基于工控機(jī)的COD在線監(jiān)測系統(tǒng)

【摘要】本文介紹COD在線監(jiān)測系統(tǒng)的測定方法和工作機(jī)理，各單元部件工作方式和相互間連接方式，以及系統(tǒng)的工作步驟和流程。由于控制單元采用了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，使得COD在線監(jiān)測系統(tǒng)可以全天候工作于環(huán)境惡劣的污水總排口，連續(xù)、實(shí)時(shí)地連續(xù)監(jiān)測COD排放量，為排污總量控制管理，排污收費(fèi)等項(xiàng)工作提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)依據(jù)，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】COD化學(xué)耗氧量 ； 在線監(jiān)測系統(tǒng) ； 工業(yè)控制計(jì)算機(jī) ； 滴定法

【中圖分類號】X832 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【文章編號】2095-3089（2015）36-0009-02

1.引言

COD（化學(xué)耗氧量）是指在一定條件下，經(jīng)重鉻酸鉀（K2Cr2O7）氧化處理時(shí)水樣中溶解性物質(zhì)和懸物所消耗的重鉻鹽酸相對應(yīng)的氧的質(zhì)量濃度，以氧的每升毫克（mg/l）數(shù)來表示，它是指示水體受有機(jī)物污染程度的重要指標(biāo)，是水質(zhì)綜合評價(jià)中的重要參數(shù)。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GP11914，水質(zhì)COD測定采用重鉻酸鉀法。COD在線監(jiān)測系統(tǒng)完全依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測試方法，通過工控機(jī)的控制，自動完成從水樣采集到測定值顯示打印的全部過程。本系統(tǒng)作為一種全自動在線監(jiān)測儀器適用于放置在企業(yè)污水總排口，連續(xù)監(jiān)測COD排放值及排放總量，有利于促進(jìn)排污總量控制管理，排污收費(fèi)等項(xiàng)工作；同時(shí)適合于環(huán)境工程，監(jiān)控污水處理，確保達(dá)標(biāo)排放。

2.系統(tǒng)化學(xué)原理

在水樣中加入已知量的重鉻酸鉀溶液，并在強(qiáng)酸介質(zhì)下以銀鹽作為催化劑，經(jīng)沸騰回流后，以亞鐵靈為指示劑，用硫酸亞鐵按滴定水樣中未被還原的重鉻酸鉀，由消耗的硫酸亞鐵銨的量換算成消耗氧的質(zhì)量溶度。

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

COD在線監(jiān)測系統(tǒng)由氣動加液、化學(xué)反應(yīng)和電器控制三大部分多個(gè)單元組成。

3.1 采樣單元

離心泵將排放口的廢水打至位于工作室的原水桶，其溢流器保證液面恒定。工控機(jī)控制原水桶內(nèi)的潛水泵，將水樣直接打入定量瓶，這樣系統(tǒng)就可以采集和測定任意時(shí)刻的瞬時(shí)水樣。

3.2 定量加液單元

盛液瓶、緩沖瓶、定量瓶均為密封容器，氣泵及氣閥受工控機(jī)控制，氣泵開啟，移液閥打開，壓縮空氣經(jīng)配氣管、移液閥進(jìn)入盛液瓶，試劑從伸入瓶底的玻璃管由緩沖瓶進(jìn)入定量瓶，通過時(shí)間控制，使壓入定量瓶的試劑液位高于定量。此時(shí)，停止氣泵，關(guān)閉移液閥，移液閥接盛液瓶一端常開，過量的試劑因虹吸作用自動回流到盛液瓶，實(shí)現(xiàn)自動定量。氣泵再次開啟，加液閥接通將試劑從定量瓶壓入消解瓶。

3.3 消解單元

當(dāng)消解時(shí)，水泵開始打水，產(chǎn)生負(fù)壓，將蒸餾瓶內(nèi)的溶液抽出，吸入于消解瓶中，溢出的溶液通過廢液瓶流走。

3.4 抽氣蒸餾單元

當(dāng)蒸餾瓶開始蒸餾時(shí)，利用潛水泵產(chǎn)生的負(fù)壓抽氣，滴定瓶是密封的，則蒸餾瓶的氣體被抽至滴定瓶。同時(shí)，為防止滴定瓶內(nèi)溶液變熱溢出，采用兩個(gè)風(fēng)機(jī)對其冷卻。

3.5 滴定光電檢測單元

利用潛水泵抽氣進(jìn)行攪拌和蠕動滴定硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液。滴定瓶的一側(cè)設(shè)置多個(gè)發(fā)光管，另一側(cè)設(shè)有一個(gè)光敏電阻，發(fā)光管綠色照射溶液，光敏電阻接受透射過來的綠光，溶液由黃變紅時(shí)，電壓值緩慢升高，當(dāng)?shù)味ㄟ_(dá)到終點(diǎn)是電壓值會突然跳躍一定的幅度，工控機(jī)測到電壓突變時(shí)控制蠕動泵停止滴定。

3.6 排廢液單元

當(dāng)水泵打循環(huán)水時(shí)，側(cè)面旁管產(chǎn)生負(fù)壓，液閥中的浮子吸上堵住管路，瓶中的廢液被抽出。當(dāng)泵停止工作時(shí)，浮子下落，將廢液排除。

3.7 輸出驅(qū)動單元

系統(tǒng)中的所有氣動閥和溶液閥均工作于24V直流，該單元是工控機(jī)與氣動加液、化學(xué)反應(yīng)各單元的輸出接口，采用光隔離、升壓驅(qū)動電路。

3.8 工控機(jī)主控單元

本單元是整個(gè)在線監(jiān)測系統(tǒng)的控制中心，氣動加液和化學(xué)反應(yīng)各單元的有序地運(yùn)作和協(xié)調(diào)，均是在工控機(jī)的控制下自動完成的。由于控制單元采用了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，使得COD在線監(jiān)測系統(tǒng)可以全天候工作于環(huán)境惡劣的污水總排口，連續(xù)、實(shí)時(shí)地連續(xù)監(jiān)測COD排放量。

3.9 A/D轉(zhuǎn)換單元

將滴定檢測光敏電阻上的電壓值，精確地轉(zhuǎn)換成數(shù)字值輸入到工控機(jī)，終點(diǎn)捕捉軟件采用“動態(tài)多點(diǎn)滑動”技術(shù)準(zhǔn)確地捕捉到，溶液由黃變紅時(shí)電壓值突然跳躍點(diǎn)，此時(shí)的滴定步數(shù)通過計(jì)算就是相應(yīng)的COD值。

3.10 無線通訊單元

利用移動公司提供的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，將實(shí)時(shí)檢測的結(jié)果數(shù)據(jù)傳輸?shù)疆?dāng)?shù)氐沫h(huán)保部門的服務(wù)器中，設(shè)有兩種工作模式：針對檢測數(shù)據(jù)量較少的監(jiān)測點(diǎn)，可使用“短信息”發(fā)送模式，該模式較為經(jīng)濟(jì)；對于檢測數(shù)據(jù)量較多的監(jiān)測點(diǎn)，可使用“ISDN”數(shù)據(jù)傳輸模式。

3.11系統(tǒng)控制原理框圖

4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)工作流程

工作步序 工作內(nèi)容

COD 01 清洗系統(tǒng)

COD 02 準(zhǔn)備

COD 03 啟動采用泵，水樣采集至水樣瓶

COD 04 水樣提升至定量瓶

COD 05 水樣定量至20ml

COD 06 水樣加入消解瓶

COD 07 清理采樣系統(tǒng)

COD 08 將各種藥液從各自的盛液瓶移至各定量瓶

COD 09 將硫酸-硫酸銀從盛液瓶移至定量瓶

COD 10 將清水從盛液瓶移至定量瓶

COD 11 各種藥液定量至相應(yīng)ml數(shù)

COD 12 將硫酸汞加入消解瓶

COD 13 將10ml重鉻酸鉀溶液加入消解瓶

COD 14 將30ml硫酸-硫酸汞溶液加入消解瓶

COD HT 加熱回流消解

COD 15 消解后的溶液在消解瓶內(nèi)冷卻

COD 16 將20ml冷卻水加入消解瓶

COD 17 溶液從消解瓶移入滴定瓶

COD 18 將50ml清洗水加入消解瓶，清系統(tǒng)

COD 19 清洗水移入滴定瓶

COD 20 待測溶液在滴定瓶內(nèi)冷卻

COD 21 10ml溶有指示劑的溶液加入滴定瓶

COD DD 滴定，終點(diǎn)顯示、打印、存入本地?cái)?shù)據(jù)庫，無線傳輸至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫

COD 22 排廢液

COD 23 光檢測

COD ED 一次檢測完畢

4.1 軟件功能模塊

主控軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以下幾個(gè)核心模塊：空白試驗(yàn)值檢測模塊；COD全自動檢測模塊；COD單步手動檢測模塊；消解時(shí)間、檢測間隔時(shí)間、檢測次數(shù)等參數(shù)設(shè)定模塊；“看門狗”運(yùn)作和系統(tǒng)再入模塊；光電A/D轉(zhuǎn)換測量模塊；滴定終點(diǎn)捕捉模塊；檢測結(jié)果顯示打印模塊；歷史數(shù)據(jù)查詢模塊；無線遠(yuǎn)程通訊模塊。

5.結(jié)束語

COD在線監(jiān)測系統(tǒng)在國內(nèi)多個(gè)城市使用取得了良好的效果，得到當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門的肯定和好評。COD在線監(jiān)測系統(tǒng)采用的是化學(xué)分析方法，比較國外采用的物理分析方法，具有諸多的優(yōu)點(diǎn)；經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確、適合多點(diǎn)投放監(jiān)測、符合中國的國情，作為一種本土的環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]《水和廢水監(jiān)測分析方法》，國家環(huán)保局編，中國環(huán)境科學(xué)出版社。

[2]《環(huán)境工程監(jiān)測》，蔣展鵬、祝萬鵬編，清華大學(xué)出版社。

[3] 日《水質(zhì)測試法》，日本工業(yè)用水協(xié)會。

作者簡介：林建宇（1960.04-），男，副教授，研究方向：軟件工程、自動控制技術(shù)。endprint