在线水质分析仪器：过硫酸钠紫外催化氧化法测量原理

经典的TOC 检测分析技术——过硫酸钠紫外催化氧化法,整个分析过程分为5个步骤,如图8.14所示。

图8.14　过硫酸钠紫外催化氧化法

首先,样品通过多通道进样阀进入分析仪,加入磷酸试剂,将水中的无机碳转化成CO2;利用气液分离器分离出CO2,随载气排出,从而除去样品中的TIC(总无机碳);样品与过硫酸钠试剂混合后,进入紫外光消解装置进行氧化反应,将有机物氧化成CO2 和水。而后生成的CO2 和水被气液分离器分离,分离出的CO2 气体被送进非色散红外检测器。红外检测器对CO2 的检测有良好的检测灵敏度和线性度,分析得到CO2 的浓度,并换算成TOC。其氧化过程反应机理为:

相对而言,过硫酸钠紫外催化氧化方法,维护量较低,对于低量程测量具有较高的灵敏度,并可适用于较宽的测量范围。

(1)在线TOC 分析仪结构介绍

美国HACH 公司Astro UV TOC 分析仪采用过硫酸钠紫外催化氧化-NDIR 法,适用于工业过程水和废水过程处理中的在线监测。其检测流路如图8.15所示,结构如图8.16所示。

图8.15　过硫酸钠紫外催化氧化-NDIR 检测流路

图8.16　TOC 构造图

1—废气排放;2—浓缩器;3—气液分离器(GLS);4—多管进样口;5—酸和样品泵;6—多管喷淋头和压力表;7—过硫酸盐和重加样品泵;8—多管反应器;9—UV 灯装置;10—带流量调节器的泵架组件

为了满足工业过程水处理及水质监测的要求,Astro UV TOC 分析仪具有以下特点:

①液体流流路通过三个多功能模块进行简化。

②进样模块包括有所有进入仪器的接口,如试剂、水样、校正标准液等,以及相应的阀门。

③喷射模块集成有流量和压力表。在液体流量测量的同时进行水样和酸的混合。

④反应模块中水样和过硫酸钠进行混合反应。

⑤泵马达适用分析仪的各种量程。不同数量的泵头组合可应用于不同的量程。(www.xing528.com)

⑥UV 消解模块最多可以安装多个标准UV 灯,应用于不同场合。

在线TOC 分析仪的分析单元关键部件:

1)反应氧化单元:过硫酸钠紫外催化氧化法主要采用紫外灯进行消解氧化,其氧化单元结构如图8.17所示。

图8.17　在线TOC 分析仪的氧化单元

1—紫外灯;2—灯的反用换流器

图8.18　在线TOC 分析仪的NDIR 检测器

2)NDIR(非分散红外)检测器:反应生成的二氧化碳气体通过载气输送到NDIR 检测器流通池进行测量。NDIR 检测器(图8.18)主要由流通池、光学系统(包括红外光源、红外检测器和其他光学配件等)等组成。

3)蠕动泵:仪器采用蠕动泵连续取样,试样连续注入反应槽进行反应,所产生的二氧化碳也是连续的方式进入NDIR 检测器进行检测,可以实现真正的连续在线检测,可以使TOC 仪器实时分析水质变化和波动。在线TOC 分析仪的取样系统如图8.19所示。

图8.19　在线TOC 分析仪的取样系统

(2)在线TOC 分析仪安装介绍

TOC 分析仪是在室内操作的,安装在墙壁或支架上。比较理想的位置是干燥、通风、温度可控的场所,并且根据相应的需求安装电气、通信连接。为了将TOC 的测量结果最优化,尽可能靠近样品源的地方,以减少分析的滞后。如果分析仪未配备快速回路清扫装置,则样品端口应该与大气压源连接。如果分析仪配有快速回路清扫装置,水样入口接头需要连接到一个高压源上,控制阀安装在入口控制流速。并且分析仪会产生废气和废水。用户必须要确定废气、废水的组分,并根据其类型以及其阈值采取适当的处理措施。

1)样品预处理系统:TOC 测量中要求SS≤2 000 mg/L,粒径≤500 μm;对于污水应用中,尤其是悬浮颗粒较多的时候,在线TOC 分析仪需配套预处理装置。推荐使用100 μm 的过滤器,其他还有25、50 和300 μm 等可选。在线TOC 分析仪预处理装置如图8.20所示。

2)载气气源:在TOC 测量中需要使用载气,一般采用无CO2 清洁空气或氮气作为载气。使用压缩空气或仪表空气作为载气时,须配置二氧化碳去除装置。

图8.20　在线TOC 分析仪预处理装置