12.2 Анализатор качества воды акв-2

Устройство АКВ-2 [50] позволяет выполнить анализ одной и той же пробы воды в автоматическом режиме по следующим характеристикам:

мутности, цветности, температуре, результатам седиментационного анализа, электропроводности, вязкости, электрофоретической подвижности,

дзета-потенциалу частиц взвеси, химической потребности в кислороде, содержанию хлора, водородному показателю и редокс-потенциалу, обладает функциональными возможностями выбора режимов и обеспечения необходимой точности измерений в соответствии с требуемыми технологическим регламентом.

На рис. 38 представлена общая схема устройства для анализа воды; на рис.39 и 40 – схемы расположения цилиндров и комбинированных электродов в плане и вертикальных разрезах.

Рис. 38. Общая схема устройства для анализа воды АКВ - 2

Рис.39. Схема расположения цилиндров и комбинированных электродов в плане

Рис.40. Схемы расположения цилиндров и комбинированных электродов в разрезах.

Устройство для анализа воды состоит из цилиндрического корпуса 1, внутри которого расположенны измерительные цилиндры 2, 3 и 4, причем корпус и цилиндры выполнены из электронепроводящего материала, а стенки и дно цилидра 3 – прозрачные; в стенки цилиндра 3 встроены, в трех уровнях, фотоприемники 5, регистрирующие рассеянный частицами свет в направлении, перпендикулярном движению оседающих частиц, а в дно этого цилиндра встроен фотоприемник 6 для регистрации светового потока в направлении оседания частиц.

Устройство также содержит электромагнитные клапаны 7 и 8, соответственно на трубах подачи 9 и отвода воды 10; два электрода 11 и 11^׳, расположенные в верхней и нижней частях цилиндра 2 для создания постоянного электрического поля; три электрода: измерительный 12 из графита, сравнительный 13 из меди и вспомогательный 14 из нержавеющей стали, расположенные в пространстве между стенками корпуса 1 и цилиндров 2 и 4; комбинированный рН-электрод 15, расположенный в пространстве между стенками корпуса 1 и цилиндров 2 и 3, комбинированный редокс-электрод 16, расположенный в пространстве между стенками корпуса 1 и цилиндров 3 и 4; источник света 17; набор из пяти светофильтров 18 для создания света с длинами волн 380, 400, 410, 500 и 800 нм; две чашечки 19, являющихся чувствительными элементами высокоточных весов, расположенные в нижних частях цилиндров 2 и 4; термометр сопротивления 20; датчик наполнения 21; блок управления 22; энергонезависимую память 23; передатчик 24 и источник постоянного тока 25. Все измерительные цилиндры имеют крышки с перфорацией 26, через которые происходит их равномерное заполнение водой.

Для отвода воды из цилиндров 2, 3 и 4 в трубу 10 предусмотрен набор

трубок 27.

В соответствии с технологическим регламентом устройства до начала его эксплуатации в блок управления вводятся следующие уставки:

- выбор режима измерений;

- интервал времени между циклами измерений;

- градуировочные характеристики, установленные для водных растворов платино-кобальтовой шкалы цветности и хром-кобальтовой шкалы цветности [51];

- константа сосуда для цилиндра 2 и температурные поправки [49].

Уставка «выбор режима измерений» предусматривает возможность установки режимов по отдельным показателям качества воды, комплексных режимов и полного режима.

К режимам по отдельным показателям относятся: определение мутности воды оптическим методом; седиментационный анализ с определением мутности оптическим методом; определение химической потребности в кислороде; определение рН; определение содержания хлора; определение температуры; определение электропроводности; определение цветности фотометрическим методом по платино-кобальтовой шкале; определение цветности фотометрическим методом по хром-кобальтовой шкале.

К комплексным режимам, например, относятся: определение температуры – вязкости - электрофоретической подвижности – седиментационный анализ – вычисление дзета-потенциала; определение цветности двумя способами.

Имеется также возможность выбора комплексных режимов по наборам отдельных показателей.

Полный режим измерений предусматривает определение всех двенадцати показателей качества воды с использованием «дублирующих» способов по определению мутности, цветности и седиментационному анализу.

Устройство работает следующим образом:

По сигналу блока управления 22 открывается клапан 7 на трубе подачи воды, начинает заполняться корпус 1. Когда вода поднимается на высоту измерительных цилиндров 2, 3 и 4, начинается их заполнение через крышки с перфорацией. После заполнения измерительных цилиндров 2, 3 и 4 вода поднимается выше в корпусе 1 и достигает датчика наполнения 21, по сигналу которого блок управления обеспечивает закрытие электромагнитного клапана 7. Подача воды прекращается. Таким образом, в корпусе и измерительных цилиндрах устанавливаются стационарные объемы воды.

При полном режиме измерений по сигналу блока управления 22 включается источник света 17, такое включение осуществляется заранее, чтобы сила света данного источника стабилизировалась. Одновременно начинаются измерения во всех трех цилиндрах. При помощи термометра сопротивления 20 измеряется температура пробы воды. По величине температуры блок управления 22 определяет динамическую вязкость воды [52] по формуле:

, П,

где t – температура воды, С˚.

Полученные данные блок управления 22 отправляет в энергонезависимую память 23. В цилиндре 2 при помощи электродов 11 создается постоянное электрическое поле, одновременно с включением электродов 11 в блоке управления 22 включается таймер.

Под цилиндрами 2 и 4 весы измеряют массу оседающих на соответствующие чашечки частиц, эти данные непрерывно поступают в блок 22, который фиксирует изменение массы во времени и по заранее заданному алгоритму строит седиментационные кривые I и II [43]. Под действием постоянного электрического поля частицы в цилиндре 2 оседают быстрее, чем в цилиндре 4, следовательно, кривая I «выпрямляется» раньше, чем кривая II. После ее выпрямления блок 22 выключает таймер.

По данным весов 19 в цилиндре 2 определяется мутность. Данные о седиментационных кривых и мутности записываются в энергонезависимой памяти. Сравнивая две полученные седиментационные кривые, блок 22 по заранее заданному алгоритму определяет электрофоретическую подвижность и дзета-потенциал . Эти два показателя сохраняются в энергонезависимой памяти 23 устройства. На этом измерения в двух цилиндрах 2 и 4 окончены. После выключения таймера в блоке 22 определяется удельное сопротивление и вычисляется электропроводность воды по методике, приведенной в [49]. Одновременно с началом измерений в цилиндрах 2 и 4 в цилиндре 3 начинается измерение химической потребности в кислороде (ХПК) [53].

Через светофильтр проходит свет с длиной волны 400 нм, фотоприемник фиксирует силу этого света, прошедшего через пробу. Свет выключается, происходит смена светофильтра с 400 нм на 500 нм. Измерения повторяются при данной длине волны. Затем светофильтр меняется с 500 нм на 800 нм. Измерения повторяются. По трем измерениям фотоприемника определяется показатель поглощения света при разных длинах волн, по этим данным блок 22 вычисляет ХПК. Затем в этом же цилиндре начинается измерение цветности с использованием светофильтров на 380 и 410 нм [51].

Одновременно в цилиндре-корпусе 1 начинается измерение рН [54],а затем редокс-потенциала [55] при помощи комбинированных рН- и редокс -электродов [56]. После этого производится измерение остаточного хлора при помощи измерительного, сравнительного и вспомогательного электродов, расположенных в цилиндре-корпусе 1 [52].

Между измерительным электродом 12 из графита и вспомогательным электродом 14 из нержавеющей стали подается постоянное напряжение таким образом, чтобы потенциал измерительного электрода 12 из графита относительно сравнительного электрода 13 из меди был в пределах от +150 до -200 мВ (при концентрации хлора в воде от 0 до 5 мг/л ). При таких условиях величина тока, протекающего между электродами измерительным 12 и вспомогательным 14, прямо пропорционально зависит от концентрации остаточного хлора в воде.

Полученные данные по ХПК, цветности, редокс-потенциалу, рН и остаточному хлору сохраняются в энергонезависимой памяти.

Блок управления 22, считывая из памяти все полученные данные, отправляет их с помощью передатчика на заранее заданное внешнее устройство (например, компьютер).

По сигналу блока управления 22 открывается электромагнитный клапан 8 на трубе отвода воды 10 и происходит опорожнение всех цилиндров. Затем клапан 8 закрывается.

По сравнению с ранее известными, данное устройство обладает следующими преимуществами:

- расширяется набор показателей, характеризующих качество природной и очищаемой воды;

- расширяются функциональные возможности устройства, обеспечивающие широкий выбор режимов измерений и необходимую точность.