论文部分内容阅读
【摘要】本文介绍COD在线监测系统的测定方法和工作机理，各单元部件工作方式和相互间连接方式，以及系统的工作步骤和流程。由于控制单元采用了工业控制计算机，使得COD在线监测系统可以全天候工作于环境恶劣的污水总排口，连续、实时地连续监测COD排放量，为排污总量控制管理，排污收费等项工作提供准确数据依据，有着重要的现实意义。
【关键词】COD化学耗氧量 ； 在线监测系统 ； 工业控制计算机 ； 滴定法
【中图分类号】X832 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2015）36-0009-02
1.引言
COD（化学耗氧量）是指在一定条件下，经重铬酸钾（K2Cr2O7）氧化处理时水样中溶解性物质和悬物所消耗的重铬盐酸相对应的氧的质量浓度，以氧的每升毫克（mg/l）数来表示，它是指示水体受有机物污染程度的重要指标，是水质综合评价中的重要参数。
根据国家标准GP11914，水质COD测定采用重铬酸钾法。COD在线监测系统完全依据国家标准规定的测试方法，通过工控机的控制，自动完成从水样采集到测定值显示打印的全部过程。本系统作为一种全自动在线监测仪器适用于放置在企业污水总排口，连续监测COD排放值及排放总量，有利于促进排污总量控制管理，排污收费等项工作；同时适合于环境工程，监控污水处理，确保达标排放。
2.系统化学原理
在水样中加入已知量的重铬酸钾溶液，并在强酸介质下以银盐作为催化剂，经沸腾回流后，以亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁按滴定水样中未被还原的重铬酸钾，由消耗的硫酸亚铁铵的量换算成消耗氧的质量溶度。
3.系统硬件设计
COD在线监测系统由气动加液、化学反应和电器控制三大部分多个单元组成。
3.1 采样单元
离心泵将排放口的废水打至位于工作室的原水桶，其溢流器保证液面恒定。工控机控制原水桶内的潜水泵，将水样直接打入定量瓶，这样系统就可以采集和测定任意时刻的瞬时水样。
3.2 定量加液单元
盛液瓶、缓冲瓶、定量瓶均为密封容器，气泵及气阀受工控机控制，气泵开启，移液阀打开，压缩空气经配气管、移液阀进入盛液瓶，试剂从伸入瓶底的玻璃管由缓冲瓶进入定量瓶，通过时间控制，使压入定量瓶的试剂液位高于定量。此时，停止气泵，关闭移液阀，移液阀接盛液瓶一端常开，过量的试剂因虹吸作用自动回流到盛液瓶，实现自动定量。气泵再次开启，加液阀接通将试剂从定量瓶压入消解瓶。
3.3 消解单元
当消解时，水泵开始打水，产生负压，将蒸馏瓶内的溶液抽出，吸入于消解瓶中，溢出的溶液通过废液瓶流走。
3.4 抽气蒸馏单元
当蒸馏瓶开始蒸馏时，利用潜水泵产生的负压抽气，滴定瓶是密封的，则蒸馏瓶的气体被抽至滴定瓶。同时，为防止滴定瓶内溶液变热溢出，采用两个风机对其冷却。
3.5 滴定光电检测单元
利用潜水泵抽气进行搅拌和蠕动滴定硫酸标准溶液。滴定瓶的一侧设置多个发光管，另一侧设有一个光敏电阻，发光管绿色照射溶液，光敏电阻接受透射过来的绿光，溶液由黄变红时，电压值缓慢升高，当滴定达到终点是电压值会突然跳跃一定的幅度，工控机测到电压突变时控制蠕动泵停止滴定。
3.6 排废液单元
当水泵打循环水时，侧面旁管产生负压，液阀中的浮子吸上堵住管路，瓶中的废液被抽出。当泵停止工作时，浮子下落，将废液排除。
3.7 输出驱动单元
系统中的所有气动阀和溶液阀均工作于24V直流，该单元是工控机与气动加液、化学反应各单元的输出接口，采用光隔离、升压驱动电路。
3.8 工控机主控单元
本单元是整个在线监测系统的控制中心，气动加液和化学反应各单元的有序地运作和协调，均是在工控机的控制下自动完成的。由于控制单元采用了工业控制计算机，使得COD在线监测系统可以全天候工作于环境恶劣的污水总排口，连续、实时地连续监测COD排放量。
3.9 A/D转换单元
将滴定检测光敏电阻上的电压值，精确地转换成数字值输入到工控機，终点捕捉软件采用“动态多点滑动”技术准确地捕捉到，溶液由黄变红时电压值突然跳跃点，此时的滴定步数通过计算就是相应的COD值。
3.10 无线通讯单元
利用移动公司提供的数据业务，将实时检测的结果数据传输到当地的环保部门的服务器中，设有两种工作模式：针对检测数据量较少的监测点，可使用“短信息”发送模式，该模式较为经济；对于检测数据量较多的监测点，可使用“ISDN”数据传输模式。
3.11系统控制原理框图
4.系统软件设计
4.1 系统工作流程
工作步序 工作内容
COD 01 清洗系统
COD 02 准备
COD 03 启动采用泵，水样采集至水样瓶
COD 04 水样提升至定量瓶
COD 05 水样定量至20ml
COD 06 水样加入消解瓶
COD 07 清理采样系统
COD 08 将各种药液从各自的盛液瓶移至各定量瓶
COD 09 将硫酸-硫酸银从盛液瓶移至定量瓶
COD 10 将清水从盛液瓶移至定量瓶
COD 11 各种药液定量至相应ml数
COD 12 将硫酸汞加入消解瓶
COD 13 将10ml重铬酸钾溶液加入消解瓶
COD 14 将30ml硫酸-硫酸汞溶液加入消解瓶
COD HT 加热回流消解
COD 15 消解后的溶液在消解瓶内冷却
COD 16 将20ml冷却水加入消解瓶
COD 17 溶液从消解瓶移入滴定瓶
COD 18 将50ml清洗水加入消解瓶，清系统
COD 19 清洗水移入滴定瓶
COD 20 待测溶液在滴定瓶内冷却
COD 21 10ml溶有指示剂的溶液加入滴定瓶
COD DD 滴定，终点显示、打印、存入本地数据库，无线传输至远程数据库
COD 22 排废液
COD 23 光检测
COD ED 一次检测完毕
4.1 软件功能模块
主控软件系统设计了以下几个核心模块：空白试验值检测模块；COD全自动检测模块；COD单步手动检测模块；消解时间、检测间隔时间、检测次数等参数设定模块；“看门狗”运作和系统再入模块；光电A/D转换测量模块；滴定终点捕捉模块；检测结果显示打印模块；历史数据查询模块；无线远程通讯模块。
5.结束语
COD在线监测系统在国内多个城市使用取得了良好的效果，得到当地环保部门的肯定和好评。COD在线监测系统采用的是化学分析方法，比较国外采用的物理分析方法，具有诸多的优点；经济、准确、适合多点投放监测、符合中国的国情，作为一种本土的环保监测系统在实际应用中具有较强的实用价值。
参考文献
[1]《水和废水监测分析方法》，国家环保局编，中国环境科学出版社。
[2]《环境工程监测》，蒋展鹏、祝万鹏编，清华大学出版社。
[3] 日《水质测试法》，日本工业用水协会。
作者简介：林建宇（1960.04-），男，副教授，研究方向：软件工程、自动控制技术。
【关键词】COD化学耗氧量 ； 在线监测系统 ； 工业控制计算机 ； 滴定法
【中图分类号】X832 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2015）36-0009-02
1.引言
COD（化学耗氧量）是指在一定条件下，经重铬酸钾（K2Cr2O7）氧化处理时水样中溶解性物质和悬物所消耗的重铬盐酸相对应的氧的质量浓度，以氧的每升毫克（mg/l）数来表示，它是指示水体受有机物污染程度的重要指标，是水质综合评价中的重要参数。
根据国家标准GP11914，水质COD测定采用重铬酸钾法。COD在线监测系统完全依据国家标准规定的测试方法，通过工控机的控制，自动完成从水样采集到测定值显示打印的全部过程。本系统作为一种全自动在线监测仪器适用于放置在企业污水总排口，连续监测COD排放值及排放总量，有利于促进排污总量控制管理，排污收费等项工作；同时适合于环境工程，监控污水处理，确保达标排放。
2.系统化学原理
在水样中加入已知量的重铬酸钾溶液，并在强酸介质下以银盐作为催化剂，经沸腾回流后，以亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁按滴定水样中未被还原的重铬酸钾，由消耗的硫酸亚铁铵的量换算成消耗氧的质量溶度。
3.系统硬件设计
COD在线监测系统由气动加液、化学反应和电器控制三大部分多个单元组成。
3.1 采样单元
离心泵将排放口的废水打至位于工作室的原水桶，其溢流器保证液面恒定。工控机控制原水桶内的潜水泵，将水样直接打入定量瓶，这样系统就可以采集和测定任意时刻的瞬时水样。
3.2 定量加液单元
盛液瓶、缓冲瓶、定量瓶均为密封容器，气泵及气阀受工控机控制，气泵开启，移液阀打开，压缩空气经配气管、移液阀进入盛液瓶，试剂从伸入瓶底的玻璃管由缓冲瓶进入定量瓶，通过时间控制，使压入定量瓶的试剂液位高于定量。此时，停止气泵，关闭移液阀，移液阀接盛液瓶一端常开，过量的试剂因虹吸作用自动回流到盛液瓶，实现自动定量。气泵再次开启，加液阀接通将试剂从定量瓶压入消解瓶。
3.3 消解单元
当消解时，水泵开始打水，产生负压，将蒸馏瓶内的溶液抽出，吸入于消解瓶中，溢出的溶液通过废液瓶流走。
3.4 抽气蒸馏单元
当蒸馏瓶开始蒸馏时，利用潜水泵产生的负压抽气，滴定瓶是密封的，则蒸馏瓶的气体被抽至滴定瓶。同时，为防止滴定瓶内溶液变热溢出，采用两个风机对其冷却。
3.5 滴定光电检测单元
利用潜水泵抽气进行搅拌和蠕动滴定硫酸标准溶液。滴定瓶的一侧设置多个发光管，另一侧设有一个光敏电阻，发光管绿色照射溶液，光敏电阻接受透射过来的绿光，溶液由黄变红时，电压值缓慢升高，当滴定达到终点是电压值会突然跳跃一定的幅度，工控机测到电压突变时控制蠕动泵停止滴定。
3.6 排废液单元
当水泵打循环水时，侧面旁管产生负压，液阀中的浮子吸上堵住管路，瓶中的废液被抽出。当泵停止工作时，浮子下落，将废液排除。
3.7 输出驱动单元
系统中的所有气动阀和溶液阀均工作于24V直流，该单元是工控机与气动加液、化学反应各单元的输出接口，采用光隔离、升压驱动电路。
3.8 工控机主控单元
本单元是整个在线监测系统的控制中心，气动加液和化学反应各单元的有序地运作和协调，均是在工控机的控制下自动完成的。由于控制单元采用了工业控制计算机，使得COD在线监测系统可以全天候工作于环境恶劣的污水总排口，连续、实时地连续监测COD排放量。
3.9 A/D转换单元
将滴定检测光敏电阻上的电压值，精确地转换成数字值输入到工控機，终点捕捉软件采用“动态多点滑动”技术准确地捕捉到，溶液由黄变红时电压值突然跳跃点，此时的滴定步数通过计算就是相应的COD值。
3.10 无线通讯单元
利用移动公司提供的数据业务，将实时检测的结果数据传输到当地的环保部门的服务器中，设有两种工作模式：针对检测数据量较少的监测点，可使用“短信息”发送模式，该模式较为经济；对于检测数据量较多的监测点，可使用“ISDN”数据传输模式。
3.11系统控制原理框图
4.系统软件设计
4.1 系统工作流程
工作步序 工作内容
COD 01 清洗系统
COD 02 准备
COD 03 启动采用泵，水样采集至水样瓶
COD 04 水样提升至定量瓶
COD 05 水样定量至20ml
COD 06 水样加入消解瓶
COD 07 清理采样系统
COD 08 将各种药液从各自的盛液瓶移至各定量瓶
COD 09 将硫酸-硫酸银从盛液瓶移至定量瓶
COD 10 将清水从盛液瓶移至定量瓶
COD 11 各种药液定量至相应ml数
COD 12 将硫酸汞加入消解瓶
COD 13 将10ml重铬酸钾溶液加入消解瓶
COD 14 将30ml硫酸-硫酸汞溶液加入消解瓶
COD HT 加热回流消解
COD 15 消解后的溶液在消解瓶内冷却
COD 16 将20ml冷却水加入消解瓶
COD 17 溶液从消解瓶移入滴定瓶
COD 18 将50ml清洗水加入消解瓶，清系统
COD 19 清洗水移入滴定瓶
COD 20 待测溶液在滴定瓶内冷却
COD 21 10ml溶有指示剂的溶液加入滴定瓶
COD DD 滴定，终点显示、打印、存入本地数据库，无线传输至远程数据库
COD 22 排废液
COD 23 光检测
COD ED 一次检测完毕
4.1 软件功能模块
主控软件系统设计了以下几个核心模块：空白试验值检测模块；COD全自动检测模块；COD单步手动检测模块；消解时间、检测间隔时间、检测次数等参数设定模块；“看门狗”运作和系统再入模块；光电A/D转换测量模块；滴定终点捕捉模块；检测结果显示打印模块；历史数据查询模块；无线远程通讯模块。
5.结束语
COD在线监测系统在国内多个城市使用取得了良好的效果，得到当地环保部门的肯定和好评。COD在线监测系统采用的是化学分析方法，比较国外采用的物理分析方法，具有诸多的优点；经济、准确、适合多点投放监测、符合中国的国情，作为一种本土的环保监测系统在实际应用中具有较强的实用价值。
参考文献
[1]《水和废水监测分析方法》，国家环保局编，中国环境科学出版社。
[2]《环境工程监测》，蒋展鹏、祝万鹏编，清华大学出版社。
[3] 日《水质测试法》，日本工业用水协会。
作者简介：林建宇（1960.04-），男，副教授，研究方向：软件工程、自动控制技术。