氯的消毒作用及AL4150余氯/二氧化氯传感器在消毒剂残留检测中的应用

一、氯在水处理中的消毒作用

将氯添加到水中时，发生如下的化学反应

当pH上升到pH＞4以上时，HOCL（次氯酸）又会发生电离产生OCL-（次氯酸根），发生如下的化学反应

以HOCL或OCL-形式存在于水中的氯被称为游离态的氯，它们都是消毒的有效成分。HClO 穿透微生物细胞壁，氧化破坏酶系统。HClO在Ph<6时，几乎全为HClO；Ph>9时，几乎全为；Ph=7.5时，两者比例为1：1。HClO的消毒杀菌能力是的80-100倍。

次氯酸和次氯酸根的电离反应是可逆的，它们在水中的相对比例与水样的pH值和温度有关，关系如下图曲线所示

上述是纯水的情况，当水中有含氮化合物（例如氨氮、亚硝酸氮和有机胺）存在时，它们与次氯酸反应会生成多种化合态氯（包括一氯氨、二氯氨、三氯铵等），反应如下

二氯氨、二氯胺会带来不良的味道和气味，属于有害消毒剂残留（DBPS），因此用在水中添加率需要产生有效消毒成分残留于水中、同时控制DBPS，以保持供水既有持久的消毒效果，也没有异味和臭味。

二、安倍电流法余氯检测技术原理

AL4150余氯传感器基于安倍电流法的恒电压三电极法设计，采用Pt材料作为工作电极，采用不锈钢材料作为对电极，采用Ag/Agcl材料作为参考电极。

传感器的电路在工作电极和参考电极之间施加一个直流电压（极化电压），则在工作电极和参考电极上分别发生如下反应

工作电极上反应

对电极上的反应

由于反应过程产生电荷，因此在传感器的外部电路上会产生电流，此电流大小与HCLO的浓度成比例，关系式表达为

其中

Id：扩散电流，单位A

k：常数

n:参与反应的电子数；

F:法拉第常数；

C：待测组分的浓度；

D：扩散系数，或消耗速度

如果用曲线表示传感器产生的电流与余氯浓度之间的关系，曲线如下图所示

三、pH、温度和流量对余氯测量的影响

水样中的pH大小和水样的温度均对余氯测量值产生重要影响，在余氯传感器的设计要通过算法设计和根据实验测定的数据加以补偿。

1.      pH的影响

水中的游离有效氯以 HClO、ClO- 等形式存在，HClO和ClO-解离度主要取决于水的 pH 值。根据解离情况的不同，其电化学活性会有所变化，从而影响传感器 的输出特性。AL4150余氯传感器当 pH 变化在一个单位范围内（例如，pH 在 5 到 9范围内变化）时，对PH值的影响能进行很好的补偿。

2.      温度的影响

随着样品温度的变化，扩散系数D也会发生变化，从而改变扩散电流Id。AL4150余氯传感通过其NTC温度传感器准确测量水温，并通通过算法对扩散系数进行温度变化补偿。这使得传感器能够提供几乎不受样品水温变化影响的特性。

3.      流量的影响

样品水流量变化的影响同样会对扩散系数D产生影响，流量越大，则HCLO消耗的越快，因此为保障测量准确，在测量期间，应该维持流量基本不变

四、AL4150余氯传感器的特点

基于三电极恒电压法测量水体中余氯（含HCLO、CLO-等消毒剂活性部分），符合EPA330.1标准，引入参考电极确保了测量结果的稳定性和稳定性，采用无膜片设计，使用过程中无需更膜片，清洁和维护更加方便简单换。适用于自来水厂、二次供水、管网末梢、医疗消毒、泳池、工业水循环、污水处理厂出水消毒等领域。产品具有RS485通讯接口，标准MODBUS协议，便于集成和组网。附送WQS-SUTIE分析软件，可对产品进行参数设置、校准、测量和故障诊断等功能。

•        三电极测量体系，测量结果稳定可靠

•       内置NTC传感器实现自动温度补偿

•       可与pH传感器联用进行pH值补偿

•        实时测量反应电流，响应时间短。

•        水样浑浊或色度不影响测量结果

•       出厂采用DPD法进行校准，可随时恢复出厂校准参数

•       3KV耐压隔离电源供电，抗干扰能力强；

•        传感器接口具有错接和反接保护功能；

五、AL4150余氯传感器的校准

AL4150余氯传感器支持通过RS485连接上位机软件，或通过AL3010通用控制器进行校准，校准操作如下：

1.      校准方式

仪器可采用两点和三点校准，采用“两点校准"时，执行“零点校准"和“标液1校准"；采用“三点校准"时，执行“零点校准"、“标液1校准"和“标液2校准"。

2.      零点校准

1)      将超纯水倒入棕色玻璃烧杯中，将仪器的电极部分浸入水中，参考图3-4进行零点校准。

2)      等待60秒以上，点击“零点校准"，仪器开始采集并保存零点液中的信号，完成零点校准操作。

3.      DPD法校准

完成零点校准后，尽管传感器已经做过出厂校准，单根据现场水样流量和组分的不同，需要现场进行校准。校准方法如下：采集现场水样，用DPD法进行测量水样的次氯酸浓度，与仪器的示值进行对比，如果误差较大应该进行单点校准，其中标液1浓度选用DPD测定的次氯酸浓度。