基于紫外全譜法的水質(zhì)COD分析儀及應(yīng)用

1、基于紫外全譜法的水質(zhì)COD分析儀及應(yīng)用【摘 要】近年來，許多工廠在生產(chǎn)結(jié)束后沒有對(duì)污水進(jìn)行有效的處理，而是隨意的將污水排放到河里，這種不負(fù)責(zé)任的做法給環(huán)境造成極大的破壞，甚至威脅到人們的健康。因此，我國(guó)需要加強(qiáng)對(duì)水環(huán)境的保護(hù)與治理。COD是指水中含有的化學(xué)需要量，是檢驗(yàn)水質(zhì)污染程度最重要的指標(biāo)，能夠表現(xiàn)水質(zhì)受到污染的狀況，是檢測(cè)污染的主要參數(shù)。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)法，也稱為重鉻酸鉀法。這種方法雖然能夠測(cè)量出水中COD數(shù)值，但由于這種方法的檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，通常最少需要3小時(shí)，并且由于該方法需要添加硫酸汞、硝酸鉀等化學(xué)試劑，給水質(zhì)造成二次污染，目前許多地區(qū)已經(jīng)逐漸放棄使用該方法。紫外光譜法是一種

2、新型的檢測(cè)方法，COD測(cè)水儀通過檢測(cè)水中的紫外光譜來實(shí)現(xiàn)對(duì)COD值的檢測(cè)。本文重點(diǎn)對(duì)COD測(cè)水儀進(jìn)行分析，并預(yù)測(cè)COD測(cè)水儀的未來前景?！娟P(guān)鍵詞】紫外光譜法 COD測(cè)水儀 未來前景COD測(cè)水儀通過檢測(cè)水中的紫外光譜來實(shí)現(xiàn)對(duì)COD值的檢測(cè)，它具有檢測(cè)速度快、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定且不會(huì)造成水質(zhì)的二次污染等特點(diǎn)，是一種新型的檢測(cè)儀器。本文主要對(duì)COD檢測(cè)儀的運(yùn)行原理、組成部分以及工作特點(diǎn)三方面進(jìn)行分析，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（對(duì)化工廠排放的污水進(jìn)行檢測(cè)），建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并將?shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)法的數(shù)值相對(duì)比，來證明該測(cè)水儀是否有測(cè)量準(zhǔn)確、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。最后根據(jù)COD測(cè)水儀的優(yōu)勢(shì)對(duì)其未來的應(yīng)用前景進(jìn)行預(yù)測(cè)，只

3、要COD測(cè)水儀符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)就可以得到大力推行，為國(guó)家水環(huán)境的監(jiān)測(cè)工作帶來便利。1 COD測(cè)水儀的測(cè)量原理及組成部分1.1 COD儀器的測(cè)量原理水中的COD值通常取決于水中的有機(jī)物，包括有機(jī)物的種類以及有機(jī)物的含量，同時(shí)有機(jī)物在紫外光譜段中的吸收作用符合朗博比爾的定律。所以我們能夠通過檢測(cè)水中的紫外光譜來實(shí)現(xiàn)對(duì)COD值的檢測(cè)。COD測(cè)水儀選用目前國(guó)際通用的最小二乘法，對(duì)紫外光譜以及COD的數(shù)值進(jìn)行處理，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)制定實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑫r(shí)對(duì)未知的水質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，并通過馬氏距離法對(duì)樣本進(jìn)行識(shí)別，從而有效地保證了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。但由于行業(yè)的差異性，污水成分也會(huì)有較大的差距，通常在檢測(cè)前需要根據(jù)不同的行

4、業(yè)制定相應(yīng)的模型；初始模型通常需要準(zhǔn)備20個(gè)左右，在檢測(cè)過程中根據(jù)實(shí)際需要再增加模型。1.2 COD儀器的組成部分COD儀器主要由兩部分構(gòu)成，分別是主機(jī)和預(yù)處理系統(tǒng)。通常預(yù)處理系統(tǒng)由清洗單元、流通池單元以及緩沖箱所組成。將水泵中的水樣流到清洗單元中進(jìn)行過濾，接著經(jīng)過緩沖裝置，最后進(jìn)入流通池中進(jìn)行光譜采集。主機(jī)通常由光譜儀、接口電路、光源以及數(shù)據(jù)整合單元所構(gòu)成。其中將氙燈光源中的紫外線經(jīng)過流通池，通過光纖的收集再傳送到光譜儀中。接著光譜儀再將光信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以電信號(hào)的形式傳入數(shù)據(jù)整合單元中，最后根據(jù)模型算出COD值。2 COD測(cè)水儀的主要特點(diǎn)2.1 檢測(cè)速度快、且不會(huì)對(duì)水體造成二次污染采用紫外全

5、譜法對(duì)COD值進(jìn)行檢測(cè)時(shí)不需要使用化學(xué)劑品，在測(cè)量過程中不會(huì)造成二次污染，同時(shí)具有測(cè)量速度快以及成本低的特點(diǎn)；而全波段光譜法的檢測(cè)結(jié)果比傳統(tǒng)的單-雙波長(zhǎng)法的檢測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確，檢測(cè)速度比傳統(tǒng)的單-雙波長(zhǎng)法更快，能夠?qū)λ|(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)的監(jiān)測(cè)。2.2 維護(hù)量較少并且可靠性較高COD儀器通過安裝的預(yù)處理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)維護(hù)量小的效果，并具備自動(dòng)化的測(cè)量功能以及自動(dòng)化的清洗功能；COD儀器的光源則選擇壽命較長(zhǎng)并且性能較高的氙燈；COD儀器的光譜儀則采用全固化的設(shè)計(jì)，沒有裝置運(yùn)動(dòng)部件，保證COD儀器的穩(wěn)定性。2.3 通訊速度較快，擴(kuò)展性較強(qiáng)PS232通訊接口不僅能夠?qū)⑦h(yuǎn)程數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送，同時(shí)還能夠?qū)ΡO(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)

6、程控制，包括系統(tǒng)的啟動(dòng)、啟動(dòng)的暫停以及系統(tǒng)的停止等，達(dá)到無人運(yùn)行的要求，從而極大地提高了監(jiān)測(cè)工作的效率。模擬接口能夠同時(shí)對(duì)多種水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，得出水質(zhì)的參數(shù)，并能夠取代傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集儀器，繼電器在輸出過程中能夠按照用戶的要求對(duì)報(bào)警裝置以及其他裝置進(jìn)行控制，從而達(dá)到編程控制器的效果。3 實(shí)驗(yàn)研究3.1 實(shí)驗(yàn)材料本次實(shí)驗(yàn)將某化工廠排出的污水作為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，一共搜集20個(gè)污水樣本。本次試驗(yàn)的檢測(cè)儀器是COD儀器，將COD儀器對(duì)污水樣本進(jìn)行掃描。如圖1、圖2所示，采用GB119的方法對(duì)污水樣本進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果主要分布在28-500毫克每立方米。3.2 建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯z測(cè)出的光譜以及COD的數(shù)值作為實(shí)

7、驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并采用最小二乘法建立模型。如圖1、圖2所示，通過數(shù)據(jù)得出校正集的系數(shù)（RC）為0.988，而檢驗(yàn)集的系數(shù)（RV）為0.975；同時(shí)得出校正集的偏差值（SEC）是24.8，而驗(yàn)證集的偏差值（SEV）是33.3.整個(gè)模型的預(yù)測(cè)誤差不超過5%，符合國(guó)家規(guī)定的檢測(cè)要求。3.3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)COD儀器通過實(shí)驗(yàn)前制定的模型，到化工廠污水排放的現(xiàn)場(chǎng)對(duì)污水的水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，并定時(shí)將搜集的污水樣本與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)法進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，如圖1、圖2所示。圖中的曲線是COD儀器預(yù)測(cè)的污水COD的數(shù)值；其中方點(diǎn)是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)法檢測(cè)的污水?dāng)?shù)值。通過對(duì)比，我們可以發(fā)現(xiàn)COD儀器的檢測(cè)運(yùn)行相對(duì)較為穩(wěn)定；同時(shí)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)法的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比

8、，我們可以發(fā)現(xiàn)COD儀器檢測(cè)出的污水COD數(shù)值誤差較小，如圖1、圖2所示。4 COD測(cè)水儀的應(yīng)用前景由于COD測(cè)水儀的結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，并且經(jīng)過不斷地改善已經(jīng)具備較強(qiáng)的可靠性。通過電腦技術(shù)的支持，儀器的觸摸屏更為人性化，這就使得COD測(cè)水儀的操作變得更為簡(jiǎn)單。同時(shí)采用大屏面板，能夠較為舒適的觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。COD測(cè)水儀的主控制器是最新的PLC系統(tǒng)，這就提高了儀器的抗干擾性，保證儀器能夠穩(wěn)定的運(yùn)行。同時(shí)，該儀器還具有自動(dòng)清洗的功能以及自動(dòng)校正的功能，能夠連續(xù)進(jìn)行檢測(cè)工作。同時(shí)還具備斷電復(fù)位的功能，保證儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)不易丟失，同時(shí)還能避免儀器受到損壞。因此，COD測(cè)水儀有較好市場(chǎng)的前景5 結(jié)語(yǔ)本文主要對(duì)

9、COD測(cè)水儀的檢測(cè)原理、組成部分以及使用特點(diǎn)進(jìn)行分析，研究發(fā)現(xiàn)COD測(cè)水儀是通過檢測(cè)水中的紫外拳譜來實(shí)現(xiàn)對(duì)COD值的檢測(cè)。儀器主要選用的是最小二乘法，對(duì)紫外光譜以及COD數(shù)值進(jìn)行處理，根數(shù)據(jù)結(jié)果制定實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)COD值的檢測(cè)。儀器的硬件部分主要由兩部分構(gòu)成，分別是預(yù)處理系統(tǒng)以及主機(jī)。其中預(yù)處理系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)維護(hù)量小的效果，而主機(jī)的功能是控制整個(gè)儀器的運(yùn)轉(zhuǎn)。COD測(cè)水儀具有操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)速度快的特點(diǎn)，并且在檢測(cè)結(jié)束后不會(huì)對(duì)水質(zhì)造成二次污染；同時(shí)具備自動(dòng)化的測(cè)量功能以及自動(dòng)化的清洗功能，并且儀器的光源采用的是氙燈，極大地保證了儀器的使用壽命。同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)果，我們能夠發(fā)現(xiàn)COD測(cè)水儀的數(shù)據(jù)結(jié)果與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)法的數(shù)據(jù)結(jié)果誤差較小。由于COD測(cè)水儀能夠高效準(zhǔn)確的檢測(cè)出水質(zhì)的污染狀況，因此在未來的水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中將會(huì)更多使用該儀器，從而提高我國(guó)水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的效率。參考文獻(xiàn)：【1】李家琛.基于紫外光譜及常規(guī)水質(zhì)參數(shù)信息的水質(zhì)有機(jī)物污染檢測(cè)方法研究.浙江大學(xué)，2014.【2】孫長(zhǎng)嵩.基于機(jī)器學(xué)習(xí)的水質(zhì)COD測(cè)量方法研究.浙江大學(xué)，2006.【3】