本发明属于废水处理领域，涉及一种高硬度废水成垢离子在线监测系统及方法。
背景技术：
火电厂是用水大户，其用水量约占全部工业用水量的40％左右，而水的问题已成为电力工业建设、发展的制约因素，尤其在北方地区更为突出。火电厂循环水系统及脱硫系统为主要的用、排水单元，其产生的循环水排污水及脱硫废水水质较差，水中成垢离子含量较高，直接回用易导致后续回用处理系统发生结垢，影响了系统的正常运行。目前在火电厂废水综合治理回用改造所涉及循环水排污水深度处理及脱硫废水处理改造工程中，均包含软化处理单元，通过软化处理优化废水水质，保证废水处理回用系统(膜)的稳定运行，确保火电厂废水减排改造的效果。
然而，在实际应用中，软化处理单元的运行效果主要通过电厂定时取样分析检测，检验周期长，药剂投加剂量参数调整滞后，出水水质无法及时掌控，尤其在废水水质、水量变化时，难以保证出水水质，进而导致软化系统运行稳定性差，增大了后续膜系统的结垢风险；同时，现有的电位滴定仪无法实现在线自动检测、且工作过程复杂、自动化程度不高，难以满足火力发电厂企业现场水质快速监测调整的需要。目前电厂为了保证废水软化处理效果，增大了软化药剂投加量，导致运行成本增加。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高硬度废水成垢离子在线监测系统及方法，该系统及方法能够实现高硬度废水成垢离子的在线监测。
为达到上述目的，本发明所述的高硬度废水成垢离子在线监测系统包括控制器、进样管道、取样计量泵、冲洗水计量泵、碱性药剂加药计量泵、掩蔽剂加药计量泵、钡盐标准溶液加药计量泵、滴定剂加药计量泵、药剂箱、滴定池、废液排放阀门、废液排放管道、搅拌器及显示器；
进样管道上设置有进样控制阀门及y型过滤器，进样管道的出口与取样计量泵的入口相连通，冲洗水计量泵的入口、碱性药剂加药计量泵的入口、掩蔽剂加药计量泵的入口、钡盐标准溶液加药计量泵的入口及滴定剂加药计量泵的入口分别与药剂箱的除盐水出口、碱性药剂出口、掩蔽剂出口、钡盐标准溶液出口及滴定剂出口相连通，取样计量泵的出口、冲洗水计量泵的出口、碱性药剂加药计量泵的出口、掩蔽剂加药计量泵的出口、钡盐标准溶液加药计量泵的出口及滴定剂加药计量泵的出口与滴定池的入口相连通，滴定池的出口依次经废液排放阀门与废液排放管道相连通，滴定池内插入有温度传感器、ph电极与离子电极；
滴定池内设置有搅拌叶轮，搅拌器与滴定池内的搅拌叶轮相连接；
滴定剂加药计量泵、温度传感器、ph电极、离子电极及显示器与控制器的输入端相连接，控制器的输出端与进样控制阀门、取样计量泵、冲洗水计量泵、碱性药剂加药计量泵、掩蔽剂加药计量泵、钡盐标准溶液加药计量泵、滴定剂加药计量泵、搅拌器、废液排放阀门及显示器相连接。
进样管道上设置有y型过滤器。
药剂箱的除盐水出口经冲洗管道与冲洗水计量泵相连通；
药剂箱的碱性药剂出口经第一根加药管与碱性药剂加药计量泵相连通；
药剂箱的掩蔽剂出口经第二根加药管与掩蔽剂加药计量泵相连通；
药剂箱的钡盐标准溶液出口经第三根加药管与钡盐标准溶液加药计量泵相连通；
冲洗水计量泵的出口经冲洗水管与滴定池的入口相连通。
药剂箱的滴定剂出口经滴定剂管道与滴定剂加药计量泵相连通。
还包括用于对冲洗水管、第一根加药管、第二根加药管、第三根加药管、滴定剂管道、温度传感器、ph电极及离子电极进行限位的多孔板。
一种高硬度废水成垢离子在线监测方法包括以下步骤：
1)除盐水通过冲洗管道及冲洗水计量泵进入到滴定池中，开启搅拌器、碱性药剂加药计量泵、掩蔽剂加药计量泵、钡盐标准溶液加药计量泵及滴定剂加药计量泵，以排出第一根加药管、第二根加药管、第三根加药管及滴定剂管道中的气泡，并对温度传感器、ph电极、离子电极及滴定池进行冲洗，然后依次关闭碱性药剂加药计量泵、掩蔽剂加药计量泵、钡盐标准溶液加药计量泵、滴定剂加药计量泵、搅拌器及冲洗水计量泵，开启废液排放阀门，将滴定池内的废液排空，再关闭废液排放阀门，完成冲洗；
2)待测水样经过取样计量泵进入到滴定池中，对滴定池进行润洗，然后开启废液排放阀门，对滴定池进行排空，再关闭废液排放阀门，随后将待测水样经取样计量泵送入滴定池中，以完成取样；
3)根据测试需求，打开碱性药剂加药计量泵、掩蔽剂加药计量泵或钡盐标准溶液加药计量泵，向滴定池中加入碱性药剂、掩蔽剂或者钡盐标准溶液；
4)开启搅拌器，滴定剂加药计量泵开始计量滴定，滴定剂加药计量泵将滴定信息实时传输至控制器中，通过温度传感器、ph电极及离子电极实时检测滴定池中待测水样的温度、ph值及电位信息，同时根据离子电极检测的电位信息、ph电极检测的ph值、温度传感器检测的温度信息及滴定剂标准溶液的滴加体积判断滴定终点，当到达滴定终点时，则关闭滴定剂加药计量泵及搅拌器，开启废液排放阀门，将滴定池中的废液经废液排放管道排放；
控制器根据滴定剂加药计量泵的计滴结果计算滴定剂的体积，然后根据滴定剂的体积及离子电极反馈得到的滴定终点时的电位值计算待测水样中的待测组分浓度。
当测定待测水样中的钙离子浓度时，则滴加碱性药剂；
当测定水样的总硬度时，则滴加掩蔽剂；
当测定待测水样中的硫酸根离子时，则滴加定量且过量的钡盐标准溶液。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的高硬度废水成垢离子在线监测系统及方法在具体操作时，先对滴定池进行冲洗，再排空后加入待测水样，然后根据测试需求，向滴定池中加入碱性药剂、掩蔽剂或者钡盐标准溶液，随后根据滴定方法滴入滴定剂，同时通过温度传感器、ph电极及离子电极实时检测滴定池中待测水样的温度、ph值及电位信息，并以此判定滴定终点，控制器即可根据滴定剂的体积及离子电极反馈得到的滴定终点时的电位值计算待测水样中的待测组分浓度，实现在线连续取样和废水水样的钙、镁、硫酸根等成垢离子的在线滴定分析，在实际操作时，通过远传功能反馈调节软化处理系统的加药系统，实现软化药剂的精准投加，进而降低加药运行成本，有效提高软化处理系统运行稳定性，保证软化出水水质，无需人工干预，有效提高监测精度，系统结构简单，操作方便，实用性较强。
附图说明
图1为本发明的滴定程序流程图。
图2为本发明的工作原理图。
其中，1为进样管道、2为进样控制阀门、3为y型过滤器、4为取样计量泵、5为冲洗水计量泵、6为碱性药剂加药计量泵、7为掩蔽剂加药计量泵、8为钡盐标准溶液加药计量泵、9为滴定剂加药计量泵、10为冲洗管道、11为加药管道、12为滴定剂管道、13为多孔板、14为滴定池、15为搅拌叶轮、16为搅拌器、17为废液排放阀门、18为废液排放管道、19为控制器、20为显示器、21为离子电极、22为药剂箱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图2，本发明所述的高硬度废水成垢离子在线监测系统包括控制器19、进样管道1、取样计量泵4、冲洗水计量泵5、碱性药剂加药计量泵6、掩蔽剂加药计量泵7、钡盐标准溶液加药计量泵8、滴定剂加药计量泵9、药剂箱22、滴定池14、废液排放阀门17、废液排放管道18、搅拌器16及显示器20；进样管道1上设置有进样控制阀门2及y型过滤器3，进样管道1的出口与取样计量泵4的入口相连通，冲洗水计量泵5的入口、碱性药剂加药计量泵6的入口、掩蔽剂加药计量泵7的入口、钡盐标准溶液加药计量泵8的入口及滴定剂加药计量泵9的入口分别与药剂箱22的除盐水出口、碱性药剂出口、掩蔽剂出口、钡盐标准溶液出口及滴定剂出口相连通，取样计量泵4的出口、冲洗水计量泵5的出口、碱性药剂加药计量泵6的出口、掩蔽剂加药计量泵7的出口、钡盐标准溶液加药计量泵8的出口及滴定剂加药计量泵9的出口与滴定池14的入口相连通，滴定池14的出口依次经废液排放阀门17与废液排放管道18相连通，滴定池14内插入有温度传感器、ph电极与离子电极21；滴定池14内设置有搅拌叶轮15，搅拌器16与滴定池14内的搅拌叶轮15相配合；滴定剂加药计量泵9、温度传感器、ph电极、离子电极21及显示器20与控制器19的输入端相连接，控制器19的输出端与进样控制阀门2、取样计量泵4、冲洗水计量泵5、碱性药剂加药计量泵6、掩蔽剂加药计量泵7、钡盐标准溶液加药计量泵8、滴定剂加药计量泵9、搅拌器16、废液排放阀门17及显示器20相连接。
进样管道1上设置有y型过滤器3。
药剂箱22的除盐水出口经冲洗管道10与冲洗水计量泵5相连通；
药剂箱22的碱性药剂出口经第一根加药管与碱性药剂加药计量泵6相连通；
药剂箱22的掩蔽剂出口经第二根加药管与掩蔽剂加药计量泵7相连通；
药剂箱22的钡盐标准溶液出口经第三根加药管与钡盐标准溶液加药计量泵8相连通；
冲洗水计量泵5的出口经冲洗水管与滴定池14的入口相连通。
药剂箱22的滴定剂出口经滴定剂管道12与滴定剂加药计量泵9相连通。
本发明还包括用于对冲洗水管、第一根加药管、第二根加药管、第三根加药管、滴定剂管道12、温度传感器、ph电极及离子电极21进行限位的多孔板13。
参考图1，本发明所述的高硬度废水成垢离子在线监测方法包括以下步骤：
1)除盐水通过冲洗管道10及冲洗水计量泵5进入到滴定池14中，开启搅拌器16、碱性药剂加药计量泵6、掩蔽剂加药计量泵7、钡盐标准溶液加药计量泵8及滴定剂加药计量泵9，以排出第一根加药管、第二根加药管、第三根加药管及滴定剂管道12中的气泡，并对温度传感器、ph电极、离子电极21及滴定池14进行冲洗，然后依次关闭碱性药剂加药计量泵6、掩蔽剂加药计量泵7、钡盐标准溶液加药计量泵8、滴定剂加药计量泵9、搅拌器16及冲洗水计量泵5，开启废液排放阀门17，将滴定池14内的废液排空，再关闭废液排放阀门17，完成冲洗；
2)待测水样经过取样计量泵4进入到滴定池14中，对滴定池14进行润洗，然后开启废液排放阀门17，对滴定池14进行排空，再关闭废液排放阀门17，随后将待测水样经取样计量泵4送入滴定池14中，以完成取样；
3)根据测试需求，打开碱性药剂加药计量泵6、掩蔽剂加药计量泵7或钡盐标准溶液加药计量泵8，向滴定池14中加入碱性药剂、掩蔽剂或者钡盐标准溶液；
4)开启搅拌器16，滴定剂加药计量泵9开始计量滴定，滴定剂加药计量泵9将滴定信息实时传输至控制器19中，通过温度传感器、ph电极及离子电极21实时检测滴定池14中待测水样的温度、ph值及电位信息，同时根据离子电极21检测的电位信息、ph电极检测的ph值、温度传感器检测的温度信息及滴定剂标准溶液的滴加体积判断滴定终点，当到达滴定终点时，则关闭滴定剂加药计量泵9及搅拌器16，开启废液排放阀门17，将滴定池14中的废液经废液排放管道18排放；
控制器19根据滴定剂加药计量泵9的计滴结果计算滴定剂的体积，然后根据滴定剂的体积及离子电极21反馈得到的滴定终点时的电位值计算待测水样中的待测组分浓度，同时保存并显示待测水样中的待测组分浓度。
在实际操作时，依次进行钙离子浓度、总硬度、硫酸根离子浓度的测量。
其中，当测定待测水样中的钙离子浓度时，则滴加碱性药剂；当测定水样的总硬度时，则滴加掩蔽剂；当测定待测水样中的硫酸根离子时，则滴加定量且过量的钡盐标准溶液。
在实际操作时，在线监测装置的控制系统根据水质分析结果，对比阈值，确定软化药剂投加量的调整，并将反馈指令远传软化处理单元的加药控制系统，实现在线监测调节功能。
优选地，在滴定过程中，当被滴定样品离子选择性电极反馈电位变化迅速(即将发生电位突跃)，则减慢加药速度，如此连续循环直到到达滴定终点。
另外，控制器19实时记录滴定过程的数据，包括加入滴定剂标准溶液的体积和离子电极21不断变化的电位值，将滴定过程中离子电极21检测的电位传输到控制器19，当滴定终点到达时，则记录滴定终点到达时的电位，同时绘制滴定过程中滴定剂投加体积与电位变化数据的曲线图，然后通过显示器20进行显示。
另外，在滴定方法中对电位分量变化范围设定检测变化阈值，在接近终点时降低滴定速度，增加检测精度，构建曲线图，其中，曲线的x轴为滴定剂标准溶液的投加体积，曲线的y轴为变化的电位值或电位值对滴定剂体积的一次导数或二次导数，电位值变化迅速的点在导数曲线上会形成尖峰或低谷，系统容易判断终点位置，通过曲线图可以清楚的确定电位分量变化最迅速的对加药应体积点。
1.一种高硬度废水成垢离子在线监测系统，其特征在于，包括控制器(19)、进样管道(1)、取样计量泵(4)、冲洗水计量泵(5)、碱性药剂加药计量泵(6)、掩蔽剂加药计量泵(7)、钡盐标准溶液加药计量泵(8)、滴定剂加药计量泵(9)、药剂箱(22)、滴定池(14)、废液排放阀门(17)、废液排放管道(18)、搅拌器(16)及显示器(20)；
进样管道(1)上设置有进样控制阀门(2)及y型过滤器(3)，进样管道(1)的出口与取样计量泵(4)的入口相连通，冲洗水计量泵(5)的入口、碱性药剂加药计量泵(6)的入口、掩蔽剂加药计量泵(7)的入口、钡盐标准溶液加药计量泵(8)的入口及滴定剂加药计量泵(9)的入口分别与药剂箱(22)的除盐水出口、碱性药剂出口、掩蔽剂出口、钡盐标准溶液出口及滴定剂出口相连通，取样计量泵(4)的出口、冲洗水计量泵(5)的出口、碱性药剂加药计量泵(6)的出口、掩蔽剂加药计量泵(7)的出口、钡盐标准溶液加药计量泵(8)的出口及滴定剂加药计量泵(9)的出口与滴定池(14)的入口相连通，滴定池(14)的出口依次经废液排放阀门(17)与废液排放管道(18)相连通，滴定池(14)内插入有温度传感器、ph电极与离子电极(21)；
滴定池(14)内设置有搅拌叶轮(15)，搅拌器(16)与滴定池(14)内的搅拌叶轮(15)相配合；
滴定剂加药计量泵(9)、温度传感器、ph电极、离子电极(21)及显示器(20)与控制器(19)的输入端相连接，控制器(19)的输出端与进样控制阀门(2)、取样计量泵(4)、冲洗水计量泵(5)、碱性药剂加药计量泵(6)、掩蔽剂加药计量泵(7)、钡盐标准溶液加药计量泵(8)、滴定剂加药计量泵(9)、搅拌器(16)、废液排放阀门(17)及显示器(20)相连接。
2.根据权利要求1所述的高硬度废水成垢离子在线监测系统，其特征在于，进样管道(1)上设置有y型过滤器(3)。
3.根据权利要求1所述的高硬度废水成垢离子在线监测系统，其特征在于，药剂箱(22)的除盐水出口经冲洗管道(10)与冲洗水计量泵(5)相连通。
4.根据权利要求1所述的高硬度废水成垢离子在线监测系统，其特征在于，药剂箱(22)的碱性药剂出口经第一根加药管与碱性药剂加药计量泵(6)相连通；
药剂箱(22)的掩蔽剂出口经第二根加药管与掩蔽剂加药计量泵(7)相连通；
药剂箱(22)的钡盐标准溶液出口经第三根加药管与钡盐标准溶液加药计量泵(8)相连通；
冲洗水计量泵(5)的出口经冲洗水管与滴定池(14)的入口相连通。
5.根据权利要求1所述的高硬度废水成垢离子在线监测系统，其特征在于，药剂箱(22)的滴定剂出口经滴定剂管道(12)与滴定剂加药计量泵(9)相连通。
6.根据权利要求1所述的高硬度废水成垢离子在线监测系统，其特征在于，还包括用于对冲洗水管、第一根加药管、第二根加药管、第三根加药管、滴定剂管道(12)、温度传感器、ph电极及离子电极(21)进行限位的多孔板(13)。
7.一种高硬度废水成垢离子在线监测方法，其特征在于，基于权利要求1所述的高硬度废水成垢离子在线监测系统，包括以下步骤：
1)除盐水通过冲洗管道(10)及冲洗水计量泵(5)进入到滴定池(14)中，开启搅拌器(16)、碱性药剂加药计量泵(6)、掩蔽剂加药计量泵(7)、钡盐标准溶液加药计量泵(8)及滴定剂加药计量泵(9)，以排出第一根加药管、第二根加药管、第三根加药管及滴定剂管道(12)中的气泡，并对温度传感器、ph电极、离子电极(21)及滴定池(14)进行冲洗，然后依次关闭碱性药剂加药计量泵(6)、掩蔽剂加药计量泵(7)、钡盐标准溶液加药计量泵(8)、滴定剂加药计量泵(9)、搅拌器(16)及冲洗水计量泵(5)，开启废液排放阀门(17)，将滴定池(14)内的废液排空，再关闭废液排放阀门(17)，完成冲洗；
2)待测水样经过取样计量泵(4)进入到滴定池(14)中，对滴定池(14)进行润洗，然后开启废液排放阀门(17)，对滴定池(14)进行排空，再关闭废液排放阀门(17)，随后将待测水样经取样计量泵(4)送入滴定池(14)中，以完成取样；
3)根据测试需求，打开碱性药剂加药计量泵(6)、掩蔽剂加药计量泵(7)或钡盐标准溶液加药计量泵(8)，向滴定池(14)中加入碱性药剂、掩蔽剂或者钡盐标准溶液；
4)开启搅拌器(16)，滴定剂加药计量泵(9)开始计量滴定，滴定剂加药计量泵(9)将滴定信息实时传输至控制器(19)中，通过温度传感器、ph电极及离子电极(21)实时检测滴定池(14)中待测水样的温度、ph值及电位信息，同时根据离子电极(21)检测的电位信息、ph电极检测的ph值、温度传感器检测的温度信息及滴定剂标准溶液的滴加体积判断滴定终点，当到达滴定终点时，则关闭滴定剂加药计量泵(9)及搅拌器(16)，开启废液排放阀门(17)，将滴定池(14)中的废液经废液排放管道(18)排放；
控制器19根据滴定剂加药计量泵9的计滴结果计算滴定剂的体积，然后根据滴定剂的体积及离子电极21反馈得到的滴定终点时的电位值计算待测水样中的待测组分浓度。
8.根据权利要求7所述的高硬度废水成垢离子在线监测方法，其特征在于，当测定待测水样中的钙离子浓度时，则滴加碱性药剂；
当测定水样的总硬度时，则滴加掩蔽剂；
当测定待测水样中的硫酸根离子时，则滴加定量且过量的钡盐标准溶液。
技术总结