介質，用于分離及凈化，如汽提、水洗等操作。當然用過的水會因不同的工藝特點，造成水質劣化，甚至會變成污水，對污水的處理及對處理后的水的重復利用，是當前企業中節能減排的一個重要手段。
在水的各應用場合，在線水質分析儀對不同工藝過程的水質的變化進行監測，為不同的水處理過程提供用于供應、運行和排放的參考數據，或通過水質分析結果來判斷生產過程、產品品質是否符合預定的條件與規格。在線水質分析儀也是根據不同工藝、不同用水特點對儀器進行設計與配置，以適合所要求測量條件與范圍，并且根據具體的應用場合，來配置相應的附件。以下是流程工業中，幾種典型的在線水質分析儀的應用情況：
1）原水處理：原水一般是企業從當地的水源引來的水，這些水需要經過預處理才能進入企業內部的工業水處理系統。原水處理過程與市政水處理基本相同，主要是除去天然水體中存在的懸浮物及膠體物質等雜質，同時會對水的酸堿度及硬度有一定的處理作用，以達到后續水處理單元的進水水質要求。基本處理過程見圖7-1所示。在這個處理過程中，由于要加入絮凝劑對懸浮物及膠體雜質進行沉淀處理，所以需要調節合適的絮凝pH范圍，并通過濁度檢測來差別絮凝沉淀過程的進行及對過濾后水質潔凈程度的監測。處理后的水根據下一工序的需要，決定是否加入消毒劑及加入的濃度，以保證處理后的水在輸送過程中保持水質穩定清潔。

在原水處理階段，根據不同水質和處理要求，需要檢測以下這些指標：濁度、pH、溶解性固體（電導率）、堿度、硬度、有機物、氨氮、硝氮、污泥濃度、殘余氯或二氧化氯、總有機碳（TOC）等。對于一些特殊要求的水，可能還會檢測氟化物、總鐵、化學需氧量（COD）等指標。
2）純凈水處理：流程工業的運行操作中，會在許多地方用到純凈水，并且這些用水單元對水質有著不同的要求，其中鍋爐用水占了很大的比例，在一些無機化工過程中，也會大量使用純凈度高的水。制備純水一般會采用離子交換方式，有時也會根據原水水質情況，在初級凈化階段采用膜法處理，而在精制水階段采用離子交換方式。純凈水制備的基本流程如圖7-2 所示，在不同的企業或行業，也會將純凈水制備過程叫化學水處理，甚至會根據所制備的純凈水的應用叫做鍋爐給水處理、軟化水處理或脫鹽水處理。

在不同的純凈水處理階工段，會根據水處理過程中水質的變化情況，特別是水中溶解性的無機離子變化情況，對水質指標進行檢測，以判斷水處理效果和水處理設備運行狀態。由于水的凈化過程中，水處理設備的組件或材料會因水中雜質的影響而造成效率降低甚至失效，在實際運行操作過程中，會依據水質變化情況和運行情況，對水處理設備進行清洗和再生等操作，以恢復水處理效果，清洗及再生過程中會采用一定濃度的酸或堿溶液對水處理設備進行處理，檢測這些酸或堿的濃度可以為清洗或再生操作提供參考數據。
對于純凈水處理過程，首先會對進水的水質情況進行檢測，一般會檢測以下指標：電導率、硬度、pH、濁度和殘余氯。當采用陽離子樹脂床和陰離子樹脂床對水進行初級凈化時，由于不同性質的樹脂床所除去的無機離子不同，水質變化是有一定規律的，并且可以通過樹脂床出水指標，來監測水質變化情況，并判斷和指導樹脂床的再生操作過程。陽離子樹脂床出水，會因水中陽離子被氫離子所置換，pH值會有所降低，而鈉離子濃度可以標志著陽離子樹脂床的負載程度及預期失效情況。殘余的陰離子被陰離子樹脂床吸附，因中和了水的酸性，電導率大幅度下降，pH值達到中性，同時陰離子樹脂床出水中的硅酸根離子濃度變化標志著陰離子樹脂床的負載與失效情況。當水經過混合離子樹脂交換床后，水中殘存的可電導物質幾乎沒有了，水的電導率會降低到很低的水平，甚至會低于1μS／cm，電導率這樣低的純水在檢測其水質指標時，均需要考慮采用低量程和低電導率的檢測器。
對于一些應用純水的場合，可能還會出于保證裝置安全或消除腐蝕隱患的要求，加入一些輔助水處理劑，如除氧劑、阻垢劑等，這種加劑操作一般是在水進入用水設備前進行，并需要設置專用的水質分析儀進行濃度監測。
3）循環冷卻水處理：這是在流程工業中所使用的水的累積量中的，并且整個循環冷卻水系統幾乎會連通到企業的所有裝置。由于循環水的用量大，水質變化也較復雜，為防止循環冷卻水在工廠管線及設備中運行時產生結垢、腐蝕、或滋生微生物，通常會在水中加入一定量的化學水處理劑，以保證水質的穩定性。循環冷卻水的運行方式分封閉式循環和敞開式循環，封閉式循環一般應用于發電機組、內燃機組中，而敞開式循環則廣泛運用于流程工業的生產運行裝置中，以換熱、保溫等形式出現在生產裝置的不同工段和設備中間。循環冷卻水處理的基本流程如7-3圖所示。

循環冷卻水的指標一般是根據整個系統運行特點，結合加入的水處理劑的類型與加入量來決定所檢測的水質指標的內容與范圍的。對于封閉式循環冷卻水系統，一般采用水質非常好的純凈水，只加入少量增加水質穩定的處理劑。而敞開式循環冷卻水系統，則會根據水質變化情況，要加入阻垢劑、緩蝕劑、消毒劑等，同時還需要加入適量的酸或堿以調節水的pH值在合適的范圍。
循環冷卻水處理過程中，會主要用到以下在線水質分析儀：硬度、堿度、pH、電導率、濁度、總磷/磷酸根、有機物含量（采用紫外吸收方式（UV）或總有機碳方式（TOC）測定），余氯或二氧化氯等。由于循環冷卻水在運行中，水中的鹽會逐漸積累，從而導致氯離子濃度升高，而水中的氯離子是對許多不銹鋼部件的造成腐蝕的因素之一，所以近年來對循環冷卻水中的氯離子濃度也提出監測的要求。
4）蒸汽和凝結水品質監測：流程工業中，大量生產運行裝置使用蒸汽用于熱源給物料進行加熱，或作為動力驅動介質進行發電或直接做功，為重型機械提供原動力。為保證產品品質和做功機械的安全平穩運行，就要求所提供的蒸汽要達到一定的品質，另一方面由于蒸汽冷卻形成的凝結水，相對于其他工藝用水的潔凈程度高，具有很大的重復利用價值而需要進行回收，所以在流程工業當中，對蒸汽和凝結水的品質監測對企業效益和節能減排具有重要意義。
對于蒸汽品質監測，主要是對蒸汽中可能會夾帶的少量鈉離子和硅酸根離子進行檢測，以評估蒸汽管線及做功機械部件上可能結垢的傾向；同時也需要對蒸汽中可能存在的微量氧進行檢測，以防止金屬部件在高溫下產生腐蝕。
凝結水可能來自于不再生產操作裝置，在運行過程中可能會由于裝置內的物料滲漏對凝結水造成污染，也可能會由于一些管線機件的腐蝕產生污染，而判斷凝結水的水質是否符合回收及重復利用的因素，通常會根據以下幾個指標來判斷：水的電導率，用于判斷凝結水中存在無機離子的相對量；總有機碳（TOC），用于判斷凝結水中有機物的污染程度。另外，也可能根據不同的工藝特點，選擇有針對性的凝結水水質檢測方式。對于凝結水中有機物污染，以往有一個誤區，認為都是水中油。雖然水中的油（主要指礦物油或石油及其產品）是一個水質污染的主要指標，但由于許多油在高溫及蒸汽的作用下，可能會發生一些化學變化，從而轉化成溶解于水中的非烴類有機物，這些有機物一般不具有油的性質，但仍然是有機物，所以這時以水中總有機碳來判斷凝結水的有機物污染程度，更有普遍的代表性。
由于蒸汽和凝結水可能會處于較高溫度與壓力下，特別是對蒸汽品質檢測時，對樣品實行適當的降溫減壓處理是必須，一是保證樣品能夠順利檢測，二是使操作維護人不致受到高溫和高壓樣品的傷害。
5）廢水和污水處理：任何流程工業中，不同生產運行裝置都會產生不同特點的廢水和污水（以下統稱廢水），這些廢水中會因加工過程中物料及副產物的進入，使水中含有不同種類的污染物，甚至是對環境產生毒害的物質。對這些廢水的有效處理，是保證環境和生命安全的重要措施。一個大型的流程工業項目，在建設初期就必須考慮生產運行當中所產生的污染物，特別是水質污染對環境造成的影響。
流程工業中的廢水，由于其加工工藝和原料及輔料的種類不同，對水造成的污染情況與市政污水的污染情況有很大差別，這些差別體現在以下幾個方面，同時也是流程工業廢水的幾個明顯特點：1）有機污染物和油類的污染明顯。這是由于許多流程工業的加工過程中，大量使用多種有機物，特別是石油及其制品作原料，來生產其他生產或生活所需要的有機物制成品。2）毒害性化合物污染明顯。這些主要包括溶解或懸浮于水中的硫化物、氮化物、有機氯化物、、氟化物、重金屬及一些毒害性元素的化合物。這些毒害性化合物中，有些可以隨著時間及水質自凈化過程慢慢轉化成低毒或無害的物質，但有些卻是性的污染，如汞、鎘、砷、鉛等重金屬。3）酸性和堿性廢水。這類廢水由于其明顯的腐蝕性和不穩定性，往往是采用分別收集處理的方式，但這些廢水中可能也會同時含有毒害性化合物，在處理過程中需要根據廢水特點及處理工藝的需要，對廢水的一些指標進行針對性檢測。
在許多工業企業，由于其他廢水的特殊性，往往不會直接排入市政的污水廢水系統，而是在企業內部根據這些廢水的特點，*行針對性的處理，達到一定排放指標后，才能進入市政的廢水系統。而應用于工業廢水監測用的在線水質分析儀，需要針對廢水的特性進行選擇與配置，部分檢測指標還需要根據產生廢水的工藝及物料情況，選擇合適的檢測原理和方法。由于環保法令的要求而對廢水排放進行實時監測。
6）中水回用：由于水資源的緊缺和企業環保意識的提高，對于一些經過處理后的廢水進行再利用，會給企業帶來一定的經濟效益和社會效益，中水回用充分體現了這一點。中水回用的處理過程，會因回用的目的及用途不一樣而采取不同處理方法與處理深度。對于一些水資源緊缺的地區，為減少自然水體的取用量，往往對企業排放的廢水進行深度處理，處理后的水質可以達到循環冷卻水的補水要求，甚至更進一步處理達到鍋爐給水的水質要求。而對于水資源相對豐沛的地區，處理后的中水則一般用于環境景觀用水，如綠地植物澆灌、水生動植物放養池塘等。
對于中水回用的深度處理過程，在線水質分析儀應用點較多，結合所處理的水的特點和出水水質要求，選擇相應的檢測指標，并配置相關的分析儀器。