申请日2013.07.18
公开(公告)日2013.09.25
IPC分类号G01N27/06
摘要
本发明涉及一种有机废水快速自动检测仪器及检测方法，特点是：它包括自动进样器、载气单元、IC磷酸酸化反应器、自动转换器、OC燃烧催化氧化反应器、干扰消除器、二氧化碳检测器、数据处理器，其中，自动进样器上接有待测水样采集管道，自动进样器与IC磷酸酸化反应器连接，IC磷酸酸化反应器分别与载气单元、自动转换器连接，自动转换器与OC燃烧催化氧化反应器连接，自动转换器还与干扰消除器连接，干扰消除器与二氧化碳检测器连接，二氧化碳检测器连接数据处理器，自动进样器、自动转换器、二氧化碳检测器、数据处理器分别通过电缆与电气控制装置连接，利用本发明可以分别测定总碳、无机碳、总有机碳，从而实现各行业排放有机废水的自动快速测定，具有检出率高、成本低、测量范围宽、使用方便等优点，可进行实验室测定和车载流动测定，非常值得推广。
权利要求书
1.一种有机废水快速自动检测仪器，其特征是：它包括自动进样器(1)、载气单元(2)、IC磷酸酸化反应器(3)、自动转换器(4)、OC燃烧催化氧化反应器(5)、干扰消除器(6)、二氧化碳检测器(7)、数据处理器(8)，其中，自动进样器(1)上接有待测水样采集管道(10)，自动进样器(1)通过管路与IC磷酸酸化反应器(3)连接，IC磷酸酸化反应器(3)还通过管路分别与载气单元(2)、自动转换器(4)连接，自动转换器(4)上通过管路与OC燃烧催化氧化反应器(5)连接，自动转换器(4)的输出端与干扰消除器(6)连接，干扰消除器(6)的另一端与二氧化碳检测器(7)连接，二氧化碳检测器(7)连接数据处理器(8)，自动进样器(1)、自动转换器(4)、二氧化碳检测器(7)、数据处理器(8)分别通过电缆与电气控制装置连接。
2.根据权利要求1所述的有机废水快速自动检测仪器，其特征是：所述IC磷酸酸化反应器(3)内设有进样头(39)和磷酸酸化反应柱(35)，在进样头(39)处设有与载气单元(2)连接的载气进气管道(32)，进样头(39)与磷酸酸化反应柱(35)之间设有砂芯过滤器(34)，在磷酸酸化反应柱(35)上设有150℃恒温器(36)。
3.根据权利要求1所述的有机废水快速自动检测仪器，其特征是：载气单元(2)包括通过管路依次连接的气泵(20)、有机气体吸收器(21)、空气二氧化碳消除器(22)、流量计(23)及载气输出管道(29)，载气输出管道(29)与IC磷酸酸化反应器(3)的载气进气管道(32)连接。
4.根据权利要求1所述的有机废水快速自动检测仪器，其特征是：所述的自动转换器(4)包括三通电磁阀(41)和三通电磁阀(42)，所述两个三通电磁阀的常开端通过管路相互连通，两个三通电磁阀的常闭端之间通过管路连接OC燃烧催化氧化反应器(5)，两个三通电磁阀的公共端一个与IC磷酸酸化反应器(3)连接，另一个与干扰消除器(6)连接。
5.根据权利要求1所述的有机废水快速自动检测仪器，其特征是：所述的自动转换器(4)包括常开二通电磁阀(44)、常闭二通电磁阀(45)、常闭二通电磁阀(46)，常开二通电磁阀(44)的两端通过管路分别与IC磷酸酸化反应器(3)、干扰消除器(6)连接，常闭二通电磁阀(45)与常闭二通电磁阀(46)之间通过管路连接OC燃烧催化氧化反应器(5)，常闭二通电磁阀(45)及常闭二通电磁阀(46)的另一端通过管路分别与IC磷酸酸化反应器(3)、干扰消除器(6)连接。
6.根据权利要求1所述的有机废水快速自动检测仪器，其特征是：所述的OC燃烧催化氧化反应器(5)包括催化剂氧化反应柱(53)，在催化剂氧化反应柱(53)上设有980℃恒温器(54)。
7.根据权利要求1所述的有机废水快速自动检测仪器，其特征是：所述的二氧化碳检测器(7)包括电导池(712)，电导池(712)上设有电导电极(710)、电导控制器(711)、空气二氧化碳隔离器(716)，在电导池(712)的一端还设有自动转换阀(717)，在自动转换阀(717)上连接有NaOH电导液注射泵(714)、测定废液排放管道(715)，在自动转换阀(717)的一端通过管路与干扰消除器(6)连接。
8.根据权利要求7所述的有机废水快速自动检测仪器，其特征是：所述自动转换阀(717)包括三通电磁阀(72)和三通电磁阀(73)，三通电磁阀(72)的常闭端通过管路与干扰消除器(6)连接，三通电磁阀(72)的公共端与电导池(712)连接，三通电磁阀(72)的常开端与三通电磁阀(73)的公共端连接，三通电磁阀(73)的常闭端与测定废液排放管道(715)连接，三通电磁阀(73)的常开端与NaOH电导液注射泵(714)连接。
9.一种利用权利要求1所述检测仪器进行的检测方法，其步骤是，
(1)待测水样预处理，过滤滤除50μm以上的杂质;
(2)待测水样清洗采集管道;
(3)将待测水样注入IC磷酸酸化反应器，水样首先转变成水蒸气，水蒸气中的无机碳在IC磷酸酸化反应器内发生酸化反应，反应式如下：
;
(4)上述(3)步骤的反应气在载气的带动下进入OC燃烧催化氧化反应器，反应气中的有机物发生如下反应：
;
(5)上述(4)步骤的反应气送入干扰消除器，清除干扰气体后，只留有CO2气体与载气进入二氧化碳检测器，进入电导池的载气通过空气二氧化碳隔离器排出，CO2气体与NaOH电导液发生如下反应：
2NaOH +CO2 → Na2CO3 + H2O
反应前的电导：
L1 = C/1000Q (λNa+ +λOH_)
吸收CO2后的电导：
L2 = C/1000Q(λNa+ +λOH_ _ x%λOH_ + x%CO32-)
电导的变化：
△L =L1 - L2=(C/1000)x%(λOH_ - λCO32-)
=(C/1000)(λOH_ - λCO32-) ;
(6)总碳含量的数据处理：二氧化碳检测器中的检测信号传送到数据处理器，通过对△L的测定，得到待测水样中的总碳含量;
(7)重复上述(3)至(6)步骤;
(8)无机碳的测定：重复上述(3)步骤，然后将(3)步骤的反应气通过自动转换器直接送入干扰消除器，重复(5)步骤;
(9)无机碳含量的数据处理：二氧化碳检测器中的检测信号传送到数据处理器，通过对△L的测定，得到待测水样中的无机碳含量;
(10)通过数据处理器计算得出总有机碳含量。
说明书
有机废水快速自动检测仪器及检测方法
技术领域
本发明涉及一种水质分析仪器，尤其涉及一种高检出率、低成本的有机废水快速自动检测仪器及检测方法。
背景技术
有机污染(Organic Pollution)是中国最主要的水环境污染源，也是中国第一位水污染物总量控制项目和减排项目。对于水中有机物含量的测定，最早的方法是生物化学需氧量(Biochemical Oxygen Demand简称BOD)，它的测定需要100多天才能够完成，常以5天的测定值BOD5表示。BOD的检出率(实测值与理论值相比的百分数)较低，苯、二乙基醚为0%，甲苯只有1%，39种有机化合物的平均检出率近47%。之后发明的化学需氧量(Chemical Oxygen Demand简称COD)的测定时间较短，只需2小时就可以完成。COD的测定依据采用的氧化剂不同分为重铬酸钾法(CODCr)和高锰酸钾法(CODMn)。CODCr的检出率较高，44种有机化合物的平均检出率超过88%，但所使用的氧化剂、掩蔽剂中的铬和汞对环境的污染严重;CODMn的测定废液对环境污染较少，但41种有机化合物的平均检出率不到23.8%，其中硬脂酸、酮、苯、纤维素均为0%，丁酮、醚、甲苯、丙氨酸不到1%，17种有机化合物的检出率不超过4%，是基于未完全氧化的方法。
总有机碳(Total Organic Carbon简称TOC)的测定时间更短、检出率更高，TOC的氧化方法分湿法和干法，湿法常用的紫外/过硫酸盐氧化法，检出时间20分钟左右，检出率略高于CODCr;干法氧化测定一次的时间只需2~3分钟，检出率更高，76种有机化合物的平均检出率超过97%。目前国内外市场上的TOC分析仪结构复杂、价格高、易损件多且贵、维护费多，还不能小型化、不能便携式现场检测。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、性能可靠、检出率高、成本低的有机废水快速自动检测仪器及检测方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种有机废水快速自动检测仪器，特点是：它包括自动进样器、载气单元、IC磷酸酸化反应器、自动转换器、OC燃烧催化氧化反应器、干扰消除器、二氧化碳检测器、数据处理器，其中，自动进样器上接有待测水样采集管道，自动进样器通过管路与IC磷酸酸化反应器连接，IC磷酸酸化反应器还通过管路分别与载气单元、自动转换器连接，自动转换器上通过管路与OC燃烧催化氧化反应器连接，自动转换器的输出端与干扰消除器连接，干扰消除器的另一端与二氧化碳检测器连接，二氧化碳检测器连接数据处理器，自动进样器、自动转换器、二氧化碳检测器、数据处理器分别通过电缆与电气控制装置连接。
所述IC磷酸酸化反应器内设有进样头和磷酸酸化反应柱，在进样头处设有与载气单元连接的载气进气管道，进样头与磷酸酸化反应柱之间设有砂芯过滤器，在磷酸酸化反应柱上设有150℃恒温器。
所述载气单元包括通过管路依次连接的气泵、有机气体吸收器、空气二氧化碳消除器、流量计及载气输出管道，载气输出管道与IC磷酸酸化反应器的载气进气管道连接。
所述的自动转换器是包括两个三通电磁阀的组合结构，所述两个三通电磁阀的常开端通过管路相互连通，两个三通电磁阀的常闭端之间通过管路连接OC燃烧催化氧化反应器，两个三通电磁阀的公共端一个与IC磷酸酸化反应器连接，另一个与干扰消除器连接。
所述的自动转换器还可以是一个常开二通电磁阀和两个常闭二通电磁阀的组合结构，常开二通电磁阀的两端通过管路分别与IC磷酸酸化反应器、干扰消除器连接，两个常闭二通电磁阀之间通过管路连接OC燃烧催化氧化反应器，两个常闭二通电磁阀的另一端通过管路分别与IC磷酸酸化反应器、干扰消除器连接。
所述的OC燃烧催化氧化反应器包括催化剂氧化反应柱，在催化剂氧化反应柱上设有980℃恒温器。
所述的二氧化碳检测器包括电导池，电导池上设有电导电极、电导控制器、空气二氧化碳隔离器，在电导池的另一端还设有自动转换阀，在自动转换阀上连接有NaOH电导液注射泵、测定废液排放管道，在自动转换阀的一端通过管路与干扰消除器连接。
上述二氧化碳检测器中的自动转换阀可以是包括两个三通电磁阀的组合结构，其中第一个三通电磁阀的常闭端通过管路与干扰消除器连接，其公共端与电导池连接，其常开端与第二个三通电磁阀的公共端连接，第二个三通电磁阀的常闭端与测定废液排放管道连接，第二个三通电磁阀的常开端与NaOH电导液注射泵连接。
一种利用上述检测仪器进行有机废水的检测方法，其步骤是，
(1)待测水样预处理，过滤滤除50μm以上的杂质;
(2)待测水样清洗采集管道;
(3)将待测水样注入IC磷酸酸化反应器，水样首先转变成水蒸气，水蒸气中的无机碳在IC磷酸酸化反应器内发生酸化反应，反应式如下：
;
(4)上述(3)步骤的反应气在载气的带动下进入OC燃烧催化氧化反应器，反应气中的有机物发生如下反应：
;
(5)上述(4)步骤的反应气送入干扰消除器，清除干扰测定的NO2、P2O5、SO2、XO多余气体后，只留有CO2气体与载气进入二氧化碳检测器，进入电导池的载气通过空气二氧化碳隔离器排出，CO2气体与NaOH电导液发生如下反应：
2NaOH +CO2 → Na2CO3 + H2O
反应前的电导：
L1 = C/1000Q (λNa+ +λOH_)
吸收CO2后的电导：
L2 = C/1000Q(λNa+ +λOH_ _ x%λOH_ + x%CO32-)
电导的变化：
△L =L1 - L2=(C/1000)x%(λOH_ - λCO32-)
=(C/1000)(λOH_ - λCO32-) ;
(6)总碳含量的数据处理：二氧化碳检测器中的检测信号传送到数据处理器，通过对△L的测定，得到待测水样中的总碳含量;
(7)重复上述(3)至(6)步骤;
(8)无机碳的测定：重复上述(3)步骤，然后将(3)步骤的反应气通过自动转换器直接送入干扰消除器，重复(5)步骤;
(9)无机碳含量的数据处理：二氧化碳检测器中的检测信号传送到数据处理器，通过对△L的测定，得到待测水样中的无机碳含量;
(10)通过数据处理器计算得出总有机碳含量。
与已有技术相比较，本发明具有结构更简单、成本更低、自动化程度更高、操作更方便、干扰少、性能可靠等优点，利用本发明可以自动进样、计算，分别测定、显示、传递水中的总碳(TC)，无机碳(IC)、总有机碳(TOC)浓度，从而实现有机废水、生活污水、医疗废水、地表水等水中总有机碳的高检出率及低成本的快速测定，测量范围宽，使用方便，既可以进行试验室优良环境中的测定，也可以在检测车上进行流动式测定，非常值得推广。
