浅谈TOC、COD在线监测仪的基本原理及其运营维护

黄 河 水 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）0黄 河 水 利 职 业 技 术 学 院毕业论文（设计）报告题目：浅谈 TOC、COD 在线监测仪的基本原理及其运营维护学 生：指导教师：专 业：环境监测与治理技术2012 年 12 月 13 日黄 河 水 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）1黄河水利职业技术学院学生毕业设计指导教师意见设计课题：浅谈 TOC、COD 在线监测仪的基本原理及其运营维护指导教师意见：是否同意参加答辩：同意（） 不同意（）指导教师签名： 黄 河 水 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）2摘 要本文主要论述 COD、TOC 在线监测仪在水质监测中的监测原理及其运营维护，并针对 KT-08 型 COD 和 4100 型 TOC 在线监测仪加以实际说明，就其在水质监测中存在的不足和及其应对措施展开讨论。关键字：TOC、COD、在线监测仪黄 河 水 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）3目 录第 1 章 绪 论 .4第 2 章 在线监测系统的构成 .52.1 在线监 测系统简介 .52.2 水质在线监测系统的组成 .52.3 水质在线监测系统 中的数据 采集与传输单元 .72.4 水质在线监测系统中的监控中心 .82.5 水质在线监测系统的发展历程 .82.6 水质在线监测系 统的特点 .102.7 线监测站点的设置: .112.8 线监测点的分布特点 .11第 3 章 COD 在线监测原理及运营维护 .123.1 COD 现行测定方法 .123.2 COD 在线监测方法 .133.3 KT-08 型 COD 在线监测性能特点 .163.4 KT-08 型 COD 在线监测仪的运营维护 .16第 4 章 TOC 在线测定原理及运营维护 .184.1 TOC 现行测定原理 .184.2 TOC-4100 在线监测仪监测方法 .194.3 TOC-4100 技术特点 .224.4 TOC-4100 在线监测仪的性能特点 .224.5 TOC 在线监测仪的运营维护 .23第 5 章 现行在线监测的现状 .255.1 现行在线监测的现状 .255.2 现行在线监测的改进方案 .26第 6 章 总结与展望 .27致谢 .29参考文献 .30黄 河 水 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）4第 1 章 绪 论水是人类赖以生存的重要物质之一,在经济高速发展的今天，由于人类的生活和生产活动, 将大量未经处理的工业废水、生活污水、农业回流水及其他废弃物直接排入环境水体, 造成水资源污染,水质恶化, 使淡水资源更加短缺, 也使人们意识到监测水体污染的重要性。水体中除无机污染物外, 更多的是有机污染物, 它们以毒性和使水中溶解氧减少的形式对生态系统产生影响, 危害人体健康。所以有机污染物指标是评价水体污染状况的极其重要的指标之一, 而化学需氧量( COD ) 、总有机碳（TOC）则是表征有机物质含量的重要指标。面对污染形势严峻环境，国家环保部制定的排污标准也日趋严格，并对一些污水排放单位提出了更高的要求。传统的水质监测方法多是人工在某些断面定时定点取样，然后将样品带回实验室分析，造成监测频次低、采样误差大、监测数据不准确，不能及时反映污水水质状况，影响环境管理的科学决策和执法的严肃性。面对多样化的污水监测，这种传统的测定方式难以保证所测数据的准确性和时效性。因此必须采用自动化、信息化、科学化的高科技手段，建立在线监测系统，为环境管理、环境安全提供技术支持。早在20世纪80年代后期，国际水协会就提出了ICA（仪器化）技术的概念。ICA技术的首要条件是仪器化，即运用检测仪器实行对所需信息的自动采集，而准确及时的信息是实现自动控制的基础。近年来随着仪表仪器的发展，大量有关水、污水和污泥的化学与物理参数可连续或准确连续的进行监测。不仅如此，还可以运用已有的传感器和分析仪对总有机碳、化学需氧量、氨氮、溶解氧、六价铬、浊度、温度、电导率等流速或液位的测定。在线监测仪采用控制化理论和自动化技术，从而确保了数据的及时速性、延续性、精确性。目前，在线监测仪器已广泛应用于污水处理厂及各种污水排放单位污水排放的实际监测，为各种污水处理设施的运营提供了强有力的工具，提高了监测效率。本论文主要论述 COD、TOC 在线监测仪在污水处理过程的监测原理及其运营维护进行实际说明，并针对其存在的不足展开讨论。黄 河 水 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）5第 2 章 在线监测系统的构成2.1 在线监测系统简介水质污染在线监测系统是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通信网络组成的一个综合性的在线自动监测体系。在线监测可尽早发现水质的异常变化，为防止下游水质污染迅速做出预警预报，及时追踪污染源，从而为管理决策服务。水质自动监测在国外起步较早，我国在水质自动监测、移动快速分析等预警预报体系建设方面尚处于探索阶段。1998 年以来，我国已先后在七大水系的 10 个重点流域建成了 100 个国家地表水水质自动监测站，各地方根据环境管理需要，也陆续建立了 400 多个地方级地表水水质自动监测站，实现了水质自动监测周报。目前国所用的自动化监测系统多为国外进口设备，水质自动化监测装置在制造上已不能满足快速发展的水质监测的需要，因此，国产化自动监测仪有广阔的开发前景和潜在的销售市场。线监测系统可以实现监测自动化、实现水污染的预警预报，对于防止污染事件的进一步发展可起到至关重要的作用；线监测系统还可以实现水质信息的在线查询和共享，可快速为领导决策提供科学依据。2.2 水质在线监测系统的组成水质在线监测系统由采样单元、分析测试单元（监测仪器） 、数据采集与传输单元、监控中心四部分组成。它能连续、及时、准确地监测排污口各监测参数及其变化状况；控制中心室可随时取得各子站的实时监测数据，统计、处理监测数据，可打印输出日、周、月、季、年平均数据以及日、周、月、季、年最大值、最小值等各种监测、统计报告及图表（棒状图、曲线图、多轨迹图、对比图等） ，并可输入中心数据库或上网。收集并可长期存储指定的监测数据及各种运行资料、环境资料备检索。系统具有监测项目超标及子站状态信号显示、报警功能；自动运行，停电保护、来电自动恢复功能；维护检修状态测试，便于例行维修和应急故障处理。污染源在线监测系统是环保监测与环境预警的信黄 河 水 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）6息平台。在线监测系统采用先进的无线网络，涵盖水质监测、烟气自动监测（CEMS） 、空气质量监测、以及视频监测等多种环境在线监测应用；系统以污染源在线监测为基础，充分贯彻总量管理、总量控制的原则，包含了环境监理信息系统的许多重要功能，充分满足各级环保部门环境信息网络的建设要求，支持各级环保部门的环境监理与环境监测工作，满足不同层级用户的管理需求。目前，应用比较多的是水质 COD、NH 3-N、TOC、 TN、TP、五参数、UV 等在线监测系统。2.2.1采样单元目前大多数采用自吸泵或潜水泵方式采样，建议采用 1020 目的金属筛网阻隔，避免漂浮物堵塞采样口。自吸泵扬程应保证大于实际采样高度的 2 倍。采用潜水泵采样的系统，应保证潜水泵在液位变化情况下能正常工作。图 2-1 是河南新兴环境科技有限公司在测皮革废水时采用的采样单元。 图 2-1 水质采样单元 2.2.2在线监测仪器（1）COD 在线监测仪器根据氧化方式不同，可将 COD 在线监测系统分为两大类，即采用重铬酸钾氧化和非重铬酸钾氧化方式。重铬酸钾氧化方式可分为重铬酸钾消解-光度测量法，重铬酸钾消解-库仑滴定法、重铬酸钾消解-氧化还原滴定法。非重铬酸钾氧化方式可分为臭氧（混合氧化剂）氧化-电化学测量法羟基氧化-电化学测量法。（2）NH 3-N 在线监测仪器NH3-N 在线监测仪可分为滴定法、比色法、铵离子选择电极法、氨气敏电极法、电导法等方法。（3）TOC 在线监测仪器按原理不同，可将 TOC 在线监测仪器分为燃烧氧化-红外吸收法、紫外催化氧化- 红外吸收法和电导法。黄 河 水 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）72.3 水质在线监测中的数据采集与传输单元数据采集传输仪通常采用单片机、可编程控制器或工控机方式，不论哪种方式，通讯协议应全国统一，以方便仪器连接通讯。数据传输方式可采用电话线、GPRS、GSM、局域网、无线电台等多种方式。右图是新兴公司采用的数采仪实物图（2-2） 。2.3.1 程序整体的运行目录架构： 图 2-2 数采仪实物图 run|- bin| |- codecs| | |- qcncodecs.dll| |- sqldrivers| | |- qsqlite4.dll / sqlite 数据库插件| |- rdbserver.exe / 实时库服务| |- rdbmonitor.exe / 实时库监视界面| |- hj212server.exe / 212 规约上传服务| |- source.dll / 采集程序开发库| |- xeditor.exe / H9000 配置文件编辑器| |- QtCore4.dll / Qt 核心库| |- QtGui4.dll / Qt 界面库| |- QtXml4.dll / Qt 解析 XML 库| |- QtNetwork4.dll / Qt 网络通讯库| |- QtSql4.dll / Qt 数据库接口库| |- msvcp90.dll / VC2008| |- iceutil.dll / 通讯平台库| |- bzip2.dll / 通讯平台使用的压缩库| |- xxx.exe / 实际接口程序|- ini| |- rdbserver.xml / 实时库配置文件| |- rdbmonitor.xml / 实时库监视界面配置文件|- log| |- xxx.log / 实际接口程序输出日志|- data| |- hisdata.dat / 数据库文件|- source| |- source.lib / 采集程序接口库文件| |- SourceTest / 采集程序例子|- doc| |- 数采仪使用说明.doc黄 河 水 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）82.4 水质在线监测中的监控中心监控中心的主要作用就是接收、汇总、统计各污染源的监测数据。表1-1 部分新兴公司监测中心在星星皮革和宏达化工COD检测记录单位 日期 空白/ml 滴定量/ml 测量结果/(mg/l)1.25 24.5 22.84 6724.5 22.94 63.22.28 24.5 22.67 7424.5 22.92 643.22 24.5 22.42 8424.5 22.62 764.28 24.5 23.36 46.224.5 23.16 54.15.23 24.5 22.42 84.124.5 22.65 74.66.23 24.5 23.34 46.724.5 22.94 63.27.25 24.5 22.66 74.2星星皮革24.5 22.56 78.31.21 24.5 23.24 5124.5 23.21 522.25 24.5 23.26 50.124.5 23.26 50.23.28 24.5 23.29 4924.5 23.26 504.20 24.5 23.01 60.324.5 23.00 60.45.23 24.5 23.71 3224.5 23.71 326.23 24.5 23.73 3124.5 23.76 307.28 24.5 22.77 70宏达化工24.5 22.76 70.22.5 水质在线监测系统的发展历程目前在我国生产销售水质在线监测系统的厂商约有 50 家，通过认证的厂家有 30 多家。我国水质在线监测系统经过十几年的发展，从技术引进吸收到拥有黄 河 水 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）9自主产权的专利产品，从半自动化发展到信息化，从作坊形式发展为监测专用仪器的支柱产业之一，涌现出一批技术精良、服务周到、规模较大的龙头企业，纵观水质在线监测系统的发展历程，大致可以分为以下三个阶段。2.5.1 初期阶段1996 年，国家环保局发布的排污口规范化整治技术要求(试行)中规定：列入重点整治的污水排放口应安装流量计；一般污水排污口可安装三角堰、矩形堰、测流槽等测流装置或其他计量装置。全国规范化的排污口开始安装流量计和采样器，这可称为最初的在线监测系统。自上世纪 90 年代初到 2001 年，国产水质 COD 在线监测仪器开始问世，主要生产企业有：北京环科环保技术公司、南京德林环保仪器有限公司、兰州炼化环保科技有限公司、河北先河科技发展有限公司、山东省恒大环保有限公司、广州怡文科技有限公司等，在重点省份、重点行业开始推广应用，为国产 COD 在线监测系统奠定了基石。此阶段的特点可归纳为以下几点：（1）产品较单一最初排污现场仅安装流量计、采样器和水质 COD 在线监测仪器，因此，根据行业发展需求，各公司推出了自己的产品，但基本都是采用重铬酸钾氧化原理的 COD 在线监测仪器。（2）生产规模小受市场需求制约以及环境管理对在线