CN102830081A

CN102830081A - 高温燃烧氧化法在线cod/toc/tn自动监测仪

Info

Publication number: CN102830081A
Application number: CN 201110173575
Authority: CN
Inventors: 曹余勤; 顾粉林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2012-12-19

Abstract

本发明针对现有技术中存在不足，公开了一种高温燃烧氧化法在线COD/TOC/TN自动监测仪，包括水质监测远程取样装置、酸化曝气室、高温燃烧氧化装置、冷却室、膜式干燥器、非色散红外气体检测器、臭氧发生器、化学发光检测器，其特征是所述水质监测远程取样装置中包括采样泵、主管道、支管道、颗粒分离器、水位检测器、多路阀、注射泵。本监测仪具有结构简单，检测过程快速准确，运行成本低，维护简单，无二次污染等特点，适用于各种成分复杂的水质化学耗氧量、总有机碳、总氮三参数的自动在线监控。

Description

高温燃烧氧化法在线COD/TOC/TN自动监测仪

技术领域

本发明涉及一种水质多参数在线监测仪器，特别应用于采用高温燃烧氧化法同步检测污水化学耗氧量(COD)、总有机碳(TOC)、总氮(TN)三参数的环境水质自动监测领域。

背景技术

近年来，随着城市的扩大和大规模工业的发展，环境污染问题倍受人们的关注，而有机污染物的排放是造成河流、湖泊污染的主要原因。在水质监测分析中，评价水体有机物污染程度的重要指标包括化学耗氧量(COD)、总有机碳(TOC)和总氮(TN)等。因此，实现对各种水源或污染排放源中COD、TOC和TN含量进行实时、连续在线监控，对节能减排、保护生态环境等方面有着重要的意义。

在现有技术中，在线测量水体中COD的方法很多，常用的测定方法有重铬酸钾消解法、UV计法、电化学测量法和高温燃烧氧化—非色散红外法(TOC法)等。重铬酸钾消解法是指使用重铬酸钾做氧化剂，在一定条件下氧化水样中的有机物，通过光度计或电极测算出消耗氧化剂的量，进一步换算出COD值，为传统的国标方法。UV计法用于表征水质COD，即水样中特定的溶解态有机物对特定波长(254nm)的紫外光有较强吸收，在测量吸光度后再通过相关性可转换成COD值。电化学法是根据电极与水样接触后引起氧化还原反应，其电流的变化与有机物的浓度相关，间接测量出COD值。高温燃烧氧化—非色散红外法是将处理后的定量水样燃烧，完全氧化其中的有机成份，再使用非色散红外检测器测定其生成的CO₂浓度，直接得出TOC值，再通过相关性同时转换成COD值。

上述在线COD自动监测方法中，重铬酸钾消解法由于水样中部分有机物很难被氧化剂氧化，有的甚至根本不能氧化。因此，该类在线COD仪难以应用于高氯污水、强碱污水、浓度大幅变动污水及地表水的自动监测，仅能满足部分污染源在线自动监测的需要。另外，该类仪器的分析周期一般较长，需要60分钟左右，难以实现真正意义上的在线监测。所采用的试剂种类较多，泵管系统较复杂，因此在试剂的更换以及泵管的更换维护方面较烦琐。还存在铬、汞等重金属的二次污染、废液需要特别的处理问题。UV计法由于众多污水中含有乙醇、糖类、有机酸等不具有紫外吸光性的有机物，只能适用于无悬浮颗粒、成份稳定、无色透明的水体，使UV计法的应用范围受到很大限制。电化学法仪器结构简单，运行可靠，需要将其分析结果与国标方法进行比对试验并进行适当的校正后，间接测量出COD值。但由于不同的水质其校正系数也有所不同，因此，校正后的仪器只能固定测量同一种水质。高温燃烧氧化—非色散红外法利用高温燃烧氧化，有机物氧化率几乎达到100％，因此更能精确地表达水样中有机物含量。该类在线COD仪的检测下限较低，性能可靠，几乎能满足所有污水源在线自动监测的要求。另外，其分析周期很短只需5分钟。除增加了无机碳去除单元外，该类仪器的管路系统比电化学法在线COD仪更简单一些，可靠性因此也大大提高，另外其使用的试剂也较少，运行成本低，又无二次污染。

当前世界上最先进的TN测量方法为高温燃烧氧化—化学发光法。该方法是将样品高温燃烧后发生氧化反应，其中样品中的氮化物定量地转化为·NO，·NO与臭氧发生反应转化为激发态的NO2*，当激发态的NO2*跃迁到基态时发射出光子，通过半导体化学发光检测器检测化学发光的强度来测定样品中的总氮含量。目前国产运用该方法开发的仪器基本应用于实验室内对液态、气态或固态样品中总氮的分析，少数外国在线监测仪器虽然运用了高温燃烧氧化—化学发光法测TN，但能同时测量COD、TOC、TN三参数的水质在线自动监测仪目前尚未见报道。随着人们对环境意识的提高，对环境污染物的控制越来越严格，对检测技术的要求也越来越高。目前，各种水污染综合指标的测定方法正向着自动化、多参数化和仪器分析方向发展。研究如何提高分析水样的代表性和真实性，研制一种适应性强、运行可靠、维护简单、性价比高、无二次污染、能同时测量多参数的水质在线自动监测仪已成为当务之急。

发明内容

为了满足各种成分复杂、浓度波动变化复杂的污水进行实时在线监测的需求，本发明提供一种具有免维护、带水位检测的水质监测远程取样装置、能快速准确同步检测COD、TOC、TN三参数的水质在线监测仪。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高温燃烧氧化法在线COD/TOC/TN自动监测仪，包括水质监测远程取样装置、酸化曝气室、高温燃烧氧化装置、冷却室、膜式干燥器、非色散红外气体检测器、臭氧发生器、化学发光检测器，所述水质监测远程取样装置中包括采样泵、主管道、支管道、颗粒分离器、水位检测器、多路阀、注射泵。

作为本发明的进一步改进，所述主管道与支管道相连，所述支管道入口处水平设有颗粒分离器，支管道水流方向自上而下段设有一取样口，水位检测器和与多路阀一个输入端口相连的取样管在取样口处由上而下伸入支管道内，所述取样管与多路阀一个输入端口相连，所述多路阀输入端还分别与注射泵、两标准样品贮存器、排液管及酸化曝气室入口端相连，所述的酸化曝气室的出口端依次与高温燃烧氧化装置、冷却室、膜式干燥器、非色散红外气体检测器串联后，与臭氧发生器的出口分别与化学发光检测器入口相连。

作为本发明的更进一步改进，所述的采样泵、水位检测器、注射泵、多路阀、高温燃烧氧化装置、非色散红外气体检测器、化学发光检测器等分别与仪器的控制模块相连。

本发明的主要设计思路为：从连续流动的污水中逆方向抽取具有代表

性的水样；采用高温燃烧氧化—非色散红外法检测出COD、TOC值；采用高温燃烧氧化—化学发光法同步检测出TN值。水质监测远程取样装置中包括采样泵、主管道、支管道、颗粒分离器、水位检测器、多路阀、注射泵。采样泵从远处将水样抽入主管道，主管道与支管道连接处设有颗粒分离器，保证水样中外径较小的悬浮颗粒能进入支管道，较大颗粒的杂物继续随主管道排出；在支管道水流方向自上而下段设有一取样口，取样口装有水位检测器为断水时报警用；多路阀的一个输入端口通过取样管在取样口处伸入支管道内，其伸入方向由上而下，保证取样吸入方向与支管道中水流方向相反。这样，水中较小颗粒物可以被吸入送检，取样更具代表性和真实性，而取样管道结构简单，也不会被堵塞，可以长期免维护。多路阀通过注射泵定量抽取水样后，先将水样进行酸化曝气处理，驱除各种无机化合物生成的CO₂，再注入到高温燃烧氧化装置，使水样中有机化合物完全被氧化转化为CO₂。氧化反应生成的气体通过载气由高温燃烧氧化装置的出口端依次经过冷却室、膜式干燥器进行冷却、干燥处理，再经过非色散红外气体检测器直接测量气体中TOC含量，同时根据其相关性将TOC值直接转化为COD值。从非色散红外气体检测器出来的气体和臭氧发生器送出来的臭氧分别送入至半导体化学发光检测器，检测出气体中TN含量。

本发明的有益效果是：该监测仪可对各种成分复杂的水质进行远程在线自动监测，不仅检测过程快速准确(一次测量过程约5分钟)、运行成本低、维护简单、无二次污染外，还能同步检测COD、TOC、TN三参数，扩大了使用范围。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明实施例结构示意图；

其中：1.采样泵，2.主管道，3.支管道，4.颗粒分离器，5.水位检测器，6.注射泵，7.多路阀，8.标准样品贮存器，9.标准样品贮存器，11.酸化曝气室，12.高温燃烧氧化装置，13.冷却室，14.膜式干燥器，15.非色散红外气体检测器，16.臭氧发生器，17.化学发光检测器，18.取样口，19.取样管，20.排液管。

具体实施方式

如图1所示，采样泵(1)与主管道(2)相连，主管道(2)的另一侧与支管道(3)相连用以分流水样。支管道(3)的入口处水平放置颗粒分离器(4)，保证水样中外径较小的悬浮颗粒能进入支管道，较大颗粒的杂物继续随主管道排至排水箱(10)。在支管道(3)水流方向自上而下段设有一取样口(18)，水位检测器(5)及与多路阀(7)一个输入端口相连的取样管(19)在取样口处伸入支管道内，其伸入方向由上而下，保证取样吸入方向与支管道中水流方向相反。多路阀的另外几个端口分别与注射泵(6)、两标准样品贮存器(8、9)、排液管(20)及酸化曝气室(11)入口端相连。酸化曝气室(11)的出口端依次与高温燃烧氧化装置(12)、冷却室(13)、膜式干燥器(14)、非色散红外气体检测器(15)串联后，与臭氧发生器(16)的出口分别与化学发光检测器(17)入口相连。上述采样泵、水位检测器、注射泵、多路阀、高温燃烧氧化装置、非色散红外气体检测器、化学发光检测器等分别与仪器的控制模块相连。在仪器运行程序控制下，仪器判断测量时间即将到来前，先提前几分钟(时间的设置视水源至仪器位置的距离而定)控制水质监测远程取样装置采集新鲜水样，进行样品预处理后，注射泵自动抽取具有代表性的水样通过多路阀定量进样至酸化曝气室，水样经酸化曝气后生成的气体由载气依次送至高温燃烧氧化装置、冷却室、膜式干燥器等，再由非色散红外气体检测器和化学发光检测器分别检测出COD、TOC、TN的含量，从而完成远程取样、样品预处理、定量进样、样品高温燃烧氧化、气体冷却干燥处理及检测的全过程自动化控制。

Claims

1.一种高温燃烧氧化法在线COD/TOC/TN自动监测仪，包括水质监测远程取样装置、酸化曝气室、高温燃烧氧化装置、冷却室、膜式干燥器、非色散红外气体检测器、臭氧发生器、化学发光检测器，其特征是所述水质监测远程取样装置中包括采样泵、主管道、支管道、颗粒分离器、水位检测器、多路阀、注射泵。

2.根据权利要求1所述的高温燃烧氧化法在线COD/TOC/TN自动监测仪，其特征是所述主管道与支管道相连，所述支管道入口处水平设有颗粒分离器，支管道水流方向自上而下段设有一取样口，水位检测器和与多路阀一个输入端口相连的取样管在取样口处由上而下伸入支管道内，所述取样管与多路阀一个输入端口相连，所述多路阀输入端还分别与注射泵、两标准样品贮存器、排液管及酸化曝气室入口端相连，所述的酸化曝气室的出口端依次与高温燃烧氧化装置、冷却室、膜式干燥器、非色散红外气体检测器串联后，与臭氧发生器的出口分别与化学发光检测器入口相连。

3.根据权利要求2所述的高温燃烧氧化法在线COD/TOC/TN自动监测仪，其特征是所述的采样泵、水位检测器、注射泵、多路阀、高温燃烧氧化装置、非色散红外气体检测器、化学发光检测器等分别与仪器的控制模块相连。