三种水质自动监测仪器的比较

来源：   作者：   发布时间：2009-04-21 19:10    点击数：223

 

三种水质自动监测仪器的比较

1.     题的提出

近年来，随着各级问政府“加强环境监测能力建设”的力度逐步加大，污染物自动监测仪器的市场也随之繁荣起来，各种方法，手段和技术相继涌现。特别是水质的监测有些人士简单地认为TOC是比COD更为优越和先进的方法，由其衍生的产品是COD的替代产品；UV是纯物理方法，其方法的优越性是以取代现有一切化学方法和由其衍生的监测设备。下面就COD、TOC和UV的基本概念、方法原理、适用范围、仪器结构、技术经济和仪器选型等方面进行了对比，

2.概念、原理和适用范围

2-1.化学需氧量（COD）

化学需氧量（COD），是指在强酸并加热条件下，用重铬酸钾作为氧化剂处理水样时所消耗氧化剂的量，以氧的mg/L来表示。化学需氧量反映了水中受还原性物质污染的程度，水中还原性物质包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物、氯化物等。水被有机物污染是很普通的，因此化学需氧量也作为部分有机物相对含量的指标之一，但只能反映能被氧化的有机物污染，不能全部反映多环芳烃、PCB、二英类等的污染状况。那为什么还要将其作为污水排放总量控制指标之一呢，理由是在所有发明的废水测定实验室方法中它是最为廉价的一个。因此它是在精度要求、测定成本、我国环境污染现状等多因素之间折中优化的产物，是这种意义上最好的方法。

2-2.总有机碳（TOC）

总有机碳（TOC），是以碳的含量表示水体中有机物质总量的综合指标。由于一切有机物都含碳元素，加之TOC的标准测定方法采用燃烧法（900℃），因此能将有机物全部氧化，它比BOD或COD更能直接表示有机物的总量，因此常常被用来评价水体中有机物污染的程度。

由于CODcr已被列入到了我国污水排放和总量控制指标，且经过多年努力，在各级监测部门建立了与其相适应的软硬件设施，而TOC的尚未被普遍列为控制指标，因此若将TOC用于排污行业，必须将其换算成CODcr，但这种换算比较困难，除了国家要拿出十分巨额的一笔款项外还要全面系统地重新修订排放标准。这成为TOC用于环境监测和总量控制的难以逾越的困难，尽管它在计算学、无二次污染和测定速度等方面比COD优越。

2-3.紫外吸收光度计（UV计）

利用紫外吸收光度法测定排放污水中的有机物的装置，适合于部分行业的污水排放自动监测。通过紫外吸收仪测定的吸光光度值与CODcr有某种相关关系，即只有在水质组成成分恒定或变化很小的水样，才存在一定的相关关系，此时可通过大量的测定找出两者之间的关系。

该方法的特点是不需要化学试剂，检测速度快，且实时性好到可以作为控制排放废水系统的反馈单元的程度。但它对水质的要求较高，其核心部件比色皿很怕被污染，严重影响了它的适用范围。另外，若将UV计用于排放行业，必须将其换算成CODcr，但这种换算比较困难，原因在于UV测定中需扣除浊度，这样会扣除悬浮物对COD贡献。据国家环保总局在深圳市试点的情况看，有60%的企业排污口适合于使用该方法。但深圳属发达地区，从全国面上估计，应有30%左右的企业可以使用这种仪器。随着污水治理技术的提高其适应面会进一步拓宽。

3.仪器结构和技术经济指标分析和对比

三种仪器按其结构的复杂度从小到大排序，为UV计－COD－TOC。分别对比说明如下：

3-1.UV计

UV计是分光度计的最简单形式，即只有一个254nm波长光度计。与TOC和COD相比，它没有计量和消解部分及关联的试剂添加等子系统。与分光光度计相比，不需要选择波长的分光系统；由于在线要求，需为比色系统提供自动清洗功能。而软件上，需要配备最小二乘法软件包，便于在现场回归出COD和吸光度之间的线性或非线性拟合曲线。其结构上的特点是无需试剂、测定速度快（可做到实时）、不产生二次污染和维护最小。其需要维护的器件包括：

（1）  比色皿。约每半年要拆下人工清洗一下；

（2）  紫外灯。因寿命短，约每年要更换一次；

3-2.COD在线监测仪

COD在线监测仪无沦采用什么方法，其基本结构必须包括计量、消解和测定三个单元。并且围绕这三个单元配备试剂添加系统、水样稀释系统、流路清洗系统、温度控制系统、总体控制系统、通讯系统等。与UV计相比，硬件结构的复杂度明显提高，但软件结构的复杂度较低，对大多数水质，无需配备最小二乘法软件包。化学方面有二次污染和测定速度慢（约半小时）的问题，但测量结果与总量控制要求的计量单位一致或十分接近。设备的维护量较大，主要有：

（1）  每半年要更换一次浓硫酸的泵管；

（2）  每2-4个星期添加一次试剂并重新标定一次仪器；

3-3.TOC在线监测仪

TOC在线监测仪无论采用什么方法，其基本结构也必须包括计量、消解和测定这三个单元及其系统，这点与COD无明显区别，但不同的是：

（1）TOC需要载气系统。该系统包括气—固分离、气—液分离、气—气分离，气压控制、气体流量控制等几个子系统。目的是消除载气空白、干燥气体和稳定流量。其中气—液分离系统和流量控制系统的造价最高。气—液分离系统的复杂程度相当于一个小型冰柜，而流量控制系统的复杂程度相当于一个机电体化的PID闭环控制系统。

（2）TOC需要在线CO₂检测器。它的功能相当于COD的测定单元，但造价却相当于整台COD材料成本。

（3）标准的TOC消解体系采用燃烧法，温度在900℃，其消解单元的设计和制造均要求极高，技术难度大，可靠性难以保证。

（4）国家规定的排放标准（GB8978-1996）中只在个别行业中规定了TOC指标，如果用于常规污染源、环境监测和总量控制，TOC值必须换算成CODcr值。由于TOC和CODcr在水样的消解率方面均与水样的组分相关，无法从理论上建立确定的换算关系。因此，在软件上必须配备一个最小二乘法软件包，根据现场不同的水样，回归出TOC和CODcr之间特定的换算关系。因此，与上述UV计和COD监测仪相比，TOC监测仪的复杂度和造价最高。从理论上讲，其可靠性设计的难度将数量级地升高。但它对有机物的计量准确，测定速度较COD快半个数量级（约在3-15分钟之间），在维护量方面，基本与COD一样，主要有：

（1）　每2-4个星期添加一次试剂并重新标定一次仪器；

（2）　定期更换空气过滤和二氧化碳吸附料。

4.仪器的选型

在欧洲、美国和日本等发达国家，这类仪器的选型一般是由仪器的买家向仪器供应商提供现场水样和资料供其化验和分析。供应商的分析化学工程师根据实验结果确定哪种消解和测定方法最为有效和稳定，同时考虑化学干扰和掩蔽方法。在此基础上综合出经济有效仪器单元组合和指标。如：有些水质适合于TOC湿法，而有些适合采用COD的重铬酸钾库仑测定法，而另一些适合UV法等等。

买家在仪器选型阶段，一般应向供应商提供以下资料：

（1）  COD值或TOC值的波动范围；

（2）  污染物组分的主要类型和企业所属行业；

（3）  干扰物质的成分和波动范围；

（4）  水质的色度和浊度的波动范围（若没有数据，可用水样代替说明）；

（5）  其他特殊情况。

一般而言，若水质的状况均能用TOC、COD和UV计测定，仪器选型应按如下测重排序：

1、从可靠性和成本的角度，应首选UV计，其次是COD，最后是TOC；

2、从达标排放、排污收费和总量控制的角度，应首选CODcr，其次是UV计，最后是TOC；

3、从控制废水排放和工业控制的角度，应首选UV计，其次是TOC，最后是COD；

4、从有机污染物总量精确计量的角度，应首选TOC，其次是COD，最后是UV计。在选用

TOC和UV计时，应特别注意与COD的相关性，若相关系数低时，应考虑为客户量身订做测试软

件.

             

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