化学需氧量在线监测仪的研究与应用

摘要

化学需氧量(COD)表示水中还原性污染物的含量，是衡量水质被还原性物质污染程度的重要指标。为了改善水环境质量，及时监测水环境的COD值，必须要有先进的COD在线监测仪器进行监测。本文旨在研制出一种低成本、高准确性和稳定性的COD在线监测仪，主要研究工作如下：
　　（1）分析COD测定时氧化方法和分析方法的研究现状，以及国内外COD在线监测仪的发展现状，基于此，本文提出设计一种采用密封消解-分光光度法的COD在线监测仪。介绍了与本文设计的COD在线监测仪相关的基础知识，包括催化剂的催化机理、仪器影响因素、分光光度法的理论基础、光源波长选择依据和采用分光光度法测定COD的理论计算依据。
　　（2）设计及优化主要过程控制单元。在通用预处理单元过滤较大杂质和悬浮物的基础上，设计出消除无机干扰物和浮油的预处理装置，使测量结果更可靠。为了解决原有计量单元计量偏差大的问题，采用光电液位传感器与新的控制算法相结合的方法，使计量更加准确。比色单元采用双光束分光光度法，消除了光源随时间和温度的偏移导致的测量误差。
　　（3）采用新型嵌入式微控制器STM32和操作系统Linux对其进行控制，相对于PLC控制大大降低了成本。对光电检测电路噪声进行研究，设计出低噪声光电检测电路，并采用软件方法进行滤波降噪处理，还通过一定算法对吸光度值进行修正，从而使得到的COD值更加准确。基于脉宽调制技术的模糊PID温度控制方法实现温度的精确控制。采用快速精确的步进电机驱动蠕动泵工作，用更科学的控制算法来实现其运行过程的控制，保证仪器可靠、稳定地运行。
　　（4）通过正交试验，对COD测定过程中的主要影响因素进行分析，结合直观分析法和方差分析法，得出影响因素的排序为：消解温度＞消解时间＞催化剂用量＞溶液酸度＞氧化剂用量。同时，得出本COD在线监测仪的最优操作条件为：消解温度170℃，消解时间15min，催化剂用量0.04g，溶液酸度8mol/L，氧化剂用量0.025g。通过对不同催化剂进行试验及分析，选择Ag2SO4为测定工业污水COD的最佳催化剂，MnSO4为测定生活污水COD的最佳催化剂。由仪器性能试验可知，最优条件下，采用催化剂Ag2SO4和MnSO4的COD在线监测仪均有良好的仪器性能，实现了COD的在线快速、连续、准确自动测量。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 COD测定方法国内外研究现状

1.3 化学需氧量在线监测仪国内外发展现状

1.4 论文研究目的意义及主要内容

第二章 COD在线监测研究目标及其理论基础

2.1 研究目标

2.2 分光光度法原理

2.3 本章小结

第三章 COD在线监测仪过程单元设计

3.1 预处理单元

3.2 计量单元

3.3 消解单元

3.4 光电比色单元

3.5 本章小结

第四章 COD在线监测仪控制系统研究

4.1 主微控制器

4.2 光源的选择及驱动电路设计

4.3 光电检测单元研究

4.4 温度测量

4.5 进样控制部分

4.6 电源部分

4.7 COD在线监测仪软件设计

4.8 本章小结

第五章 COD在线监测仪试验分析及应用

5.1 COD在线监测仪反应条件试验及分析

5.2 催化剂的改进及试验

5.3 仪器性能试验

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间获得的学术成果