氯的消毒作用及AL4150余氯/二氧化氯傳感器在消毒劑殘留檢測中的應用

一、氯在水處理中的消毒作用

將氯添加到水中時，發生如下的化學反應

當pH上升到pH＞4以上時，HOCL（次氯酸）又會發生電離產生OCL-（次氯酸根），發生如下的化學反應

以HOCL或OCL-形式存在于水中的氯被稱為游離態的氯，它們都是消毒的有效成分。HClO 穿透微生物細胞壁，氧化破壞酶系統。HClO在Ph<6時，幾乎全為HClO；Ph>9時，幾乎全為；Ph=7.5時，兩者比例為1：1。HClO的消毒殺菌能力是的80-100倍。

次氯酸和次氯酸根的電離反應是可逆的，它們在水中的相對比例與水樣的pH值和溫度有關，關系如下圖曲線所示

上述是純水的情況，當水中有含氮化合物（例如氨氮、亞硝酸氮和有機胺）存在時，它們與次氯酸反應會生成多種化合態氯（包括一氯氨、二氯氨、三氯銨等），反應如下

二氯氨、二氯胺會帶來不良的味道和氣味，屬于有害消毒劑殘留（DBPS），因此用在水中添加率需要產生有效消毒成分殘留于水中、同時控制DBPS，以保持供水既有持久的消毒效果，也沒有異味和臭味。

二、安倍電流法余氯檢測技術原理

AL4150余氯傳感器基于安倍電流法的恒電壓三電極法設計，采用Pt材料作為工作電極，采用不銹鋼材料作為對電極，采用Ag/Agcl材料作為參考電極。

傳感器的電路在工作電極和參考電極之間施加一個直流電壓（極化電壓），則在工作電極和參考電極上分別發生如下反應

工作電極上反應

對電極上的反應

由于反應過程產生電荷，因此在傳感器的外部電路上會產生電流，此電流大小與HCLO的濃度成比例，關系式表達為

其中

Id：擴散電流，單位A

k：常數

n:參與反應的電子數；

F:法拉第常數；

C：待測組分的濃度；

D：擴散系數，或消耗速度

如果用曲線表示傳感器產生的電流與余氯濃度之間的關系，曲線如下圖所示

三、pH、溫度和流量對余氯測量的影響

水樣中的pH大小和水樣的溫度均對余氯測量值產生重要影響，在余氯傳感器的設計要通過算法設計和根據實驗測定的數據加以補償。

1.      pH的影響

水中的游離有效氯以 HClO、ClO- 等形式存在，HClO和ClO-解離度主要取決于水的 pH 值。根據解離情況的不同，其電化學活性會有所變化，從而影響傳感器 的輸出特性。AL4150余氯傳感器當 pH 變化在一個單位范圍內（例如，pH 在 5 到 9范圍內變化）時，對PH值的影響能進行很好的補償。

2.      溫度的影響

隨著樣品溫度的變化，擴散系數D也會發生變化，從而改變擴散電流Id。AL4150余氯傳感通過其NTC溫度傳感器準確測量水溫，并通通過算法對擴散系數進行溫度變化補償。這使得傳感器能夠提供幾乎不受樣品水溫變化影響的特性。

3.      流量的影響

樣品水流量變化的影響同樣會對擴散系數D產生影響，流量越大，則HCLO消耗的越快，因此為保障測量準確，在測量期間，應該維持流量基本不變

四、AL4150余氯傳感器的特點

基于三電極恒電壓法測量水體中余氯（含HCLO、CLO-等消毒劑活性部分），符合EPA330.1標準，引入參考電極確保了測量結果的穩定性和穩定性，采用無膜片設計，使用過程中無需更膜片，清潔和維護更加方便簡單換。適用于自來水廠、二次供水、管網末梢、醫療消毒、泳池、工業水循環、污水處理廠出水消毒等領域。產品具有RS485通訊接口，標準MODBUS協議，便于集成和組網。附送WQS-SUTIE分析軟件，可對產品進行參數設置、校準、測量和故障診斷等功能。

•        三電極測量體系，測量結果穩定可靠

•       內置NTC傳感器實現自動溫度補償

•       可與pH傳感器聯用進行pH值補償

•        實時測量反應電流，響應時間短。

•        水樣渾濁或色度不影響測量結果

•       出廠采用DPD法進行校準，可隨時恢復出廠校準參數

•       3KV耐壓隔離電源供電，抗干擾能力強；

•        傳感器接口具有錯接和反接保護功能；

五、AL4150余氯傳感器的校準

AL4150余氯傳感器支持通過RS485連接上位機軟件，或通過AL3010通用控制器進行校準，校準操作如下：

1.      校準方式

儀器可采用兩點和三點校準，采用“兩點校準"時，執行“零點校準"和“標液1校準"；采用“三點校準"時，執行“零點校準"、“標液1校準"和“標液2校準"。

2.      零點校準

1)      將超純水倒入棕色玻璃燒杯中，將儀器的電極部分浸入水中，參考圖3-4進行零點校準。

2)      等待60秒以上，點擊“零點校準"，儀器開始采集并保存零點液中的信號，完成零點校準操作。

3.      DPD法校準

完成零點校準后，盡管傳感器已經做過出廠校準，單根據現場水樣流量和組分的不同，需要現場進行校準。校準方法如下：采集現場水樣，用DPD法進行測量水樣的次氯酸濃度，與儀器的示值進行對比，如果誤差較大應該進行單點校準，其中標液1濃度選用DPD測定的次氯酸濃度。