专利名称：光谱法非接触cod/doc水质在线监测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于环境监测技术与分析、光学技术，具体是一种光谱法COD/DOC水质在线监测方法及装置。
背景技术：
化学需氧量简称COD，溶解有机碳简称DOC，是衡量污水排放的重要指标。实验室一般采用重铬酸钾法，就是在强酸性溶液中，加入一定量的重铬酸钾作氧化剂，在专用复合催化剂下，氧化水中的有机物，从而测量出水中的COD值。这种方法因为对污水进行酸处理，要加入化学试剂，给水质带来了二次污染，而且反应时间长，不能做到在线实时监测。国外开展的水体光谱监测快速方法，代表水样分析向光谱法技术发展的趋势。对于监测光谱分析往往可以省去采样系统化学前处理过程，仪器结构简洁。但是现有的COD光谱法一般都将水样采到样品池内进行测量。在水样分析时需要加入化学试剂和经常要清洗样品池，尤其在国内水污染严重的环境，由于样品池窗片接触污水，污染特别严重，作为在线监测仪器根本无法长期稳定工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种光谱法非接触COD/DOC水质在线监测方法及装置，利用光束穿过自由落体水流，测量穿过水流后可见光和紫外光的吸光度，并通过可见光和紫外光吸光度的差值反演出水中COD的值。实现非接触光谱法测量水体中COD/DOC值。无需水样预处理、无需化学试剂消耗、无需经常清洗、从而成为真正的水质COD/DOC在线监测仪器。
光谱法非接触COD/DOC水质在线监测方法，其特征在于紫外滤光片(2)和可见滤光片(3)安装在一个调制盘(12)上，由步进电机来控制，并由光耦定位，从低压汞灯光源(1)发出的光通过旋转的调制盘(12)上的紫外滤光片(2)或可见滤光片(3)，经滤光片(2)或(3)出来的光通过45°分束片(5)分成两路光束，其中一路作为参考光路反射折向90°方向，通过反射镜(6)和(10)，分束片(9)到光电倍增管(11)；另一路作为测量光路透射后经调制盘(7)，通过匀速稳定的待测水帘(8)，透过分束片(9)被光电倍增管(11)接收，调制盘(7)由步进电机控制，光耦定位，分别控制测量光路及参考光路的通过与闭合，当光源(1)通过紫外滤光片(2)时，测量光路通过被测水帘，透过的光强与参考光路的光强作运算就可以得出水样的紫外吸光度；当光源(1)通过可见滤光片(3)时，同样可以得出水样的可见吸光度。通过测得的吸光度数据，就可计算得出水质的COD/DOC含量。
所述的水帘是两端为平面的落体水流。
光谱法非接触COD/DOC水质在线监测装置，其特征在于光路中依次设有低压汞灯光源(1)，调制盘(12)，调制盘(12)上安装有紫外滤光片(2)和可见滤光片(3)，调制盘(12)由步进电机来控制，并由光耦定位；调制盘(12)后安装有45度角的分束片(5)，分束片(5)后安装的调制盘(7)，调制盘(7)上有通光缺口，调制盘(7)后边安装有135度夹角分束片(9)，分束片(9)后安装有接收光信号的光电倍增管(11)；在分束片(5)下方安装有45度反射镜(6)，反射镜(6)后安装有135度反射镜(10)。
单光源、单探测器构成的双光路检测系统，不但消除光源强度起伏的影响，而且不必进行了探测器一致性以及温度特性的校准。光谱法非接触COD和DOC水质在线监测方法及装置无需水样预处理、无需化学试剂，避免了水体的二次污染，节约成本。无需使用样品池，避免了样品池的镜片污染，无需经常清洗，能够在污染源长期实时在线监测。并可以根据不同污染浓度选取不同的出水喷嘴宽度。在监测COD和DOC两种污染指标的同时，可以监测水质的浊度指标。
图1是本发明光路原理图。
图2是本发明产生水帘的水喷嘴剖视结构图。
图3是调制盘在开始测量时的状态示意图。
图4是调制盘在结束测量时的状态示意图。
本发明光路原理图如图1所示。由低压汞灯光源(1)发出的光通过调制盘(12)上的紫外滤光片(2)或可见滤光片(3)，滤光片的转换是通过步进电机带动调制盘(12)来控制的，并由光耦定位。经滤光片(2)或(3)出来的光通过45°分束片(5)分成两路光束，参考一路反射折向90°方向，测量光路透射后经调制盘(7)，通过匀速稳定的待测水帘(8)，透过分束片(9)被光电倍增管(11)接收。调制盘(7)由步进电机控制，光耦定位，分别控制测量光路及参考光路的通过与闭合。参考光路，通过反射镜(6)和(10)，分束片(9)到光电倍增管(11)。当光源(1)通过紫外滤光片(2)时，测量光路通过被测水帘，透过的光强与参考光路的光强作运算就可以得出水样的紫外吸光度。当光源(1)通过可见滤光片(3)时，同样可以得出水样的可见吸光度。
在测定有机物的紫外吸收时，水体中悬浮颗粒物的散射消光效应也同时被探测器接收，采用旋转滤光片，分时监测紫外(254nm)吸收，以及包含有机污染物和悬浮颗粒物的可见光(435nm)吸收，通过数学运算消除悬浮颗粒物的散射影响。
由于有机物对紫外光的吸收比较大，在COD浓度比较高的地方，紫外的吸光度会达到饱和状态。可以适当的减小光通过水帘(8)的厚度。从而可以满足不同污染浓度污水的测量。
经过多次试验，研制出了匀速出水的水喷嘴(见图2)，使得落体水流的两端面为平面，即水帘的厚度一致，水流均匀，这样对测量光路的散射影响很小。
水喷嘴的上端为进水段，下端为收缩段，水从下端流出，下端口为长方形，水帘也形成为长方形。如果进入水喷嘴的水流湍流度比较高，则可以在水流在进入在收缩段之前，经过一个有蜂窝器、阻尼网等整流装置的稳定段，使水流变得均匀，湍流度大大降低，以保证试验段的水流均匀。
图3、图4表示调制盘与光耦定位的工作原理。如图3所示，带缺口的调制盘旋转到开始测量的位置，测量光路开始工作，参考光路被调制盘遮挡；当调制盘转到结束测量的位置时，如图4所示。本发明中调制盘(12)、(7)工作原理相同。
权利要求
1.光谱法非接触COD/DOC水质在线监测方法，其特征在于紫外滤光片(2)和可见滤光片(3)安装在一个调制盘(12)上，由步进电机来控制，并由光耦定位，从低压汞灯光源(1)发出的光通过旋转的调制盘(12)上的紫外滤光片(2)或可见滤光片(3)，经滤光片(2)或(3)出来的光通过45°分束片(5)分成两路光束，其中一路作为参考光路反射折向90°方向，通过反射镜(6)和(10)，分束片(9)到光电倍增管(11)；另一路作为测量光路透射后经调制盘(7)，通过匀速稳定的待测水帘(8)，透过分束片(9)被光电倍增管(11)接收，调制盘(7)由步进电机控制，光耦定位，分别控制测量光路及参考光路的通过与闭合，当光源(1)通过紫外滤光片(2)时，测量光路通过被测水帘，透过的光强与参考光路的光强作运算就可以得出水样的紫外吸光度；当光源(1)通过可见滤光片(3)时，同样可以得出水样的可见吸光度；通过测得的吸光度数据，就可计算得出水质的COD/DOC含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的水帘是两端为平面的落体水流。
3.光谱法非接触COD/DOC水质在线监测装置，其特征在于光路中依次设有低压汞灯光源(1)，调制盘(12)，调制盘(12)上安装有紫外滤光片(2)和可见滤光片(3)，调制盘(12)由步进电机来控制，并由光耦定位；调制盘(12)后安装有45度角的分束片(5)，分束片(5)后安装的调制盘(7)，调制盘(7)上有通光缺口，调制盘(7)后边安装有135度夹角分束片(9)，分束片(9)后安装有接收光信号的光电倍增管(11)；在分束片(5)下方安装有45度反射镜(6)，反射镜(6)后安装有135度反射镜(10)。
全文摘要
本发明公开了一种光谱法非接触COD/DOC水质在线监测方法及装置，光路中依次设有低压汞灯光源，调制盘，紫外滤光片和可见滤光片，分束片、光电倍增管。利用光束穿过自由落体水流，测量穿过水流后可见光和紫外光的吸光度，并通过可见光和紫外光吸光度的差值反演出水中COD的值。实现非接触光谱法测量水体中COD/DOC值。无需水样预处理、无需化学试剂消耗、无需经常清洗、从而成为真正的水质COD/DOC在线监测仪器。
文档编号G01N21/31GK1683921SQ20051003833
公开日2005年10月19日 申请日期2005年2月5日 优先权日2005年2月5日
发明者陈军, 王亚萍, 刘文清, 刘建国, 连翠华, 陆钒, 胡学明, 曾宗泳, 魏庆农, 陆亦怀, 方武 申请人:中国科学院安徽光学精密机械研究所