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常見COD在線監(jiān)測儀原理及性能分析
常見COD在線監(jiān)測儀原理及性能分析
概述。
水質化學需氧量(COD)是我國頒布的環(huán)境水質標準的主要監(jiān)測指標之一，它反映了水體受還原性物質污染的程度。由于有機物是主要的還原性污染物，所以化學需氧量(COD)可作為衡量水質受有機物污染程度的綜合指標，被廣泛地應用于污水中有機物含量的測定，是評價水體污染程度的重要參數。
根據國家標準GB 11914-89和標準ISO6060規(guī)定，COD定義是指水樣用重鉻酸鉀作氧化劑進行化學氧化后，用滴定法測定消耗的氧化劑量，相對應氧的質量濃度，簡稱CODCr。如以高錳酸鉀作氧化劑，則測定結果稱為高錳酸鹽指數CODMn。
因氧化條件如氧化劑種類、反應溫度、反應時間、催化劑等因素影響，測定值會有很大變化。因此，有很多專家抨擊和質疑這一指標，但受監(jiān)測手段和歷史原因制約，目前我國一般還是用COD來表達水質有機物污染程度。但其標準的實驗方法試劑消耗量大，而且非常費時，從而出現了以下幾種主要的COD測定儀:
幾種COD在線監(jiān)測儀綜合性能比較
測定儀類型
性能比較CODCr法CODMn法UV計電化學法TOC法
測量精度±5%±5%±3%±5%±3%
可靠性MTBF較低較低很高較高很高
日常使用費用很高較高較低很高很低
購置成本較低較低適中很高較高
應用范圍較廣很小較小很廣很廣
1、CODCr法 (COD在線監(jiān)測儀)
CODCr法指使用重鉻酸鉀做氧化劑，在一定條件下氧化水樣中的有機物，通過光度計或電極測算出消耗氧化劑的量，進一步換算出COD值。
其測定儀主要有三種技術原理:
(1)重鉻酸鉀消解-光度測量法;
(2)重鉻酸鉀消解-庫侖滴定法;
(3)重鉻酸鉀消解-氧化還原滴定法。
從原理上講，方法(3)更接近國標方法，方法(2)也是推薦使用的方法。而方法(1)較多采用在快速COD測定儀上。
從分析性能上講，由于水樣中部分有機物很難被氧化劑氧化，有的甚至根本不能氧化。因此，該類在線COD儀難以應用于高氯污水、強堿污水、濃度大幅變動污水及地表水的自動監(jiān)測，其測量范圍一般在30~2000 mg/l，僅能滿足部分污染源在線自動監(jiān)測的需要。另外，采用消解-氧化還原滴定法、消解-光度法的儀器的分析周期一般較長，需要60分鐘左右。
從對環(huán)境的影響方面講，重鉻酸鉀消解-氧化還原滴定法有鉻、汞的二次污染問題，廢液需用大量水進行稀釋處理。而TOC法、UV計法和電化學法(不包括庫侖滴定法)則不存在二次污染問題。
從維護的難易程度上講，由于消解-氧化還原滴定法、消解-光度法所采用的試劑種類較多，泵管系統(tǒng)很復雜，因此在試劑的更換以及泵管的更換維護方面非常煩瑣，維護周期比采用TOC法、UV計法和電化學原理的儀器要短很多，試劑費用和維護工作量都很大。
2、CODMn法
CODMn法即高錳酸鹽指數分析儀的主要技術原理有二種:
(1)高錳酸鹽氧化-化學測量法;
(2)高錳酸鹽氧化-電流/電位滴定法。
從原理上講，方法(1)和方法(2)并無本質的區(qū)別，只是終點指示方式的差異而已，在歐美和日本都是法定方法，與我國的標準方法也是一致的。
從分析性能上講，目前的高錳酸鹽指數在線自動分析儀僅能滿足地表水在線自動監(jiān)測的需要。另外，與采用化學方法的儀器相比，采用氧化還原滴定法的儀器的分析周期更長一些，一般需40分鐘以上。
3、UV計法
UV計法用于表征水質COD，即水樣中特定的溶解態(tài)有機物對特定波長(254nm)的紫外光有較強吸收，在測量吸光度后再通過相關性可轉換成COD值。它比較適用于無懸浮顆粒、成份穩(wěn)定、無色透明的水體，在日本已得到較廣泛的應用，但在歐美各國尚未得到主管部門的認可。
由于眾多污水中含有乙醇、糖類、有機酸等不具有紫外吸光性的有機物，使UV計法的應用范圍受到很大限制。
4、電化學法
電化學法是根據電極與水樣接觸后引起氧化還原反應，其電流的變化與有機物的濃度相關，間接測量出COD值。
該類分析儀主要有二種技術原理:
(1)羥基及臭氧氧化-電化學測量法;
(2)臭氧氧化-電化學測量法。
從儀器結構上講，采用電化學原理的在線COD儀的結構一般比采用消解-氧化還原滴定法、消解-光度法的儀器結構簡單，并且由于其進樣及試劑加入系統(tǒng)較簡便，所以不僅在操作上更方便，而且其運行可靠性也更好。
該方法雖然不屬于國標或推薦方法，但鑒于其運行比較可靠，在實際應用中，只需將其分析結果與國標方法進行比對試驗并進行適當的校正后，也可予以認可。
5、TOC法 (COD在線監(jiān)測儀)
TOC法即總有機碳分析儀是將處理后的定量水樣燃燒，*氧化其中的有機成份，再使用紅外法測定其生成的CO2濃度，直接得出TOC值，進而通過相關性轉換成COD值。該分析儀是專為實現自動控制而發(fā)展起來的，在歐美、日本和澳大利亞等國的應用已很廣泛。
其主要技術原理有四種:
(1)(催化)燃燒氧化-非分散紅外光度法
(2)UV催化-過硫酸鹽氧化-NDIR法;
(3)UV-過硫酸鹽氧化-離子選擇電極法(ISE)法;
(4)加熱-過硫酸鹽氧化-NDIR法。
從原理上講，方法
(1)是國標方法(HJ/T104-2003)，但方法(2)-(4)在歐美等國也有所運用。
從分析性能上講，由于TOC法利用高溫燃燒氧化，有機物氧化率幾乎達100%，因此更能地表達水樣中有機物含量。性能可靠的在線TOC儀完夠滿足污染源在線自動監(jiān)測的要求，并且由于其檢測限較低，應用于地表水或低濃度污水的自動監(jiān)測也是可行的。另外，在線TOC儀的分析周期很短只需5分鐘。
從儀器結構上講，除增加了無機碳去除單元外，各類在線TOC儀的管路系統(tǒng)一般比在線COD儀簡單一些，可靠性因此也大大提高。
從對環(huán)境的影響方面講，TOC法省去了昂貴的試劑，沒有了鉻、汞的二次污染問題。
從維護的難易程度上講，由于TOC法所采用的試劑種類劑量少，泵管系統(tǒng)較簡潔，又具有自動清洗功能，因此維護周期較長，維護工作量也較小