Analyseur automatique de la qualité de l'eau COD: principe de fonctionnement et application technique

　　Résumé

La demande chimique en oxygène (DCO) est un indicateur clé du degré de pollution d'un plan d'eau par des substances réductrices, reflétant en particulier la teneur en matière organique de l'eau.Analyseur automatique de la qualité de l'eau CODEn tant qu '« oreille» du réseau de surveillance de l'environnement, une surveillance précise, continue et en temps réel de l'état de la qualité de l'eau est réalisée. Cet article explique le système de l'analyseur automatique CODPrincipe de fonctionnement de baseAnalyse comparative cibléeDissociation du Dichromate de potassium - méthode photométriqueetMéthode d'absorption UV UVLes avantages et les inconvénients des deux principales voies technologiques ont été explorés en détail dans les domaines de la surveillance des sources de pollution, de l'alerte précoce des eaux de surface, du contrôle des processus de traitement des eaux usées, etc.Applications techniques.enfin, l’article anticipe les tendances de développement de cette technologie, en soulignant la direction vers l’intelligence, la miniaturisation et l’intégration multiparamétrique.

　　I. Introduction: pourquoi la surveillance automatique de la DCO est - elle nécessaire?

Les méthodes traditionnelles de détection de DCO en laboratoire (par exemple, la méthode des étalons nationaux), bien que très précises, présentent les inconvénients de prendre du temps (2 heures), d'être lourdes à utiliser, de consommer beaucoup de réactifs et de ne pas avoir accès aux données en temps réel. Avec la rigueur croissante des exigences en matière de protection de l'environnement et le besoin croissant de raffinement de la gestion environnementale de l'eau,Surveillance automatique en ligneDevenir un choix inévitable. L'analyseur automatique COD est capable de:

　　Surveillance en temps réel: détection en temps opportun des épisodes soudains de pollution.

　　Traçabilité des données: fournir une base fiable pour la tarification des eaux usées et l'application de la loi environnementale.

　　Contrôle optimisé: guidez l'ajustement en temps réel des paramètres de processus de l'usine de traitement des eaux usées, économisez de l'énergie et réduisez la consommation.

　　Prévisions d'alerte précoce: construire un système d'alerte de la qualité de l'eau pour assurer la sécurité des sources d'eau potable.

　　II. Principe de fonctionnement de base

Le principe de fonctionnement de l'analyseur automatique COD peut être divisé enPrélèvement d'échantillons et prétraitement、Réactions et mesures de base、Traitement des données et sortieTrois maillons.

　　1. Prélèvement d'échantillons et prétraitement

　　Échantillonnage: prélèvement ponctuel ou continu d'échantillons d'eau à partir de points de surveillance (p. ex. issues d'égout, tronçons de rivière) au moyen de pompes péristaltiques ou à jet.

　　Pré - traitement: généralement inclusFiltration(élimination des grosses particules, protection des conduites ultérieures et des systèmes réactifs),réfrigération(inhibe l'activité microbienne et empêche la détérioration de l'échantillon) etQuantitative(un certain volume d'échantillon d'eau est prélevé avec précision dans le système réactionnel pour la mesure).

　　2. Réactions et mesures de base (deux grandes voies techniques)

C'est la clé pour différencier les différents types d'Analyseurs COD.

　　Voie technique I: dissolution du Dichromate de potassium - spectrophotométrie

C'est actuellement la méthode la plus largement utilisée, la plus sophistiquée et la plus précise à la maison et à l'étranger, ainsi que la méthode recommandée par la norme chinoise de l'industrie de la protection de l'environnement (HJ 377 - 2019).

　　Principe de fonctionnementPour:

　　Échantillons quantitatifs: la quantité exacte prend un certain volume d'échantillon, avec un excès connuSolution standard de Dichromate de potassiumMélanger dans un environnement fortement acide.

　　Ajouter un catalyseur: rejoindreSulfate d'argentEn tant que catalyseur, accélère l'oxydation des matières organiques; Pour les échantillons d'eau à haute teneur en ions chlorure, ajouterSulfate de mercurePour éliminer les interférences des ions chlorure.

　　Dissolution hermétique à haute température: placer le mélange dans165 ± 2°CLa dissolution rapide est effectuée dans un réacteur de dissolution à haute température (généralement en seulement 10 - 15 minutes, bien plus rapidement que les 2 heures de la méthode standard nationale). Dans ces conditions, les substances réductrices (principalement organiques) de l'échantillon d'eau sont oxydées par le dichromate de potassium:

Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O

　　Détermination colorimétrique: après la fin de la dissolution, le liquide réactionnel passe de l'orange (couleur de cr⁶) au bleu - Vert (couleur de cr⁺). Dans600 nmÀ la longueur d'onde, son Absorbance est mesurée à l'aide d'un spectrophotomètre.

　　Calculer la valeur COD: la concentration en DCO d'un échantillon peut être calculée en mesurant la quantité de variation de l'Absorbance et en la comparant à la courbe de fonctionnement tracée à l'aide d'une solution standard de DCO. La quantité restante de Dichromate de potassium qui n'a pas réagi peut être déterminée avec précision par titrage ou Coulomb, mais les instruments modernes sont souvent calculés directement par photométrie.

　　caractéristiquePour:

　　Avantages: haute précision, bonne corrélation avec la loi standard nationale, est la méthode d'arbitrage.

　　InconvénientsPour:

　　Pollution secondaire: l'utilisation de grandes quantités d'agents chimiques toxiques et nocifs (Dichromate de potassium, sulfate de mercure, sulfate d'argent) produit des déchets liquides contenant des métaux lourds qui sont coûteux à traiter.

　　Coûts de fonctionnement élevés: grande consommation de réactifs.

　　Risques de sécurité: dissolution haute température et haute pression, risque de sécurité.

　　Impossible de mesurer de faibles concentrations: pour une eau de surface propre, son efficacité d'oxydation est faible et l'erreur est grande.

　　Voie technique II: méthode d'absorption UV

Cette méthode utilise le principe de l'absorption caractéristique de la plupart des matières organiques dans la région UV (UVC, 200 - 280 nm) pour refléter indirectement la teneur en matières organiques en mesurant l'Absorbance à 254 nm.

　　Principe de fonctionnementPour:

　　Source de lumière ultraviolette: l'instrument émet de la lumière ultraviolette à une longueur d'onde spécifique (généralement 254 nm).

　　Piscine de circulation: l'échantillon d'eau coule en continu à travers un bassin de circulation en matériau quartz.

　　Mesure d'Absorbance: la lumière ultraviolette traverse l'échantillon d'eau et est absorbée par la matière organique qui s'y trouve. Le photodétecteur mesure l'intensité de la lumière transmise et calcule son rapport à l'intensité de la lumière incidente pour obtenir la valeur d'Absorbance a.

　　Calcul et correction: selon la loi de Lambert - beer, l'Absorbance est proportionnelle à la concentration de matière organique dans un échantillon d'eau dans une certaine plage. En établissant une courbe d'étalonnage de l'Absorbance par rapport à la concentration en DCO, la valeur de DCO peut être lue directement. Pour éliminer les interférences de facteurs tels que la turbidité, on ajoute généralement un546 nmOu d'autres détecteurs de lumière visible pour la compensation de turbidité.

　　caractéristiquePour:

　　AvantagesPour:

　　Fort temps réel: pas besoin de réactifs chimiques et de processus de dissolution, le temps de réponse peut être de l'ordre de la seconde, ce qui permet vraiment une surveillance continue.

　　Vert protection de l'environnement: pas de pollution secondaire, très faible coût de fonctionnement.

　　Simplicité de maintenance: aucune unité de dissolution complexe et des lignes de réactifs, haute fiabilité.

　　InconvénientsPour:

　　Précision limitée: ne peut refléter que les matières organiques ayant une absorption UV, ne peut pas oxyder toutes les matières organiques (par exemple, les alcanes linéaires, l'Acide benzènesulfonique, etc.), et les matières inorganiques (par exemple, les nitrates, la turbidité) peuvent également créer des interférences.

　　Ne peut pas être considérée comme une donnée légale: généralement utilisé commeSurveillance des tendances et alerte précoce, dont la valeur absolue doit être calibrée et vérifiée par des méthodes standard.

　　Iii. Recherche appliquée à la technologie

　　1. Système de surveillance automatique de la source de pollution

　　Points d'application: orifice d'évacuation des eaux usées de l'unité d'assainissement prioritaire.

　　Options techniquesPour:Méthode au Dichromate de potassiumLe Seigneur. En raison de leur statut juridique clair, les données sont exactes et fiables et peuvent servir de base directe à l'application de la loi environnementale et à la tarification des eaux usées. Malgré les coûts d'exploitation élevés, il est nécessaire pour les besoins réglementaires.

　　2. Système automatique de surveillance de la qualité environnementale des eaux de surface

　　Points d'application: station automatique pour la qualité de l'eau des rivières, des lacs, des réservoirs.

　　Options techniquesPour:Méthode d'absorption UV UVC'est l'armée principale.

　　Les causes: la concentration de DCO dans l'eau de surface est relativement faible, la méthode du Dichromate de potassium n'est pas complètement oxydée et l'erreur est grande. La méthode UV reflète rapidement et en continu les tendances changeantes de la pollution organique dans l'eau et peut fournir une alerte précoce en cas d'apparition d'algues et d'incidents soudains de pollution, tels que le rejet industriel.

　　Pratique: généralement adopté »Surveillance en temps réel par la méthode UV + contrôle périodique par la méthode des étalons nationaux de laboratoireLe modèle concilie prescription et précision.

　　3. Contrôle du processus de traitement des eaux usées

　　Points d'application: entrée d'eau du bassin de réaction biologique, bassin d'aération, sortie d'eau de l'usine de traitement des eaux usées.

　　Options techniquesPour:Méthode d'absorption UV UVetMéthode au Dichromate de potassiumToutes les applications.

　　UV法: pourContrôle des processus en temps réel. L'opérateur peut ajuster rapidement les paramètres clés tels que la quantité d'aération, le débit de retour des boues, etc., en fonction des changements en temps réel de la DCO d'entrée, optimiser l'environnement de dégradation microbienne et réaliser des économies d'énergie et une réduction de la consommation.

　　Méthode au Dichromate de potassium: pour la réalisation de la qualité de l'eau des effluentsExamen de conformité de haute précisionGarantir les données d’émissions finales.

　　4 autres applications émergentes

　　Comptabilité totale et gestion des permis d'égout: en combinaison avec les données du débitmètre, les données de surveillance automatique COD constituent la base de la comptabilisation des émissions totales de polluants d'une entreprise.

　　Eau intelligente et longueur de rivière: en tant que nœud clé de la couche de perception de l'IOT, fournissant des données massives en temps réel pour la mise en place de modèles d'environnement aquatique et de systèmes d'aide à la décision dans les bassins versants.

　　Iv. Défis technologiques et tendances du développement

　　1. Défis actuels

　　Verdissement de la méthode du Dichromate de potassium: comment réduire la quantité de réactifs toxiques utilisés, développer des oxydants alternatifs à faible toxicité (par exemple, ozone, persulfates) sont des orientations de recherche importantes.

　　Normalisation et amélioration de la précision de la méthode UV: des méthodes d'étalonnage et des modèles de correction des interférences plus perfectionnés doivent être mis en place pour améliorer leur applicabilité dans différents plans d'eau.

　　Fiabilité des instruments: la résistance aux échantillons d'eau complexes (haute teneur en sel, huile, matières en suspension) et la stabilité du fonctionnement à long terme restent des tests.

　　2. Tendances futures du développement

　　Intelligence et réseautage: algorithme d'IA intégré permettant l'auto - diagnostic des pannes, l'audit intelligent des données, le marquage automatique des valeurs anormales et l'exploitation et la maintenance à distance.

　　Miniaturisation et modularité: développer des détecteurs de terrain miniaturisés et portables pour répondre aux besoins de surveillance d'urgence et de surveillance distribuée.

　　Intégration multiparamétrique: COD, azote ammoniacal, phosphore total, azote total, pH、 Des capteurs tels que l'oxygène dissous sont intégrés tout - en - un et partagent des systèmes d'échantillonnage et de prétraitement qui réduisent les coûts et offrent un portrait plus complet de la qualité de l'eau.

　　Nouvelle technologie de détection: explorer les technologies de détection COD sans réactif ou microréactif basées sur de nouveaux principes tels que les biocapteurs, la fluorescence, la spectroscopie Raman, etc. pour résoudre fondamentalement le problème de la pollution secondaire.

　　conclusion

L'analyseur automatique de la qualité de l'eau COD est l'équipement technique de base pour la gestion environnementale de l'eau. Dissociation du Dichromate de potassium - la méthode photométrique domine le domaine de la réglementation des sources de pollution par sa précision, tandis que la loi d'absorption UV joue un rôle irremplaçable dans le domaine des eaux de surface et du contrôle des processus grâce à son avantage exceptionnel d'être rapide et vert. Les développements technologiques futurs ne seront plus limités à la mesure précise d'un seul indicateur, mais orientés versPlus intelligent, plus écologique, plus complet et plus intégréL'évolution de la direction, fournir un soutien technique plus fort pour gagner la bataille de défense de l'eau vive.