АНАЛИТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ВОДЫ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ
Аналитический контроль качества природных вод, также как и воды в различных технологических процессах,
использующих ее как рабочую среду, например в тепловой и атомной энергетике, и, наконец, контроль качества
питьевой воды и состава водных сбросов промышленных предприятий, до сих пор, как правило, основаны на
результатах лабораторных анализов периодически отбираемых проб. Недостатки подобной схемы организации
аналитического контроля достаточно очевидны. Особенно в тех случаях, когда состав контролируемой среды
может изменяться во времени спонтанно. Важнейший из них - существенное отставание во времени получения
информации о контролируемом объекте от реального времени и соответственно отставание во времени принятия
решения о вмешательстве в контролируемый процесс с целью предотвращения нежелательного развития ситуаций.
Отсюда возникает необходимость поиска альтернативных решений в организации экоаналитического и
технологического контроля и в создании методов и средств аналитического контроля, адекватных современным
информационным технологиям, которые абсолютно не стыкуются с существующей системой получения и сбора
химикоаналитической информации.
Традиционный подход к организации аналитического контроля наиболее распространенных объектов анализа
способствовал преимущественному развитию аналитического приборостроения в направлении создания приборов
для выполнения лабораторных анализов предварительно отобранных проб (анализ по схеме "off‑line").
Очевидной альтернативой традиционной схеме организации аналитического контроля являются автоматизированные
системы, функционирующие по схеме "on‑line". Интерес к подобным системам в последние годы существенно
возрос в связи с достигнутым более высоким уровнем информационных технологий и наметившимся разрывом между
ними и традиционной схемой организации аналитического контроля. Важнейшее преимущество непрерывного
автоматизированного контроля проявляется в том, что он позволяет своевременно и направленно "вмешиваться"
в контролируемый процесс с целью его оптимизации по параметрам безопасности, экономическим показателям и с
целью снижения нагрузки на окружающую среду. Последнее особенно важно при увеличивающемся давлении на
промышленность со стороны экологического законодательства, проявляющемся в постоянном ужесточении требований
к допустимым сбросам.
В тоже время существует целый ряд объективных и субъективных факторов, сдерживающих развитие и
распространение методов и техники аналитического контроля "on line". Важнейшей объективной причиной являются
высокие требования к надежности аппаратуры, призванной работать в жестких механоклиматических условиях цехов
промышленных предприятий или помещений на судах при не всегда достаточной квалификации обслуживающего
персонала, и в тоже время с предельно строгими требованиями к результатам анализа.
Главным субъективным фактором, особенно характерным для нашей страны, является неправильное понимание
назначения автоматизированных систем непрерывного контроля, не как средства получения качественно новой
информации, а как способа экономии средств на заработной плате химиков-аналитиков заводских или
экоаналитических лабораторий. Учитывая низкий уровень последней, такая "экономическая причина" не может быть
стимулом для внедрения сравнительно дорогостоящих автоматизированных систем, которые никогда не окупятся за
счет экономии фонда заработной платы аналитиков.
Рассмотрение применяемых в настоящее время методов определения важнейших показателей качества природных вод,
таких как содержание в них нефтепродуктов, фенолов, анионных поверхностноактивных веществ, тяжелых металлов,
неорганических соединений азота и фосфора и т.п. показало, что весь комплекс методических задач определения
этих показателей может решаться в проточном анализе с использованием трех методов детектирования:
фотометрии, флюориметрии и ионометрии (Рис.1).
|
Поэтому первым требованием к разрабатываемым проточным анализаторам явилась универсальность по принципам детектирования в пределах трех перечисленных методов.
В понятие универсальность вкладывается и второй смысл, определяемый назначением анализаторов в плане практического применения. Проточные методы анализа к настоящему времени еще широко не вошли в отечественную аналитическую практику. Поэтому двойной скачок: от стационарных методов анализа к проточным и от рутинных лабораторных методик к автоматизированным системам непрерывного контроля, едва ли будет сразу воспринят аналитиками-практиками без промежуточного этапа внедрения проточно-инжекционного анализа в практику лабораторного химико-аналитического контроля. Поэтому при разработке анализаторов предполагалось, что они должны быть универсальными по назначению: как автономные приборы для оснащения аналитических лабораторий и как модули, допускающие создание на их основе индивидуальных каналов автоматизированных многоканальных систем непрерывного контроля.
Рис.2. Блок-схема универсального проточного анализатора.
Рис.3. Отображение отдельного анализатора.
Рис.4. Отображение группы анализаторов.
Рис.5. Блок-схема системы автоматизированного пробоотбора.
№ | Аналит | Метод предвари- тельного концентри- рования | Детектор | Диапазон определяемых концентраций, мг/дм3 | * Относи- тельная погрешность для границ диапазона (Р=0.95), % |
1 | Растворенные нефтепродукты | экстракция | флюориметрический | 0.005-1.0 | 22-5.0 |
2 | Фенолы | экстракция | флюориметрический | 0.001-0.01 | 25-4.0 |
3 | АПАВ | экстракция | фотометрический | 0.05-0.50 | 25-10 |
4 | <Общее железо> | - | фотометрический | 0.05-1.00 | 9.0-1.0 |
5 | Ионы меди II | сорбция | фотометрический | 0.001-0.020 | 24-4.0 |
6 | <Остаточный алюминий> | - | фотометрический | 0.10-0.60 | 8.0-5.0 |
7 | Ионы аммония | - | фотометрический | 0.05-0.80 | 10-4.0 |
8 | Нитрит-ионы | - | фотометрический | 0.02-1.00 | 8.0-5.0 |
9 | Нитрат-ионы | - | фотометрический | 0.2-4.0 | 9.0-4.0 |
10 | Фосфат-ионы | - | фотометрический | 0.05-1.00 | 5.0 |
11 | Фосфат-ионы | сорбция | фотометрический | 0.01-0.05 | 25-3.0 |
12 | Сульфат-ионы | - | нефелометрический | 5-250 | 4.0 |
13 | Фторид-ионы | - | ионометрический | 0.04-1.00 | 1.0-9.0 |
14 | Хлорид-ионы | - | ионометрический | 30-3000 | 1.0-9.0 |
15 | Хлорид-ионы | сорбция | ионометрический | 0.4-5.0 | 15-10 |
* Нормы погрешности для природных и очищенных сточных вод во всех случаях не превышают нормы, установленной ГОСТ 27384‑87. Вода. Нормы погрешности измерений показателей состава и свойств. ** Отставание в получении результата от реального времени на нижней границе диапазона определяемых концентраций для методик без предварительного концентрирования составляет 2 мин, с предварительным концентрированием 4-8 мин. |
Рис.7. Внешний вид многоканальной системы проточно-инжекционных анализаторов.
N° | Опреде-ляемая примесь | Результаты анализа в режиме мг/дм3 | Результаты контрольных измерений в лаборатории, мг/дм3 | Расхождение результатов измерений, мг/дм3 | Максимально допустимое расхождение результатов измерений, мг/дм3 |
1 | NO3− | 118.5 | 110.5 | 8.0 | 45.8 |
2 | 79.4 | 77 | 2.4 | 31.3 | |
3 | 119 | 112 | 7.0 | 46.2 | |
4 | 144.5 | 144.9 | 0.4 | 57.9 | |
5 | 115 | 119 | 4.0 | 46.8 | |
6 | 136.5 | 125 | 11.5 | 52.3 | |
7 | 39.9 | 35.7 | 4.2 | 15.1 | |
8 | 185 | 136 | 49 | 64.2 | |
9 | 111 | 107 | 4.0 | 43.6 | |
10 | 154 | 140 | 14 | 58.8 | |
11 | NH4+ | 212 | 223 | 11 | 87 |
12 | 187 | 200 | 13 | 77.4 | |
13 | 212 | 223 | 11 | 87 | |
14 | 108 | 96 | 12 | 40.8 | |
15 | 203 | 194 | 9 | 79.4 |
Рис. 8 - Длительный мониторинг содержания остаточного алюминия на одной из станций водоподготовки.
Рис.9. Сравнение ПИА и классических методов при контроле сточных вод на фосфаты на одной из станций водоочистки в разных точках технологического процесса.
Рис.10. Сравнение ПИА и классических методов при контроле сточных вод на нитратный азот на одной из станций водоочистки в разных точках технологического процесса.