基于紫外吸收原理的在线水质COD测量仪设计

　　1　引　言

　　随着社会的发展,人类越来越重视保护自身的生存环境,对水环境的检测与污染治理显得尤为重视。化学需氧量(chemical oxygen demand.简称COD)是水质有机物污染的代表性指标,是企业总量排放控制的主要依据。目前使用的COD在线监测仪器中采用的大多是基于重铬酸钾消解原理的化学方法,存在着二次污染、测量速度慢、受氯离子干扰、使用维护成本高、可靠性低等问题。

　　为解决由于测量方法带来的不足,研制了基于紫外吸收原理的在线水质COD测量仪。该仪器具有无需任何试剂、无二次污染、使用成本低、测量时间短、不受氯离子的干扰、仪器稳定性好、可靠性高等特点。现主要介绍该仪器的工作原理,基本结构,建立了紫外吸光度与COD值的相关性。

　　2　仪器的工作原理

　　水体中的有机污染物对特定波长紫外光的吸收遵循朗伯-比尔定律。朗伯-比尔定律用下式表示:

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(采样池)的长度;K为吸收常数。

　　对于一个特定的采样池,其长度L是不变的;对于特定的测量波长以及特定的被测物,吸收常数K基本是不变的(即使有小范围的变化也可用补偿算法进行补偿)[1],因此通过测量有机物吸收前、后紫外光的强度,便可以测量出表征有机污染物浓度的COD值。

　　根据朗伯-比尔定律,按照吸光度的定义,吸光度A可以表示为:

　　这就表明,特定波长紫外光的吸光度可以作为水中有机污染物浓度的替代参数[2]。

　　3　仪器的基本结构

　　仪器的基本结构如图1所示,主要包括三个部分,光路系统、水路系统和嵌入式微机系统。

　　3.1　光路系统

　　从低压汞灯发出的光(254nm紫外光的发光强度占总强度的90%),通过测量槽中的水样后,由半透镜分成二路光束,一束是被有机污染物吸收后的紫外光,经紫外254nm干涉滤光片后进入光电探测器,输出与紫外吸光度成比例的电信号;另一束是不被有机污染物吸收的可见光,作为参比光波,经仅能通过大于400nm波长的可见光滤光片后进入光电探测器,此信号可以用来消除被测水样中由于浊度或气泡产生散射带来的测量误差。

　　3.2　水路系统

　　水路系统主要由潜水泵、电磁阀、进水管路和清洗管路等组成,测量时要保证水样稳定地通过测量槽;水路系统的清洗包括管路清洗和测量槽清洗,定期清洗测量槽中的石英玻璃窗口,避免窗口污染带来的测量误差。

　　3.3　嵌入式微机系统

　　两个光电探测器获取的信号经放大和A/D转换后,输入到由台湾研华公司PC104总线模块组成的嵌入式微机系统,并通过仪器的监控软件实现COD在线测量仪器的全部功能。包括光强信号的测量,COD值的换算,键盘与显示的控制,以及自动校零、自动清洗等等功能。同时还具有强大的通信功能,近程(现场)RS485总线通信和远程网络通信等,使仪器能容易地与国内外其它水质监测仪器集成,组成多参数多功能水质自动监测站。