Автоматизированный контроль качества вод

Реферат

Автоматизированный контроль качества вод

Введение

Вода – основа жизни. И очень хочется, чтобы вода в доме была чистой, прозрачной и безопасной. Но, к сожалению, в реальности вода загрязнена множеством соединений, концентрации которых часто превышают нормы. И это характерно как для водопроводной воды, так и для подземных вод из скважин и колодцев.

Проблема контроля качества питьевой воды затрагивает очень многие стороны жизни человеческого общества в течение всей истории его существования. В настоящее время проблемы загрязнения воды, загрязнения питьевой воды, загрязнения подземных вод – контроль качества воды это проблемы социальные, политические, медицинские, географические, а также инженерные и экономические. Так как же проверить качество воды и как осуществлять контроль качества воды в дальнейшем? Существует много способов проверить воду на качество, например, попробовать воду на вкус, выпаривать или отстаивать воду в течение нескольких часов и наблюдать выпадение белого осадка. Но такие методы «анализа и контроля» имеют существенный недостаток – субъективность и большую вероятность ошибки в определении качества воды. Единственно точный и надежный способ проверки воды на качество, пригодность для питья – это ее анализ.

Анализ качества воды позволяет удостовериться в ее чистоте и пригодности для питья, умывания, ежедневного применения, эксплуатации бытовой техники и сантехники, а также использования воды в аквариумах.

В условиях загрязнения водоемов необходимо изыскание более действенных средств контроля за качеством воды. Контроль, осуществляемый с помощью автоматических приборов, способствует более быстрому принятию решений и проведению мероприятий по устранению неблагоприятных воздействий на источники водоснабжения населения и проводится путем прямого измерения величин концентрации загрязнений с помощью определенных датчиков в виде электрического сигнала.

Контроль качества вод

 

Химический состав воды подземных источников и степень ее загрязнения зависят от многих причин: от глубины, с которой забирается вода, попадания в водоносный слой загрязнения от промышленных предприятий, свалок, сельскохозяйственных полей и т.д. Важно отметить, что первую группу риска составляют пользователи неглубоких (песчаных) скважин 20–40 метров, колодцев и родников, т. к. именно эти воды наиболее подвержены техногенному загрязнению. Артезианские водоносные горизонты в основном защищены плащом из моренных глин и суглинков. Однако, ввиду наличия региональных водозаборов из артезианских горизонтов, встречаются места, где избыточное давление артезианских вод практически выработано. В результате, образуются воронки депрессии, которые приводят к инфильтрации поверхностных и грунтовых вод в артезианские водоносные горизонты. Это, в свою очередь, ведет к загрязнению водоносного горизонта, считавшегося ранее достаточно чистым. Кроме того, для артезианских вод иногда характерна достаточно высокая минерализация. Исходя из этого, после бурения скважин на воду или копки колодцев, необходимо проводить анализ качества воды. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.1.4.1175–02 «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников» предусматривают обязательный контроль одиннадцати физико-химических и четырех микробиологических показателей, а также нормируют содержание в воде более 1000 химических веществ, специфических для конкретного региона.

Расширенный список показателей для первичного обследования качества воды индивидуальных скважин и колодцев. В случае неудовлетворительного качества воды, результаты анализа помогут при выборе метода очистки воды (от бытовых фильтров до локальных очистных систем). Рекомендуется для анализа воды на выходе из систем коллективного водоснабжения садовых товариществ и т.п.

Общие параметры: pH, жесткость общая, запах при 20 град. С, мутность по формазину, сухой остаток, цветность.

Интегральные характеристики: окисляемость перманганатная.

Металлы: бор, железо, литий, марганец, медь, молибден, мышьяк, натрий, свинец, стронций.

Неорганические соединения: аммоний-ион, нитраты, нитриты, сероводород и сульфиды, сульфаты, фосфаты, фториды, хлориды, цианиды.

Летучие галогенорганические соединения: 1,1,1 – Трихлорэтан, 1,1,2,2 – Тетрахлорэтан, 1,1,2,2 – Тетрахлорэтен, 1,1 – Дихлорэтен, 1,2 – Дихлорпропан, 1,2 – Дихлорэтан, 1,2 – Дихлорэтен, Дибромхлорметан, Дихлорбромметан, Дихлорметан, Тетрахлорметан, Трибромметан, Трихлорметан, Трихлорэтен

Пестициды (содержащие хлор): 2,4 – D, Альдрин, Альфа-ГХЦГ, Гамма-ГХЦГ(линдан), Гексахлорбензол, Гептахлор, ДДД, ДДЕ, ДДТ, Дильдрин, Кельтан, Метоксихлор, Эльдрин.

Бактериология: общее микробное число при 37 град. С, общие колиформные бактерии.

Параметры качества воды, установленные СанПиН 2.1.4.1074–01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».

Полное исследование воды по этому списку должно проводиться индивидуальными предприятиями и юридическими лицами, деятельность которых связана с проектированием, строительством, эксплуатацией систем водоснабжения и обеспечением населения питьевой водой, а также органами и учреждениями, осуществляющими государственный санитарно-эпидемиологический надзор.

Общие параметры: pH, жесткость общая, запах при 20 град. С, сухой остаток, цветность.

Интегральные характеристики: окисляемость перманганатная.

Металлы: алюминий, барий, бериллий, бор, железо, кадмий, марганец, медь, молибден, мышьяк, никель, ртуть, свинец, селен, стронций, хром 6+, цинк.

Органические соединения: нефтепродукты (общие углеводороды), СПАВ анионные.

Неорганические соединения: кремний, нитраты, сульфаты, фосфаты, фториды, хлор общий, хлор свободный, хлориды, цианиды.

Летучие галогенорганические соединения: 1,1,1 – Трихлорэтан, 1,1,2,2 – Тетрахлорэтан, 1,1,2,2 – Тетрахлорэтен, 1,1 – Дихлорэтен, 1,2 – Дихлорпропан, 1,2 – Дихлорэтан, 1,2 – Дихлорэтен, Дибромхлорметан, Дихлорбромметан, Дихлорметан, Тетрахлорметан, Трибромметан, Трихлорметан, Трихлорэтен.

Пестициды (содержащие хлор): 2,4 – D, Альдрин, Альфа-ГХЦГ, Гамма-ГХЦГ(линдан), Гексахлорбензол, Гептахлор, ДДД, ДДЕ, ДДТ, Дильдрин, Кельтан, Метоксихлор, Эльдрин.

Фенолы: фенольный индекс.

Бактериология: общее микробное число при 37 град. С, сульфитредуцирующие клостридии, термотолерантные колиформные бактерии.

Вирусология: колифаги.

Паразитология: Цисты лямблий.

Контроль промышленных сточных вод.

Анализ сточных вод, отводимых предприятиями-абонентами в систему коммунального водоотведения, производится для определения условий договоров на отпуск воды и прием сточных вод в городскую канализацию и недопущения сброса загрязняющих веществ, запрещенных к приему в городскую канализацию.

Рекомендуется также для контроля сточных вод после промышленных фильтров и систем водоочистки.

Общие параметры: pH, взвешенные вещества, прокаленный остаток, сухой остаток.

Интегральные характеристики: БПК 5, ХПК, эфироизвлекаемые вещества.

Металлы: алюминий, бериллий, бор, висмут, вольфрам, железо, кадмий, калий, кальций, литий, магний, марганец, медь, мышьяк, натрий, никель, олово, ртуть, свинец, серебро, стронций, хром 3+, хром 6+, цинк.

Органические соединения: ацетон, бензол, жиры, нефтепродукты (общие углеводороды), СПАВ анионные, СПАВ неионогенные, толуол, трилон-Б, формальдегид (фотометрия).

Неорганические соединения: азот аммонийный (по расчету), азот нитратов (по расчету), азот нитритов (по расчету), аммоний-ион, бромиды, кремний, нитраты, нитриты, роданиды, сероводород и сульфиды, сульфаты, сульфиты, тиосульфаты, тиосульфаты (в расчете на S2O3), ферроцианиды, фосфаты, фосфаты (в расчете на Р), фосфор общий, фосфор общий (в расчете на Р), фториды, хлориды, цианиды.

Летучие галогенорганические соединения: 1,1,1 – Трихлорэтан, 1,1,2,2 – Тетрахлорэтан, 1,1,2,2 – Тетрахлорэтен, 1,1 – Дихлорэтен, 1,2 – Дихлорпропан, 1,2 – Дихлорэтан, 1,2 – Дихлорэтен, Дибромхлорметан, Дихлорбромметан, Дихлорметан, Тетрахлорметан, Трибромметан, Трихлорметан, Трихлорэтен

Полициклические ароматические углеводороды: Антрацен, Аценафтен, Бензо(a) антрацен, Бензо(a) пирен, Бензо(b) флуорантен, Бензо(ghi) перилен, Бензо(k) флуорантен, Дибенз(ah) антрацен, Нафталин, Пирен, Фенантрен, Флуорантен, Флуорен, Хризен.

Фенолы: 2,3,5 – Триметилфенол, 2,3 – Ксиленол, 2,4 – Ксиленол, 2,5 – Ксиленол, 2,6 – Ксиленол, 2-Изопропилфенол, 3,4 – Ксиленол, 3,5 – Ксиленол, м-Крезол, о-Крезол, о-Этилфенол, п-Крезол, п-Этилфенол, Фенол, Cумма. (4)

Службы контроля за качеством вод

В 1979 г. Совет Министров утвердил «Положение о государственном контроле за использованием и охраной вод».

В положении предусматривается, что государственный контроль за использованием и охраной вод должен обеспечить соблюдение всеми министерствами, ведомствами, предприятиями, учреждениями, организациями и гражданами установленного порядка использования вод, выполнения обязанностей по охране их от загрязнения, засорения и истощения. Необходимо соблюдение правил учета использования вод, установленных «Основами водного законодательства и союзных республик». Такой контроль осуществляется Советами народных депутатов, их исполнительными и распорядительными органами, а также Министерством мелиорации и водного хозяйства, Государственным комитетом по гидрометеорологии и контролю природной среды, Министерством геологии, Министерством здравоохранения, Министерством рыбного хозяйства.

Согласно положению Министерство мелиорации и водного хозяйства осуществляет контроль за использованием и охраной вод.

132 бассейновых, территориальных управления или инспекции по регулированию использования и охране вод и 252 гидрохимические лаборатории отбирают и анализируют пробы сточных вод и вод открытых водоемов в местах сброса в них сточных вод, определяют эффективность работы действующих водоохранных сооружений, намечают мероприятия по устранению вскрытых недостатков и устанавливают сроки их исполнения.

Работу по санитарной охране водоемов санитарно-эпидемиологическая служба проводит в соответствии с «Положением о государственном санитарном надзоре в СССР» от 1973 г. Органы санитарно-эпидемиологической службы Министерства здравоохранения отвечают за охрану водоемов – аспект, затрагивающий интересы здравоохранения и санитарные условия жизни населения. В системе здравоохранения имеется 4260 санитарно-эпидемиологических станций.

Постановлением Совета Министров «О мерах по дальнейшему улучшению здраво­охранения и развитию медицинской науки в стране» (1968) была создана широкая сеть санитарных лабораторий на предприятиях для изучения состава сточных вод и качества воды водоемов. Каждая лаборатория проводит в год десятки тыс. анализов вод и воды водоемов.

Санитарная лаборатория и ее, филиалы на очистных сооружениях работают по единому плану, утвержденному дирекцией предприятия после детального согласования с санитарно-эпидемиологической станцией.

Объектами санитарных наблюдений являются водоемы, которые используются для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых нужд населения. Створы наблюдений приурочиваются при этом к пунктам санитарно-бытового водопользования.

Органы Государственного комитета по гидрометеорологии и контролю природной среды изучают химический состав поверхностных вод и его изменения под влиянием хозяйственной деятельности человека, а также на основе обобщения полученных материалов составляют обзоры состояния загрязнения водных источников. Для проведения этих наблюдений служба располагает стационарными постами, которые размещены в водных бассейнах страны с учетом распределения сбросов промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных стоков и плотности населения. Периодически проводятся экспедиционные обследования различных районов и отдельных водных объектов, имеющих наиболее важное значение для народного хозяйства. В настоящее время стационарная сеть наблюдений состоит из 4 тыс. пунктов и охватывает 1200 водных объектов страны. Ежегодно из них отбирается около 40 тыс. проб воды, в каждой из которых определяется не менее 20 показателей.

Санитарное состояние водоемов, имеющих рыбохозяйственное значение, и выполнение мероприятий по их охране контролируют органы рыбоохраны Министерства рыбного хозяйства. Контроль за использованием и охраной подземных вод, а также изучение их состояния проводит Министерство геологии.

В положении подчеркнута роль общественных организаций, которые в соответствии с их уставами и законодательством союзных республик оказывают содействие органам по регулированию использования и охране вод и другим органам, осуществляющим государственный контроль за использованием и охраной вод, путем создания контрольных постов на предприятиях, в учреждениях, организациях и на других объектах, организации соревнования коллективов за рациональное использование и чистоту вод, а также проведение других мероприятий.

При проведении санитарных наблюдений за состоянием водоемов предусматривают сбор сведений об основных источниках загрязнения. При этом рассматриваются вопросы санитарного благоустройства населенного пункта, условия отведения его сточных вод, данные о других источниках загрязнения, в частности о промышленных и других объектах, сбрасывающих сточные воды, качестве и составе сбрасываемых сточных вод, характере очистки и обеззараживания и т.д.

Материалы о качестве воды водоемов увязываются с данными об их гидрогеологическом режиме, что позволяет оценить полученные результаты санитарно-лабораторных исследований и использовать их при прогнозировании качества воды водоемов.

В IX разделе «Основных направлений экономического и социального развития на 1981–1985 годы и на период до 1990 года» говорится о необходимости создать автоматизированные системы управления водохозяйственными комплексами в бассейнах важнейших рек Европейской части страны и Средней Азии. (1)

Автоматизированные системы контроля качества вод

Автоматизированная система контроля качества вод – automated system of water quality monitoring – автоматизированная система наблюдений, сбора, накопления, обработки и выдачи данных о качестве воды и предупреждения о нарушении норм ее качества. (2)

Автоматизированная система диспетчерского контроля качества воды в водоисточнике обеспечивает следующие основные функции:

+  контроль основных показателей качества природной воды: мутность, цветность, аммиак, фосфаты, железо, рН, растворенный кислород, электропроводность, хлориды, температуру и вывод этих параметров на автоматизированном рабочем месте. Интервал контроля, в зависимости от анализируемого показателя, составляет от нескольких секунд (электропроводность) до 18 минут (железо);

+  аварийная сигнализация о выходе параметров качества воды за пределы допустимых значений;

+  аварийная сигнализация о неисправности станции мониторинга, отсутствии электропитания, потери связи;

+  формирование отчетных форм и аварийных журналов по качеству природной воды.

Внедрение автоматизированной системы мониторинга качества воды водоисточника позволяет:

+  уменьшить время определения загрязнения с нескольких часов до нескольких минут;

+  моделировать изменения качества воды водоисточников и прогнозировать его на станциях водоподготовки;

+  обеспечить централизованный мониторинг качества воды в водоисточниках. (3)

Приборы автоматического контроля качества вод

По своему назначению приборы автоматического контроля за качеством воды подразделяются на приборы для стационарных лабораторий, для работы в полевых условиях и передвижных лабораториях.

Переносные приборы предназначены в основном для получения экспресс-информации о состоянии отдельных участков реки, водохранилища и др. в полевых условиях, с борта лодки, берега водоема, береговых сооружений. Полученные данные позволяют принять быстрые решения и проводить мероприятия по устранению неблагоприятных воздействий на контролируемый район водопользования.

Если мы употребляем слова «автоматизированная система», то это означает, что без ЭВМ не обойтись. А где ЭВМ – там скорость и точность. Для нее не будет проблемы найти нарушителя чистоты воды – память ЭВМ способна это установить тотчас. Кроме того, ЭВМ мгновенно дает команду о необходимых мерах для предотвращения дальнейшего загрязнения. Таким образом, автоматизированная система контроля и регулирования качества вод – это своеобразная система, которая позволит сохранить чистоту водоемов. (6)

Ниже представлены автоматизированные системы контроля качества питьевой, сточной и поверхностной воды для определения мутности, жесткости, цветности, содержания БПК, ХПК, общих коли-форм, нитратов, нитритов, фосфатов, аммония, общего углерода, Fe, Al, Mn, Cu, Ni, Zn, Br, Cl и т.д.

Измерительный модуль DEPOLOX®4 состоит из плексигласового корпуса, встроенного в контролирующий клапан измерителя. Прозрачный корпус позволяет в любое время проверить, насколько качественно происходит очистка потока частиц воды от частиц песка и гравия. Прозрачный плексигласовый корпус дает возможность визуальной проверки точности измерений, включая вращение, песка и гравия, чистку электродов и качество электролитов.

Текущее измерение частиц хлора возможно благодаря использованию устройства, состоящего из 3-х электродов и установленного на нижнюю часть плексигласового корпуса. В таком снятии измерений используется принцип 3-х статичных электродов. Возможна комплектация сенсором Pt100 для компенсации температуры. Сенсор устанавливается возле хлорного электрода модуля. Комбинированный измеритель и спаренные электроды могут устанавливаться в просверленных отверстиях на крышке DEPOLOX®4 для измерения уровня pH и окислительно-восстановительного потенциала.

Анализаторы Depolox® 4 имеет Сертификат Госстандарта.

Анализатор остаточного уровня деполокс ® 3 плюс (TI.50.560) обеспечивает непрерывное измерение свободного или общего (связанного) хлора (или диоксида хлора, или озона) в процессах водоподготовки. Используя проверенную и универсальную технологию амперометрических измерений, данный анализатор напрямую измеряет остаточные уровни данных дезинфектантов и выдает 4–20 млА выходной сигнал для управления или регистрации. В прибор включены реле аварийных сигналов. Имеется конфигурация для измерения рН или фтора.

Анализаторы Depolox®3+ имею Сертификат Госстандарта

Измерения хлора без применения реагентов – используя уникальный внутренне буферированный датчик, Анализатор остаточного уровня деполокс ® 3 плюс измеряет остаточные уровни свободного или общего хлора без использования реагентов, включая пробы с изменяющимся рН. Поскольку реагентов не добавляется, проба может быть возвращена в водопроводную систему без ограничений.

Трехэлектродный измерительный элемент – для измерения свободного и общего хлора, диоксида хлора и озона используется технология трехэлектродного измерения. В данном элементе нет необходимости постоянной настройки нуля, характерной для других анализаторов. Надежность и стабильность значительно повышены, в то время как техническое обслуживание значительно упрощено. Колебания проводимости или мутности не влияют на калибровку и точность.

Гибкая конфигурация – электронная часть и детали, соприкасающиеся с водой, устанавливаются отдельно, что упрощает монтаж и делает оборудование более удобным для оператора. Возможны две конфигурации оборудования, соприкасающегося с водой: одна для мембранного типа, который используется для измерения свободного или общего хлора, диоксида хлора или озона, а вторая для «голых электродов», тип, который используется для измерения только свободного хлора. Обе этих конфигурации могут быть оборудованы датчиком рН или фтора. Для измерений только фтора имеется специальный проточный узел. Имеются два блока электронного управления: версия с одним входом для измерения только дезинфектанта и версия с двойным входом для измерений дезинфектанта и рН или фтора.

Современная электроника – устанавливается в корпусе NEMA 4X, блок управления анализатора обеспечивает изолированный 4–20 млА выходной сигнал, конфигурируемые реле аварийных сигналов и дискретный интерфейс RS485 для самых сложных схем управления. ЖК-дисплей, читаемый при солнечном свете, с подсветкой, имеет две строки знаков для отображения такой информации как остаточный уровень и тип остаточного уровня, сообщения об аварии и т.д. Шестикнопочная клавиатура обеспечивает доступ к различным дисплеям, а также к меню установок, калибровки и диагностики. Можно задать код безопасности для предупреждения несанкционированного доступа к рабочим параметрам.

Переключатель расхода пробы – В качестве опции имеется переключатель расхода для индикации потери расхода в измерительном элементе. Этот переключатель устанавливается на впуске ячейки для пробы и подсоединяется к электронному блоку управления для включения аварийного сигнала в случае отсутствия пробы.

Micro 2000® (TI.50.505.GR) производства компании «Wallace&Tiernan» является точным и надежным инструментом для непрерывных измерений общего и свободного остаточного хлора, а также остаточных диоксида хлора и перманганата калия. Таким образом, этот прибор является новым шагом в совершенствовании мониторинга и управления системами хлорирования питьевых, технических и сточных вод, систем охлаждения, градирен, бассейнов, теплообменников. Измерительная ячейка встраивается непосредственно в линию и может непрерывно выдавать информацию об остаточном содержании реагента до 0,001 мг/л. Благодаря этому, эффективность хлорирования растет.

Надежность и простота использования измерительной ячейки Micro 2000® делают ее идеальным решением для мониторинга обеззараживания и отбеливания на предприятиях целлюлозо-бумажной и текстильной промышленности. Помимо этого, Micro 2000® с успехом применяется для контроля обеззараживания технической воды для электронной, фармацевтической и косметической промышленности, а также при производстве пива и безалкогольных напитков.

Техническая информация

Тип измерений: Амперометрические. Непрерывно измеряет и отображает остаточное содержание общего и свободного хлора, диоксида хлора и перманганата калия в питьевой воде, сточных водах на первичной или вторичной стадиях обработки, охлаждающей воде.

Точность: 0,001 мг/л или 1% полной шкалы. Для любых измерений остаточного содержания, точность измерительной ячейки очень сильно зависит от используемых аналитических методик калибровки. Особенно это касается диоксида хлора, методики калибровки которого изначально дают довольно большую погрешность, что сильно повлияет на точность показаний измерительной ячейки.

Чувствительность: 0,001 мг/л или 1% полной шкалы.

Повторяемость: 0,001 мг/л или 1% полной шкалы.

Стабильность: При благоприятных условиях ±1% полной шкалы в течение 1 месяца.

Время выдачи отчета: 90 сек. при использовании насоса с двигателем 10 ходов/мин.

Диапазоны измерений остаточного содержания:

Для остаточных содержаний свободного и общего хлора, диоксида хлора и перманганата калия:

0 – 100 мкг/л 0 – 5 мг/л

0 – 200 мкг/л 0 – 10 мг/л

0 – 500 мкг/л 0 – 20 мг/л

0 – 1.00 мг/л 0 – 50 мг/л

0 – 2.00 мг/л 0 – 100 мг/л

Жидкие регенты:

При определении свободного хлора при нестабильном рН необходимо добавлять к пробе буферный раствор. Для определения общего хлора добавляют раствор йодида калия.

Всасывающие трубки насосов опускаются в сосуды с реагентами. 5 литровой бутылки любого реагента хватает на 4 – 6 недель. Для определения перманганата калия или диоксида хлора в присутствии свободного хлора необходимо добавлять сульфат аммония.

Требования к пробе воды:

Расход воды для измерительной ячейки составляет 0,5 л/мин. Он контролируется с помощью клапана Maric, установленного на входе. Максимальное давление – 5 бар. Возможен вариант дистанционной установки насоса для подачи пробы.

Выходной сигнал: Изолированный 4–20 мА постоянного тока, аналоговый, пропорционально остаточному содержанию.

Макс. импеданс 600 Ом

Температура:

Окружающей среды + 2 + 50 С

Пробы воды – 3 + 50 С

Соленость:

От пресной до морской воды

Соединения:

Вход и слив; цанговый фитинг на шланг внутр. диаметр 1/4»

Степень защиты:

Прилагаемая электроника имеет защиту IP66 (водонепроницаемость и устойчивость к коррозии)

Требования к электропитанию: