【導讀】在過去5年

，用於水處理的膜，特別是反滲透(RO) 膜的使用量幾乎翻了一番。如今，RO膜技術廣泛用於多種行業
，從市政用水和廢水處理到各種工業應用中的超純水(UPW)生產。多項研究表明，如果反滲透膜長期暴露於氯濃度38 ppb（基於三年以上的1000 ppm-hr）huiweihaidaomodejiegouhewanzhengxing，danruguobushiyongxiaoduji，zehuidaozhishengwuwuranqiewufahuifu。weilebaochizhezhongweimiaodepingheng，mocaozuorenyuanbixuzhunquejianceyanghuajinongduhetuolvjidetianjialiang
，tebieshiduiyuRO給gei水shui。此ci外wai，還hai需xu要yao監jian測ce膜mo累lei積ji接jie觸chu的de氧yang化hua消xiao毒du劑ji的de量liang，以yi了le解jie其qi對dui膜mo效xiao率lv和he壽shou命ming的de影ying響xiang。為wei了le控kong製zhi氯lv殘can留liu
，公gong用yong事shi業ye公gong司si使shi用yong現xian有you的de方fang法fa和he儀yi器qi進jin行xing監jian測ce，但dan因yin為wei提ti供gong的de測ce量liang頻pin度du低di、不直接

、不準確
，所以可能無法提供足夠的結果。

表1.現有可用於控製氯化和脫氯過程的技術的優缺點。

表1和圖1（基於汙水處理廠(WWTP)進行的一項比較試驗，在排放前對最終廢水進行了氯化/脫氯處理）1表明，ORP對氯泄露提供了相對較快的反應。但是

，它對過量還原劑（例如亞硫酸氫鈉(SBS)）的響應可能較慢。此外，由於該技術的局限性及其相對性質，依賴ORP的絕對值可能會產生誤導。因為ORP是替代測量指標，所以，無論使用哪種傳感器進行監測，將ORP水平與氯濃度相關聯以量化反應可能導致嚴重的問題。

圖1.WW脫氯應用中比色傳感器和ORP傳感器對氯（存在/不存在）的反應的比較試驗。

一些公用事業公司使用另一種電化學方法來控製氯化/脫氯，也就是電流分析法，同時還使用基於這一原理構建的傳感器（表1）。與ORP不(bu)同(tong)，電(dian)流(liu)測(ce)定(ding)技(ji)術(shu)與(yu)氯(lv)濃(nong)度(du)的(de)相(xiang)關(guan)性(xing)更(geng)高(gao)
，更(geng)具(ju)可(ke)選(xuan)性(xing)。但(dan)是(shi)，要(yao)成(cheng)功(gong)采(cai)用(yong)該(gai)技(ji)術(shu)也(ye)麵(mian)臨(lin)著(zhe)其(qi)他(ta)潛(qian)在(zai)問(wen)題(ti)
，特(te)別(bie)是(shi)對(dui)不(bu)含(han)氯(lv)或(huo)氯(lv)含(han)量(liang)極(ji)低(di)情(qing)況(kuang)的(de)管(guan)控(kong)。在(zai)間(jian)歇(xie)性(xing)應(ying)用(yong)中(zhong)，這(zhe)一(yi)點(dian)尤(you)其(qi)突(tu)出(chu)
，因(yin)為(wei)電(dian)流(liu)式(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)必(bi)須(xu)檢(jian)測(ce)到(dao)樣(yang)本(ben)中(zhong)的(de)氯(lv)，才(cai)能(neng)提(ti)供(gong)可(ke)持(chi)續(xu)運(yun)行(xing)。因(yin)此(ci)，在(zai)樣(yang)本(ben)間(jian)歇(xie)流(liu)動(dong)或(huo)持(chi)續(xu)不(bu)含(han)氯(lv)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，電(dian)流(liu)探(tan)針(zhen)可(ke)能(neng)會(hui)失(shi)去(qu)對(dui)氯(lv)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)，需(xu)要(yao)更(geng)頻(pin)繁(fan)的(de)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)。這(zhe)是(shi)由(you)多(duo)種(zhong)因(yin)素(su)造(zao)成(cheng)的(de)，從(cong)簡(jian)單(dan)的(de)探(tan)針(zhen)表(biao)麵(mian)汙(wu)染(ran)，到(dao)電(dian)極(ji)上(shang)形(xing)成(cheng)有(you)機(ji)或(huo)無(wu)機(ji)塗(tu)層(ceng)，都(dou)會(hui)阻(zu)礙(ai)產(chan)生(sheng)必(bi)要(yao)的(de)電(dian)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)發(fa)生(sheng)。 

當ORP或電流式傳感器功能正常時，其性能和精度取決於樣本的其他參數
，例如pH值、流量、壓(ya)力(li)等(deng)。電(dian)化(hua)學(xue)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)優(you)點(dian)在(zai)於(yu)無(wu)試(shi)劑(ji)操(cao)作(zuo)
，以(yi)及(ji)基(ji)於(yu)測(ce)量(liang)的(de)連(lian)續(xu)性(xing)對(dui)氯(lv)濃(nong)度(du)上(shang)升(sheng)的(de)快(kuai)速(su)反(fan)應(ying)能(neng)力(li)。通(tong)過(guo)對(dui)氯(lv)濃(nong)度(du)上(shang)升(sheng)的(de)相(xiang)應(ying)進(jin)行(xing)直(zhi)觀(guan)比(bi)較(jiao)（圖2），可以看出連續分析和批量分析之間的差異。後者用比色技術來表示，基於該方法的循環性質進行，即取樣、添加化學試劑、測量光線吸收率
，通常可以在1到2分鍾內完成。 

圖2xianshilelijibaogaodedianliushichuanganqidechushifanying
，youzhuyufanyingzaoqilvnongdudebianhua。jinguanruci，liangzhongfangfahuizaishixianwanzhengdeceliangjingdusuoxushijiandazhixiangtong。renhelianxuceliangyouchuanganqidefanyingshijianjinxingbiaozheng，liru，T90或T95，表示達到90%或95%最大信號水平或精度所用的時間。這一特征的指定值一般在60到120秒之間，因傳感器而異
，並取決於傳感器和樣本條件。作為對比

，基於標準二乙基對苯二胺(DPD)方法的氯批量分析在100到150秒內達到約100%的精度，且不受樣本的pH值影響。樣本流量應在規定的範圍內，且需要考量對DPD比色法的已知幹擾。

圖2.比色（批量）和電流（連續）分析儀對氯濃度上升的反應。

表1中列出的方法在實施時可以使用不同技術
，這些技術可以通過工藝或實驗室儀器來表示。後者通常用於測量隨機樣本（表2）。亞硫酸試劑的監測和按比例添加大多采用基於DPD的隨機樣本分析
，或結合連續ORP測量來完成。間歇性隨機樣本分析在監測中留下了很大的空白
，並可能受到用戶技術的影響，而ORP的相對性質使其無法作為可選方法。 

表2.用於監測氯殘留的主要技術和相應的驗證期望結果。

從cong技ji術shu的de角jiao度du來lai看kan，由you於yu可ke以yi利li用yong不bu同tong的de化hua學xue或huo電dian化hua學xue方fang法fa
，隨sui機ji樣yang本ben分fen析xi具ju有you更geng高gao的de通tong用yong性xing。但dan是shi，這zhe種zhong技ji術shu的de主zhu要yao和he明ming顯xian缺que陷xian在zai於yu其qi間jian歇xie性xing質zhi，無wu法fa提ti供gong連lian續xu測ce量liang，因yin此ci無wu法fa有you效xiao控kong製zhi過guo程cheng，無wu論lun是shi靜jing態tai的de還hai是shi動dong態tai的de。因yin此ci，隨sui機ji樣yang本ben分fen析xi的de主zhu要yao目mu的de是shi基ji於yu連lian續xu或huo批pi量liang分fen析xi方fang法fa，驗yan證zheng過guo程cheng分fen析xi儀yi的de性xing能neng。表biao2概述了這種驗證的標準和期望。綜上所述，目前用於監測和控製汙水處理中的氯化/脫氯問題的所有方法都有其優點和缺點
，公用事業單位應仔細分析這些特點，以選擇適合應用和期望值的方法。 

有(you)些(xie)設(she)施(shi)使(shi)用(yong)過(guo)程(cheng)氯(lv)監(jian)測(ce)儀(yi)器(qi)
，該(gai)儀(yi)器(qi)不(bu)能(neng)根(gen)據(ju)現(xian)有(you)的(de)技(ji)術(shu)狀(zhuang)態(tai)提(ti)供(gong)預(yu)期(qi)的(de)結(jie)果(guo)。我(wo)們(men)需(xu)要(yao)一(yi)種(zhong)簡(jian)單(dan)可(ke)靠(kao)的(de)儀(yi)器(qi)，能(neng)夠(gou)以(yi)基(ji)本(ben)連(lian)續(xu)的(de)方(fang)式(shi)測(ce)量(liang)其(qi)範(fan)圍(wei)低(di)端(duan)的(de)氯(lv)殘(can)留(liu)

，且(qie)具(ju)有(you)足(zu)夠(gou)的(de)精(jing)度(du)。該(gai)方(fang)法(fa)的(de)準(zhun)確(que)度(du)應(ying)在(zai)30 ppb以下，以確保消毒劑的濃度足以控製生物汙染，並避免脫氯劑使用不足/過量。這種儀器可以通過較低成本的清洗和脫氯
，維持膜的狀態和使用壽命。 

測試設置
、結果和討論

一種使用DPD技術的在線分析儀已開發出來
，並在多個使用膜過濾的設施中進行測試，可用於準確檢測和量化RO給水中低於30 ppb的氯濃度。這款新儀器可以連接到SCADA係統，每150秒自動報告一次結果，並計算累積接觸的氯含量。該分析儀在RO應用場景中進行了測試，包括飲用水
、再利用、電力和煉油、海水淡化和飲料生產等領域。 

這項研究是在生產微電子（半導體）的Maxim Integrated®工廠進行的。該工廠有多個RO機架，200多個獨立的濾筒，用於進行顆粒活性炭(GAC)預處理和添加焦亞硫酸鈉，以消除RO給水中多餘的氯殘留。RO膜用在一階和二階RO過濾係統中。它們的健康狀況通常使用流速


、總溶解固體(TDS)，以及滲透和排出物中的二氧化矽濃度來監測。膜的預期使用壽命一般是3到5年。但是


，它們通常比預期提前6個月更換。通常一年要更換大約30個膜濾筒，費用大約為$10,000，包括膜成本、人工成本和收入損失。平均每兩到三年，RO膜用戶必須對出現故障的膜進行檢測
，該檢測通常由合約商完成，可能需要額外花費幾千美元。因此
，由於氯滲透導致的RO膜提早失效是一個成本頗高的問題。從經濟角度來說
，延長膜的使用壽命

、降低操作成本具有顯著意義。

基於這些考量，工廠可能會選擇使用新型在線分析儀，該分析儀使用DPD技術，可以準確檢測和量化RO給水中低於30 ppb的氯濃度。人們認為，新儀器在安裝之後，應至少進行為期三周的測試。該分析儀於2020年6月安裝到一階RO係統進水端，在經過GAC床和焦亞硫酸鈉(MBS)注入後
，源水為城市自來水，在進入 GAC 前，氯濃度為 3 至 4 ppm（見圖 3）。

圖3.分析儀安裝點（一階RO給水）。

在進行MBS反應測試（圖4）後
，工廠人員進行了第一次觀察、計算並得出初步結論，之後決定擴大測試範圍，以更深入地了解分析儀及其功能。

圖4.MBS給水反應測試。

前三周測試的主要結果顯示，該分析儀的讀數穩定、準確，對MBS給水的變化反應迅速（圖4）。 

該設備通常根據製造商的建議來計算膜的使用壽命
，以保持氯濃度< 100 ppb，並試圖將其保持在80 ppb以下，目標則設置為30 ppb。現有的隨機樣本分析方法 檢測和測量高於20 ppb的氯濃度，用於在擴展試驗中進行的對比試驗中驗證ULR分析儀的性能（圖5）。 

樣本流量不足會影響過程分析儀的性能
，因此，RO的間歇操作（常規情況）會帶來很大的挑戰。新型ULR分(fen)析(xi)儀(yi)的(de)內(nei)置(zhi)流(liu)量(liang)計(ji)可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)克(ke)服(fu)這(zhe)一(yi)挑(tiao)戰(zhan)，在(zai)樣(yang)本(ben)流(liu)量(liang)不(bu)足(zu)時(shi)將(jiang)分(fen)析(xi)儀(yi)置(zhi)於(yu)待(dai)機(ji)狀(zhuang)態(tai)

，在(zai)流(liu)量(liang)恢(hui)複(fu)時(shi)自(zi)動(dong)重(zhong)新(xin)啟(qi)動(dong)分(fen)析(xi)儀(yi)
，從(cong)而(er)使(shi)儀(yi)器(qi)保(bao)持(chi)運(yun)行(xing)。這(zhe)確(que)保(bao)了(le)內(nei)部(bu)日(ri)誌(zhi)中(zhong)記(ji)錄(lu)的(de)分(fen)析(xi)儀(yi)讀(du)數(shu)的(de)準(zhun)確(que)性(xing)
，我(wo)們(men)對(dui)這(zhe)些(xie)日(ri)誌(zhi)進(jin)行(xing)徹(che)底(di)分(fen)析(xi)
，從(cong)而(er)得(de)出(chu)正(zheng)確(que)的(de)結(jie)論(lun)。

圖5.比較精度測試：ULR分析儀與氯總含量隨機樣本（哈希法8167）。duiyutongguofenxiyideliuliang，yehuishiyongneizhiliuliangjijinxingceliangbingjiluzaishujurizhizhong。jinxingbijiaodesangesuijiyangbenfenxibingmeiyouxianshichuyuqidepipei，shenzhiyongshuzhiwuchatiaobiaoshisuijiyangbendejingduchayiyeshiruci。canjianbiao3查看詳情。

從氯和流量數據分析（如圖5所示）可以清楚看出
，一旦根據隨機樣本結果將MBS給水調整到較低的速率，隨機樣本和在線分析儀讀數之間的差異會超出預期的容差範圍（表2）。關於這一點
，可以通過比較兩種方法的隨機樣本分析細節和規格來進行說明（表3）。

表3.精度測試結果，ppb。隻有三對超出預期的容差範圍。

a讀數與隨機樣本采樣時間對應。 

b參見表2查看匹配標準。 

C隨機樣本是在記錄時間內采集的，或者是使用相同樣本連續執行兩三次分析。

表3顯示，每次比較都有幾個隨機樣本超出預期的容差範圍，且相同樣本的結果之間的差異非常顯著，高達40 ppb。這表明要麼樣本存在差異，要麼實驗室分析的準確性存在差異，或者兩者兼有。因此，ULR氯讀數(LOD = 8 ppb)與實驗室結果(LOD = 20 ppb)zhijiandebijiaoyingshiweimianqiangpipei。zhezhongchayizhuyaoshiyouyuzaijinxingsuijiyangbenfenxishichuxianpianchadekenengxingjiaogao，yinweirenheshejirenweicaozuodeceshichuxiansuijicuowudejilvdougenggao。jiyuzhezhongluoji、統計和規範，我們發現ULR過程分析儀可以得出精確的結果

，幾乎可以媲美參考隨機樣本分析。

簡單的數據評估表明，根據分析儀的讀數，可以正確減少脫氯劑的用量（例如，本例中的MBS），並(bing)在(zai)不(bu)影(ying)響(xiang)操(cao)作(zuo)質(zhi)量(liang)和(he)增(zeng)加(jia)膜(mo)生(sheng)物(wu)汙(wu)染(ran)風(feng)險(xian)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)完(wan)全(quan)不(bu)用(yong)。單(dan)是(shi)節(jie)省(sheng)的(de)化(hua)學(xue)成(cheng)本(ben)這(zhe)一(yi)項(xiang)，就(jiu)可(ke)能(neng)在(zai)三(san)到(dao)五(wu)年(nian)的(de)時(shi)間(jian)內(nei)收(shou)回(hui)對(dui)設(she)備(bei)分(fen)析(xi)儀(yi)的(de)所(suo)有(you)投(tou)資(zi)。但(dan)是(shi)
，再(zai)加(jia)上(shang)其(qi)他(ta)直(zhi)接(jie)和(he)間(jian)接(jie)的(de)節(jie)省(sheng)（例如，CIP頻率
、相關勞動力和化學品
，更長的膜使用壽命，減少生產損失等），ROI周期會變得更短
，更有吸引力。

該儀器留在該廠進行長期評估，經過一年多的測試之後
，收集到更多的觀測數據。例如，分析儀對最近與GAC儲罐故障相關的事件作出反應（圖6）。

圖6. GAC儲罐故障。流經分析儀的流量也可以表明間歇操作越來越多


，這並不影響儀器的性能。

一階RO給水由所有碳床（GAC儲罐）排出的混合廢水組成。四個碳床中的兩個各占總流量的20%，另外兩個各占總流量的30%。焦亞硫酸鈉（如果在線）注入到碳床下遊和RO膜上遊。圖（圖6）中所示的故障發生在MBS給水停止之後（於2021年6月6日停止）。可以看出
，一個GAC儲罐排出的廢水會給組合樣本帶來150 ppb氯，在~50%總流量下再帶來80 ppb。分析儀立即檢測並記錄這一變化
，在更換了故障GAC儲罐中的介質（2021年7月9日）之後
，氯濃度會下降到要求的水平(< 30 ppb)，2021年7月9日14:58執行的隨機樣本分析確認了這一點（圖6）。

所以，新分析儀有助於為排除GAC介jie質zhi故gu障zhang指zhi明ming正zheng確que的de方fang向xiang，例li如ru介jie質zhi耗hao盡jin，或huo者zhe儲chu罐guan的de碳tan顆ke粒li內nei部bu形xing成cheng氯lv可ke以yi通tong過guo的de通tong道dao。這zhe是shi新xin儀yi器qi的de另ling一yi個ge潛qian在zai優you勢shi
，特te別bie是shi當dang其qi輸shu出chu連lian接jie到dao設she施shi的deSCADA係統或DCS時
，其讀數可用於提供決策支持，盡管它們可能並非用於脫氯控製。。

結論

benanliyanjiuzhengminglegaoduzhunquedezhijielvceliangdejiazhi，suoxudeweihugongzuoliangjixiao
，qiezhichigaiyiqidailaidesuoyouhuaxuepinherenlichengbenjiesheng

，yuqigaiyiqinengzaidayueliangnianshijianneishixianROI。

作者簡介

Vadim Malkov博士是一名化學家
，自2002年以來一直深耕於水處理行業。他參與了多項有關市政和工業應用的水質研究，並參與開發了多種過程分析儀

、試劑和應用。他就職於Hach公司，擔任首席產品應用經理，負責消毒方麵的所有工作及其他事務。

Collin VanderZanden是ADI公司的設施工程師。他畢業於俄勒岡州立大學

，獲化學工程學士學位。Collin於2018年加入ADI公司。