CN101303293A - 双光路紫外吸光法测量cod的装置 - Google Patents

Abstract

双光路紫外吸光法测量COD的装置，涉及一种监测COD浓度的设备，属于环境水质监测领域。它为了解决目前的监测COD的方法操作复杂、有二次污染的问题。本发明的电机输出轴与变速箱相连，变速箱的三个输出轴分别与三个轴套转动连接，三个轴套的底端分别固定有三个紫外玻璃管，三个轴套内部分别设置有销轴，其中一个销轴底端固定低压汞灯，另两个销轴底端沿垂直方向并列固定两个光电二极管，四个光电二极管的发光体都朝向低压汞灯，设置低压汞灯的紫外玻璃管与其它两个紫外玻璃管之间夹角为α，20°≤α≤180°，设置低压汞灯的紫外玻璃管与其它两个紫外玻璃管之间的距离分别为L₁、L₂，L₁≠L₂。

Description

双光路紫外吸光法测量COD的装置

技术领域

本发明涉及一种监测COD浓度的设备，属于环境水质监测领域。

背景技术

在水质监测中，COD(Chemical Oxygen Demand，化学需氧量)的监测是环保监测中重要的一项。COD指在一定条件下用强氧化剂处理废水，水中还原性物质所消耗的强氧化剂的量，结果折算成氧的含量(以mg/L计)。COD是评价水体受有机物污染程度的重要指标，是对河流和工业废水的研究及污水处理厂的处理效果进行评价的一个重要参数。它的值越小，说明水质污染的情况越轻。

COD的测定方法有很多种，主要分为化学法和物理法。化学法中的重铬酸钾法最早由Adeney和Dawson提出，经过Muers和Moore改进成为现在应用的方法。化学法作为主要的测量手段的同时，其他方法也得到了广泛的应用。目前，我国环境监测标准中规定的测试方法是重铬酸钾法(GB11914-89)和高锰酸盐法(GB11892-89)，前者适合于分析工业废水和生活污水，后者适于分析地下水和较干净的地表水。

目前在我国，监测COD的方法主要靠人工采样，以实验室分析作为主要手段，操作频繁，费时费力，试剂用量大，而且造成了严重的二次污染，不适宜批量水样的测量。我国目前的大多COD监测仪器，也都是基于这种化学方法，测试数据延时长、故障率高、维护量大、实验成本高，已经无法适应现代化环境监测控制的要求。

发明内容

本发明的目的是解决目前的监测COD的方法操作复杂、有二次污染的问题，设计了双光路紫外吸光法测量COD的装置。

本发明包括电机、变速箱、第一轴套、第一销轴、第二轴套、第二销轴、第三轴套、第三销轴、第一紫外玻璃管、第二紫外玻璃管、第三紫外玻璃管、低压汞灯、第一光电二极管、第二光电二极管、第三光电二极管和第四光电二极管，电机的输出轴与变速箱的输入轴相连，变速箱的三个同步旋转输出轴分别与第一轴套、第二轴套和第三轴套转动连接，第一销轴、第二销轴和第三销轴的顶端分别与变速箱固定连接，并分别设置在第一轴套、第二轴套和第三轴套内部；第一轴套的底端固定设置有第一紫外玻璃管，第一销轴的底端固定有低压汞灯，低压汞灯设置在密封的第一紫外玻璃管内；第二轴套的底端固定设置有第二紫外玻璃管，第二销轴的底端沿垂直方向并列固定有第一光电二极管和第二光电二极管，第一光电二极管和第二光电二极管设置在密封的第二紫外玻璃管内；第三轴套的底端固定设置有第三紫外玻璃管，第三销轴的底端沿垂直方向并列固定有第三光电二极管和第四光电二极管，第三光电二极管和第四光电二极管设置在密封的第三紫外玻璃管内；第一光电二极管和第三光电二极管能够吸收254nm紫外光，第二光电二极管和第四光电二极管能够吸收546nm可见光，所述四个光电二极管的发光体都朝向低压汞灯，第一紫外玻璃管的圆心与第二紫外玻璃管的圆心连线和第一紫外玻璃管的圆心与第三紫外玻璃管的圆心连线的夹角为α，且20°≤α≤180°；第一紫外玻璃管与第二紫外玻璃管之间的距离为L₁，第一紫外玻璃管与第三紫外玻璃管之间的距离为L₂，且L₁≠L₂。

本发明的优点是：操作维护简单、故障率低、无须添加化学试剂、无二次污染，可以实现真正的在线监测。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，图2是具体实施方式二所述的双光路紫外吸光法测量COD的装置中第二紫外玻璃管10与清洗框架18及刷子19的连接结构示意图，图3是第一紫外玻璃管9、第二紫外玻璃管10和第三紫外玻璃管11相互位置关系的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1、图3说明本实施方式，本实施方式由电机1、变速箱2、第一轴套3、第一销轴4、第二轴套5、第二销轴6、第三轴套7、第三销轴8、第一紫外玻璃管9、第二紫外玻璃管10、第三紫外玻璃管11、低压汞灯12、第一光电二极管13、第二光电二极管14、第三光电二极管15和第四光电二极管16组成，电机1的输出轴与变速箱2的输入轴相连，变速箱2的三个同步旋转输出轴分别与第一轴套3、第二轴套5和第三轴套7转动连接，第一销轴4、第二销轴6和第三销轴8的顶端分别与变速箱2固定连接，并分别设置在第一轴套3、第二轴套5和第三轴套7内部；第一轴套3的底端固定设置有第一紫外玻璃管9，第一销轴4的底端固定有低压汞灯12，低压汞灯12设置在密封的第一紫外玻璃管9内；第二轴套5的底端固定设置有第二紫外玻璃管10，第二销轴6的底端沿垂直方向并列固定有第一光电二极管13和第二光电二极管14，第一光电二极管13和第二光电二极管14设置在密封的第二紫外玻璃管10内；第三轴套7的底端固定设置有第三紫外玻璃管11，第三销轴8的底端沿垂直方向并列固定有第三光电二极管15和第四光电二极管16，第三光电二极管15和第四光电二极管16设置在密封的第三紫外玻璃管11内；第一光电二极管13和第三光电二极管15能够吸收254nm紫外光，第二光电二极管14和第四光电二极管16能够吸收546nm可见光，所述四个光电二极管的发光体都朝向低压汞灯12，第一紫外玻璃管9的圆心与第二紫外玻璃管10的圆心连线和第一紫外玻璃管9的圆心与第三紫外玻璃管11的圆心连线的夹角为α，且20°≤α≤180°；第一紫外玻璃管9与第二紫外玻璃管10之间的距离为L₁，第一紫外玻璃管9与第三紫外玻璃管11之间的距离为L₂，且L₁≠L₂。

工作原理：

进行COD测量时将本发明的测量机构放入待测污水中，电机1旋转，与电机1连接的变速箱2的三个输出轴带动三个轴套同步旋转，与三个轴套分别固定连接的三个紫外玻璃管也跟着同步旋转，低压汞灯12发出的紫外光和可见光透过流动的污水照射第一光电二极管13、第二光电二极管14、第三光电二极管15和第四光电二极管16，系统具有两个光路，第一个光路为低压汞灯12照射至第一光电二极管13和第二光电二极管14，第二个光路为低压汞灯12照射至第三光电二极管15和第四光电二极管16，我们忽略四个光电二极管和低压汞灯与其所在的紫外玻璃管的细小距离，将第一紫外玻璃管9与第二紫外玻璃管10之间的距离L₁近似为第一个光路的距离，将第一紫外玻璃管9与第三紫外玻璃管11之间的距离L₂近似为第二个光路的距离，由于L₁≠L₂，两个光路的距离是不等的。

其中，第一光电二极管13和第三光电二极管15用于测量水样在254nm处的吸光度，在一定条件下水样的COD与紫外光(254nm)吸光度有很好的相关性，即根据紫外光(254nm)吸光度就可计算出水样的COD值。但是当水样中有浑浊物干扰时，会导致COD与紫外光(254nm)吸光度之间的相关性变差，此时，可根据第二光电二极管14和第四光电二极管16测量的可见光(546nm)吸光度，计算出水样的浊度，再从COD中减去浊度所带来的误差，可以提高仪器的测量精度。

计算原理：

紫外吸光法是选定一定波长的紫外光照射被测物质溶液，测量其吸光度，再依据吸光度计算被测组分的含量的方法。计算的理论根据是朗伯-比尔定律，它是所有吸光光度法的理论基础。

朗伯-比尔定律是指当一束平行单色光通过均匀、非散射的稀溶液时，溶液对光的吸收程度与溶液的浓度及液层厚度的乘积成正比。用公式表示为：

I＝I₀e^-KCL        (公式1)

式中：I为吸收后的光强度I₀是物质浓度为零(即不存在吸收物质)时的光强度；C为物质浓度；L为比色皿(采样槽)的长度；K为吸收常数。对于一个特定的采样槽，其长度L不变；对于特定的测量波长以及特定的被测物，吸收常数K基本不变，因此通过测量有机物吸收前后的紫外光的强度，便可以测量出有机物污染的浓度。

根据吸光度的定义，吸光度A可表示为：

$A=-\ln \frac{I}{I_0}=\ln \frac{I_0}{I}=\mathrm{KCL}$ (公式2)

光电元件及其信号调理电路可以将吸收后的光强度I转化为电压信号V，其大小与I成正比，即

V＝K_I*I             (公式3)

其中K_I为放大倍数。将公式1带入公式3可得：

V＝K_I*I₀*e^-KCL      (公式4)

对上式两边取自然对数，设比色皿(采样槽)的长度L取单位值(1mm)时，其对应的吸光度为A₀，可得：

ln V＝ln K_I+ln I₀-LA₀                 (公式5)

测量时，一般假设I₀、K_I和L保持不变，测量值lnV与被测量A₀即可建立线性关系。但实际上，由于紫外光源的光强一方面会随着使用时间的延长而逐渐衰弱，另一方面也会由于其电源电压的波动而变化，因此仪器的测量精度会受到I₀变化的影响。

为解决这个问题，本发明设计了两个不同光程的光通路。其长度分别为L₁和L₂，由于采用相同的光电元件和信号调理电路，两路的I₀和K_I也相同，于是可以得到：

lnV₁＝lnK_I+lnI₀-L₁A₀           (公式6)

lnV₂＝lnK_I+lnI₀-L₂A₀           (公式7)

将两式相减可得：

lnV₁-lnV₂＝(L₂-L₁)A₀           (公式8)

从公式8中可以看出，测量值lnV₁-lnV₂与A₀的关系表达式中去除了I₀和K_I的影响，从而提高了仪器的测量精度和稳定性。

具体实施方式二：下面结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于它还包括安装盘17、三个清洗框架18和刷子19，

安装盘17设置在变速箱2的底端，并位于第一紫外玻璃管9、第二紫外玻璃管10和第三紫外玻璃管11的上方，清洗框架18是U形带状结构，所述清洗框架18固定在安装盘17的下表面，第一紫外玻璃管9、第二紫外玻璃管10和第三紫外玻璃管11分别位于三个清洗框架18内，刷子19是长条形的，每个清洗框架18的内侧壁上固定一个或多个刷子19，所述刷子19与清洗框架18内的紫外玻璃管的外侧壁相接触。

图2为第二紫外玻璃管10与清洗框架18及刷子19连接结构示意图，第一紫外玻璃管9和第三紫外玻璃管11与清洗框架18及刷子19的连接结构与图2所示相同。

工作时，电机1带动三个轴套同步旋转，同时也带动与三个轴套固定连接的三个紫外玻璃管同步旋转，因清洗框架18固定在安装盘17上，故不旋转，因此与紫外玻璃管相接触的刷子19与紫外玻璃管产生相对速度，刷子19可以清洗紫外玻璃管的外侧壁，使之保持清洁，既而保证两个光路的畅通、清洁与稳定。

刷子19的数量根据需要设置多个，设置多个刷子19使清洁效果更好。

Claims (3)

1、双光路紫外吸光法测量COD的装置，其特征在于它包括电机(1)、变速箱(2)、第一轴套(3)、第一销轴(4)、第二轴套(5)、第二销轴(6)、第三轴套(7)、第三销轴(8)、第一紫外玻璃管(9)、第二紫外玻璃管(10)、第三紫外玻璃管(11)、低压汞灯(12)、第一光电二极管(13)、第二光电二极管(14)、第三光电二极管(15)和第四光电二极管(16)，电机(1)的输出轴与变速箱(2)的输入轴相连，变速箱(2)的三个同步旋转输出轴分别与第一轴套(3)、第二轴套(5)和第三轴套(7)转动连接，第一销轴(4)、第二销轴(6)和第三销轴(8)的顶端分别与变速箱(2)固定连接，并分别设置在第一轴套(3)、第二轴套(5)和第三轴套(7)内部；第一轴套(3)的底端固定设置有第一紫外玻璃管(9)，第一销轴(4)的底端固定有低压汞灯(12)，低压汞灯(12)设置在密封的第一紫外玻璃管(9)内；第二轴套(5)的底端固定设置有第二紫外玻璃管(10)，第二销轴(6)的底端沿垂直方向并列固定有第一光电二极管(13)和第二光电二极管(14)，第一光电二极管(13)和第二光电二极管(14)设置在密封的第二紫外玻璃管(10)内；第三轴套(7)的底端固定设置有第三紫外玻璃管(11)，第三销轴(8)的底端沿垂直方向并列固定有第三光电二极管(15)和第四光电二极管(16)，第三光电二极管(15)和第四光电二极管(16)设置在密封的第三紫外玻璃管(11)内；第一光电二极管(13)和第三光电二极管(15)能够吸收254nm紫外光，第二光电二极管(14)和第四光电二极管(16)能够吸收546nm可见光，所述四个光电二极管的发光体都朝向低压汞灯(12)，第一紫外玻璃管(9)的圆心与第二紫外玻璃管(10)的圆心连线和第一紫外玻璃管(9)的圆心与第三紫外玻璃管(11)的圆心连线的夹角为α，且20°≤α≤180°；第一紫外玻璃管(9)与第二紫外玻璃管(10)之间的距离为L₁，第一紫外玻璃管(9)与第三紫外玻璃管(11)之间的距离为L₂，且L₁≠L₂。

2、根据权利要求1所述的双光路紫外吸光法测量COD的装置，其特征在于还包括安装盘(17)、清洗框架(18)和刷子(19)，安装盘(17)设置在变速箱(2)的底端，并位于第一紫外玻璃管(9)、第二紫外玻璃管(10)和第三紫外玻璃管(11)的上方，清洗框架(18)是U形带状结构，所述清洗框架(18)固定在安装盘(17)的下表面，第一紫外玻璃管(9)、第二紫外玻璃管(10)和第三紫外玻璃管(11)分别位于三个清洗框架(18)内，刷子(19)是长条形的，每个清洗框架(18)的内侧壁上固定有刷子(19)，所述刷子(19)与清洗框架(18)内的紫外玻璃管的外侧壁相接触。

3、根据权利要求2所述的双光路紫外吸光法测量COD的装置，其特征在于刷子(19)的数量为多个。

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