太钢科技 ·５９· 关于水中溶解氧在线检测方法的研究 能源动力总厂 李日清 摘要本文对膜法和荧光法两种典型的水中溶解氧在线检测方法测量原理进行了简单阐 述，并结合实际对两种方法的使用进行了比较，指出各自的优缺点，提出有效的维护方法，保证测 量的准确性，以满足污水处理工艺需求。 关键词溶解氧在线膜法荧光法使用和维护 ０概述 送器两部分组成。传感器有复膜电极和无膜 电极两种，它们的工作原理非常相似，都由 在生活污水处理系统的生化处理工序， 阴极、阳极和电解液组成。我们在１单元和 为了去除水中有机物，要对ＭＳＢＲ池中的 ７单元ＳＢＲ池中使用的是复膜电极溶解氧 １＃、６＃和７＃池进行好氧处理，好氧处理过 仪，其工作原理是： 程也就是有氧曝气过程，曝气量的多少要靠 电极的阳极由极薄的黄金片组成，阴极 测量水中的溶解氧含量来调节。这就需要在 由薄银片组成，两极之间充以电解液，顶端 三个池中安装在线溶解氧分析仪，用来测量 用薄膜覆盖。在阴阳两电极之间加０．５ 水中溶解氧，并根据测出的氧含量调节电动 １．０ＶＤＣ电压。这时被测液体中的氧渗透过 调节阀的开度，以调节进风量，达到去除水 薄膜在黄金电极上还原，产生如下反应： 中有机物的目的。溶解氧仪测量的准确与否 阴极０２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ一 ４０Ｈ一 直接关系到污水生化处理的效果，因此，必 阳极４Ａｇ＋４Ｃ１一 ４ＡｇＣｌ＋４ｅ一 须保证仪表的准确性和可靠性。 可见，对于每个氧分子，阴极都要失去 溶解于水中的分子态氧称为溶解氧，通 ４个电子，而在银阳极得到４个电子。由于 常记作ＤＯ，用每升水里氧气的毫克数表示。 这种氧化还原反应，电子转移过程中产生了 目前，在线分析溶解氧的方法有两种，一种 正比于被测溶液中含氧量的电流，在一定的 是膜法，另一种是荧光法，这两种方法在我 温度下，该电流的大小与被测溶液中的含氧 们的现场中都有使用，下面就这两种测量方 量成正比关系，经过放大转换成溶解氧值被 法的原理和在线仪表的使用维护进行简单 显示出来。 的分析和研究。 如此，只要保证液体中的氧原子能很好 １膜法溶解氧仪的使用 地透过薄膜，电解液的活性足够即可。 １．２膜法电极的使用和维护 １．１工作原理 因为生活污水中含有部分油污、油脂及 膜法溶解氧分析仪主要由传感器和变 微生物，常常吸附在薄膜上，沾污了薄膜表 ６０· ２０１６年第２期 准不成功，就需要更换薄膜和电解液并用细 面，这些都严重影响测量精度，因此需要定 期清洗。我们规定一周清洗一次电极，２～３ 个月要更换一次薄膜和电解液，更换后则要 重新校验、标定，平时每半个月就要标定一 次。每更换一次电解液，还要同时用细砂纸 打磨电极表面，防止电极被氧化。 对于覆膜电极，有些产品在进行标定时 砂纸打磨电极表面，然后再校准后投入使 用。 ２荧光溶解氧仪的使用 由于膜法溶解氧仪表面容易吸附污物， 必须在无氧溶液中（如５％亚硫酸钠溶液作 为无氧水）设置零点，造成运行成本增加，维 需要经常更换薄膜和电解液，维护量大，因 此，在ＭＳＢＲ池关键的６单元曝气池，我们 选用了美国ＨＡＣＨ的荧光溶解氧仪。 ２．１工作原理 荧光溶氧仪是基于物理学中特定物质 护量增大。我们选用的德国Ｅ＋Ｈ膜法溶解 氧分析仪，只需要空标，不需要零点标定，降 低了成本。 对活性荧光的猝熄原理。传感器由测量箔 片、蓝宝石光窗、蓝光ＬＥＤ、蓝光滤光片、红 由于无膜电极没有要更换的薄膜，不需 要填充电解液，维护量相对小些，但电极容 易污染，需要增加清洗频次，测量准确性相 对低，所以没有选用。 水中的溶解氧的含量与空气中氧的分 光ＬＥＤ、红光滤光片、感光器组成（如图１）。 传感器前端的荧光物质是特殊的铂金属卟 啉复合了允许气体分子通过的聚酯箔片，表 面涂了一层黑色的隔光材料以避免日光和 水中其它荧光物质的干扰。通过蓝宝石光窗 与水密钛合金外壳内红蓝光源以及感光元 件隔离。调制的蓝光照到荧光物质上使其激 发，并发出红光，由于氧分子可以带走能量 （猝熄效应），所以激发红光的时间和强度与 氧分子的浓度成反比。采用与蓝光同步的红 压、水的温度都有密切关系。在自然情况下， 空气中的含氧量变动不大，故水温是主要的 因素，水温愈低，水中溶解氧的含量愈高。因 此，如果仪表显示不正确，除了要清洗、更换 电解液和膜片外，还要看温度测量是否正 确，通过检测传感器电阻值判断温度传感器 是否损坏，是否需要更换。 ｌ－３膜法溶解氧分析仪的现场校准方法 般采用空气校正法。由化学原理可 光光源作为参比，测量激发红光与参比光之 间的相位差，并与内部标定值比对，从而计 算出氧分子的浓度，经过线性化和温度补 偿，输出最终值。 知，水中溶解氧饱和时，液相中的氧分压等 于液相上面的氧分压。也就是说，在平衡状 态时，由水面上空气进人水中的氧的速率与 由水中逸出到空气中的氧的速率是相等的。 ２．２荧光电极的使用和维护 和膜电极一样，为防止污水中的油污、 油脂及在曝气池中使用时微生物对电极的 溶解氧电极是氧分压敏感元件，因此进入水 中或在水面上的空气中电极将产生相等的 污染，需要定期清洗探头。规定一周清洗一 次电极．半个月标定一次。 荧光电极的优点是无须更换固态电极 或膜，电解液，一旦显示不准，除了清洗探 头外，还要检查传感器帽，更换或重新安装 传感器帽，确认传感器帽中没有阻塞。 ２．３荧光法溶解氧仪的现场校准方法 电流。这就是空气校正的原理。 目前仪表都是智能型的，只要根据产品 说明书进入校准菜单，按步骤操作即可完成 校准。 校准成功与否，仪表会有提示，如果校 太钢科技 ·６１· ／测量箔片 ＼蓝光滤光片 红光ＬＥＤ 蓝光ＬＥＤ 蓝宝石光窗 图１ 荧光溶解氧仪的工作原理 以美国ＨＡＣＨ荧光溶解氧仪为例，同样 是空气校准。荧光法溶解氧仪的空气校正需 电解液，维护量大，一旦维护跟不上，测量就 出现偏差，因此用在水中悬浮物相对低、溶 解氧测量精度要求相对低的１＃和７＃ＳＢＲ 池； （２）无膜电极容易污染，清洗频次多，测 量数据出现误差的频次更大，因此尽量不予 要在避光条件下进行。将传感器清洗干净 后，用一个遮光的黑色塑料袋包住，按ＣＡＬ 键进行一键校准。目前，仪表都具有自检功 能，如果校准成功，屏幕显示ＯＫ，如果不成 功，重新进行。 也可以应用两点校正。先在实验室做好 两个已知溶解氧的样品，打开仪表校准菜 单，将传感器分别放入两个样品中，寻找两 点，待稳定后，按确认键。 还有就是因子校准法。将传感器放人一 使用； （３）荧光溶解氧仪测量精度相对要高， 维护量也小些，只需要更换传感器帽，而且 更换周期相对要长，但整机成本高，一旦更 换传感器帽不能解决问题，还需要更换整个 传感器。因此，荧光溶解氧仪用在关键的６＃ 曝气池中。 ４结束语 个已知溶解氧的液体中，根据仪表读数计算 修正系数，打开因子校准菜单，输入修正系 数，确认即可。 ３两种方法比较 随着科技进步，水中溶解氧的测量技术 日益提高，设备寿命增加，仪表智能化和自 检能力增强。从长远观点来看，选用荧光法 在线溶解氧仪更加可靠。 （１）膜法溶解氧仪整机成本相对低，备 件也便宜，但覆膜电极需要经常更换膜片及