主题：【分享】紫外在线连续监测仪的发展与削污减排

摘要：本文介绍美、日等国立法防污，推动紫外在线连续监测仪发展的历程，对几种类型的紫外在线连续监测仪予以简介，进而通过对我国削污减排大计的技术解读，探讨我国CODuv在线连续监测系统发展的技术关键及其应用前景。
关键词：紫外在线连续监测仪
        CODuv在线连续监测系统
        削污减排

一、立法防污，指定监控技术
上世纪六十年代，美国水污染相当严重。为严控水污染，美国于1974年颁布了“清水法”与“安全用水法”。在清水法中，美国EPA公布了129种优先控制水污染物黑名单及作为环境判据的水质基准数据，并明令要求各州政府结合本州实际，据此制定严格的优先控制水污染物排放标准。超标者，课以重罚。
    在安全用水法中，指定采用CODuv（用紫外技术测定的COD）作为监控有机污染物的综合指标。同时还颁布了水中总悬浮物TSP的排放标准。
上世纪七十年代，日本水污染已相当严重。为严控水污染，日本于1984年出台了总量控制与浓度控制相结合的控制措施，并指定采用UV法作为有机污染综合指标的测量技术。
欧洲情况也很类似，欧共体在上世纪七十年代末公布了以有毒有机污染物为主的黑名单与灰名单，并指定采用UV法作为有机污染综合指标的测量技术。我国上世纪九十年代初即在引滦入津工程中引进了欧洲生产的CODuv在线仪来监控有机污染。
    立法防污，指定CODuv在线监测仪作为有机污染综合指标的监控技术。为CODuv在线连续监测技术创造了机遇，赢得了市场。

二、CODuv在线监测仪的测量原理及仪器类型
1、测量原理
根据比尔定律，水样中有机物的浓度C与吸光度A成比例：
C=K1A              （1）
另一方面，水样中有机物的浓度与化学需氧量CODuv成比例。
C=K2CODuv        （2）
合并二式，可得：
CODuv=KA          （3）
（3）式表明，水样的化学需氧量CODuv与吸光度A成正比，因此，通过 测定吸光度A可算出CODuv值。
2、CODuv仪的类型
  迄今为止，CODuv在线连续监测仪大体可分为两类，一是双波长测量方式，一是连续扫描方式。
1）双波长测量型
此类仪器基本上覆盖了市场，由法国、日本、新加坡等国最先研发，图1所示为这类仪器的测量原理示意图。

图1 双波长仪的测量原理示意图
光源（氙灯）发出的连续光1投射到盛有水样的流动池2上，经水样吸收后光能减弱，出射光1'投射到半透镜3上，之后分成二路，一路透过3后，经滤光片（254mm）4，照射在检测器5上，转化为电信号；一路由3反射后经滤光片6，照射在检测器7上，转化为电信号，将二路电信号进行调制比较放大后，获得样品吸光度A，进而按（3）式转化为CODUV值。
双波长仪的另一种方式是：以光栅代替半透镜3，通过光栅移动，分离出测量长波254nm的紫外光和补偿波长为546nm的可见光。
2）连续扫描测量型
这种仪器源于美国技术，我国聚光科技也有生产。图2所示为这类型仪器的原理示意图

图2    连续扫描型仪器测量原理示意图

由光源发出的光线1 投射到旋转光栅2上，依次分出200-400nm的紫外光和400-800nm的可见光，聚焦过的光线射到流动池 4上，而后依次投射到高质量的光电倍增管5上，产生光电信号。这种仪器从不同有毒有机物吸收不同的实际出发，将扫描整个紫外波段的吸收和作为测量基础数据，而以扫描整个可见波段的吸收和作为补偿用基础数据。进而通过数学模型对两组基础数据进行处理，获得测量水样的吸光度A值并转化为CODuv。

三、削污减排大计在监控方面的技术解读
“十一五”规划明确指出：“严禁向江河湖海排放超标水污染物，到2010年底，COD排放总量要削减10%”；“各国控污染源必须在2008年底前安装完COD在线监控仪”。
技术层面上如何解读国家这项大政策呢？
其一，严禁向江河湖海排放超标水污染物，意指必须做到随时都能监控排污状况，随时都能测量出COD实时浓度。这就要求监控仪器必须做到在线连续监测，只有连续监测才能发现排污异常情况，才能严禁偷排或非法排放，才能为环境执法提供有效数据。
其二，到2010年底COD排放总量要削减10%，意指在线监控仪本身必须能测定COD排放总量。这就要求监控仪器必须做到：a、能长期稳定运行，数据捕捉率高（一般不低于85%），决不允许仪器经常出毛病或经常维护。b、监控仪能按下式独立测定COD总量
      T2
CODT＝∫  CODi • ui• dt　　　　　　　　　 （4）
    T1
式中，CODT为在时间段T1~T2范围内COD的排放总量；
      CODi为i时刻的COD瞬时值；
      Ui为i时刻的流量。
（4）式告诉我们：a、仪器自身应按（4）式设计总量测量软件。b、时间段T1—T2可以是任意时间段，也可以是1年。这就要求仪器自身能储存1年的历史数据。c、仪器应留有流量数据接口。d、仪器应设数字接口232或485，以按要求将数据传输至中心站。
通过技术解读，可以发现：a、化学法仪器因其为间歇式监测（有的6小时1次，最快为1小时1次）而不能满足连续监测需要，不能满足环境执法的需要。b、进口的UV仪器多为一台在线监控仪，没有考虑总量监测之一根本需要，没有设计总量控制软件，也没有针对我国污水较沾的实际，配套相应的采样单元、清洗单元，而不能完成总量监测任务。

四、CODuv在线连续监测系统
从中国水情实际情况出发，研发满足国家“十一五”规划要求的CODuv在线连续监测系统是完成水污染监控的关键。
本文推荐的EW-2100型CODuv在线连续监测系统就是这样一个系统，如图3所示

图3  CODuv在线连续监测系统框图
系统由4个单元组成：采水单元、清洗单元、uv测量单元、控制与数据处理单元。四个单元相互独立，相互依存，通过系统集成，在PC机软件控制下，协同动作，对CODuv实时浓度与总量实施连续监控。
 
a、采水单元：
由双泵、采样管、溢流池及隔栅组成，按监测技术规范要求，，泵取水样送入溢流池采样箱，再由二级泵将新鲜水样送入测量单元供测量用，隔栅用以除去漂浮物和杂物。
b、清洗单元 
  清洗单元由输液泵、电磁阀、管路、盛液桶组成采用5%工业硫酸，对流路系统进行定时高效清洗。对于特别沾的污水，可再加一级清洗，即压缩空气吹扫。
c、测量单元 
  本系统采用双波长测定方式，如图1所示。测量单元受控于“控制与数据处理单元”，考虑到与中心站的对接，其上装有232或484接口；考虑到总量监测，其上留有流量数据接口。
d、控制与数据处理单元
本系统是一套集成度非常高的完整系统，通过自主研发的软件将几个单元集合起来，构成一体，对各单元、各部件实施集成控制。数据处理部分同时兼顾了实时浓度控制与总量控制数据处理。
e、应用现状
2005年，国家环保总局颁布了行标HJ/T191—2005，对UV在线连续监测仪规定了相关技术要求。为CODuv在线监控仪的应用奠定了法律基础。适逢国家“十一五”规划的颁布，更为CODuv在线监测技术的发展开辟了更为广阔的市场前景。据不完全统计，迄今为止，已有约1千台CODuv在线仪投放市场，并正在削污减排水污染物监控中发挥重大作用。笔者深信，基于光电法的CODuv在线监控系统必将逐步发挥其技术优势，为水污染物排放监控，为削污减排做出越来越大的贡献，而不能满足国家要求的仪器，必将最终被历史淘汰。