一種基于超臨界水氧化方法的cod測試分析系統(tǒng)及其應用
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于超臨界水氧化方法的COD測試分析系統(tǒng)及其應用，該系統(tǒng)包括超臨界水氧化單元、與超臨界水氧化單元依次連接的色譜分析單元及數(shù)據(jù)采集器，所述的超臨界水氧化單元包括超臨界水氧化反應器、依次與超臨界水氧化反應器相連接的氣液分離器及分流環(huán)、與分流環(huán)相連通的惰性氣體進氣機構、分別與超臨界水氧化反應器相連通的氧氣進氣機構及測試進水機構。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用超臨界水氧化法取代常用的重鉻酸鉀法測定水樣中的COD，測定過程中不會產(chǎn)生污染，反應速度快，具有綠色、快速、簡潔的優(yōu)點，具有很好的應用前景。
【專利說明】
一種基于超臨界水氧化方法的COD測試分析系統(tǒng)及其應用
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于儀器分析技術領域，涉及一種COD測試分析系統(tǒng)及其應用，尤其是涉及一種基于超臨界水氧化方法的COD測試分析系統(tǒng)及其應用。
【背景技術】
[0002]化學需氧量C0D(Chemical Oxygen Demand)是以化學方法測量水樣中需要被氧化的還原性物質的量。廢水、廢水處理廠出水和受污染的水中，能被強氧化劑氧化的物質(一般為有機物)的氧當量。在河流污染和工業(yè)廢水性質的研究以及廢水處理廠的運行管理中，它是一個重要的而且能較快測定的有機物污染參數(shù)，常以符號COD表示。
[0003]傳統(tǒng)上測定水質COD的方法主要有重鉻酸鉀法、臭氧氧化法以及快速消解分光光度法等。目前，最常用的COD測定方法為重鉻酸鉀氧化法(GB11914-89)，基本原理是利用重鉻酸鹽作為氧化劑對水體中有機物質進行消解，再利用光度計或滴定法等進行測定，但由于其具有強氧化性，可以和許多還原性無機物質反應，因此測定過程中不免產(chǎn)生干擾。但去除干擾所需的高汞鹽又會對環(huán)境造成二次污染，毒性大。該法測定過程中需要消耗大量的酸、汞和銀等藥品，不但成本高，而且污染大。
[0004]針對上述問題，為滿足高效、準確、無污染等技術要求而進行的COD測試分析技術研發(fā)也已得到了廣泛關注。例如，申請?zhí)枮?01510348626.6的中國發(fā)明專利公布了一種COD快速檢測儀及其試劑的配置方法，包括COD快速檢測儀主機設備本體、快速檢測儀消解器、全自動溫度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，所述COD快速檢測儀主機設備本體上安裝有所述快速檢測儀消解器;所述快速檢測儀消解器連接著所述全自動溫度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng);所述全自動溫度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)上設置有儀器工作計時器;所述儀器工作計時器上安裝著初始調(diào)零裝置;所述初始調(diào)零裝置連接著所述全自動溫度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng);所述COD快速檢測儀主機設備本體上安裝著測試對比線性回歸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)曲線儲存器。上述專利公布的COD快速檢測儀可以有效的對試劑進行準確快速檢測，用于試劑的檢測及配置。
[0005]超臨界水氧化方法(SCWO)是一項高溫高壓氧化技術，利用水在超臨界條件下(Pc=22Mpa，Tc = 374°C)的特性，水中的有機物質與O2完全混合，完全溶于超臨界水中，相界面消失，形成單一相，使有機物與O2能夠自由均相反應，反應速度得到了急劇提高。經(jīng)超臨界氧化反應，C轉化為CO2，H轉化為H2O，S、P等轉化為穩(wěn)定化的最高價鹽類，重金屬氧化穩(wěn)定固化存在于灰分中，產(chǎn)物清潔不需要進一步處理，且無機鹽可從水中分離出來，處理后的廢水可完全回收利用。
[0006]然而，基于超臨界水氧化反應具有極快的反應速度，幾秒內(nèi)就可以徹底完成氧化反應的特點，利用空白水樣和待測水樣的超臨界水氧化過程，測量反應后氧氣濃度的差值，測試分析廢水中COD的方法目前還沒有得到開發(fā)應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種結構簡單，反應速度快，綠色環(huán)保，穩(wěn)定性好，操作方便，經(jīng)濟實用性好的基于超臨界水氧化方法的COD測試分析系統(tǒng)及其應用。
[0008]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0009]—種基于超臨界水氧化方法的COD測試分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括超臨界水氧化單元、與超臨界水氧化單元依次連接的色譜分析單元及數(shù)據(jù)采集器，其中，所述的超臨界水氧化單元包括超臨界水氧化反應器、依次與超臨界水氧化反應器相連接的氣液分離器及分流環(huán)、與分流環(huán)相連通的惰性氣體進氣模塊、分別與超臨界水氧化反應器相連通的氧氣進氣模塊及測試進水模塊。
[0010]所述的超臨界水氧化反應器與氣液分離器之間還依次設有冷卻器及背壓閥。
[0011]所述的分流環(huán)的作用為:調(diào)控色譜分析單元的載氣和超臨界水氧化反應后氣體聯(lián)通，針對不同階段靈活變動相應氣路的聯(lián)通。
[0012]所述的測試進水機構包括高純水貯器、測試水樣貯器以及分別將高純水貯器、測試水樣貯器與超臨界水氧化反應器相連通的進水管，該進水管上設有進水切換閥。
[0013]所述的氧氣進氣機構包括氧氣罐、將氧氣罐與進水管相連通的氧氣進氣管以及依次設置在氧氣進氣管上的第一通斷閥及高壓進氧栗。
[0014]所述的進水管上還設有壓力表。
[0015]所述的惰性氣體進氣機構包括惰性氣體罐以及將惰性氣體罐與分流環(huán)相連通的惰性氣體進氣管，該惰性氣體進氣管上設有第二通斷閥。
[0016]作為優(yōu)選的技術方案，所述的惰性氣體為氬氣或氦氣。
[0017]所述的色譜分析單元包括溫控箱、設置在溫控箱中的色譜柱以及與色譜柱相連接的檢測器，該色譜柱一端與分流環(huán)連接，另一端通過檢測器與數(shù)據(jù)采集器連接。
[0018]所述的超臨界水氧化反應器、氣液分離器及溫控箱上還分別設有溫度計。
[0019]所述的色譜柱為填充柱或毛細管柱，所述的檢測器為熱導檢測器或氣體傳感器。
[0020]一種基于超臨界水氧化方法的COD測試分析系統(tǒng)的應用，該系統(tǒng)用于測試水樣中的COD濃度，具體包括以下步驟:
[0021 ](一)打開第二通斷閥，由惰性氣體罐提供惰性氣體，對整個系統(tǒng)進行清洗；
[0022](二)關閉第二通斷閥，打開第一通斷閥，并將進水切換閥切換至高純水，通入氧氣和對照樣品高純水，高純水和氧氣在超臨界水氧化反應器中進行反應(Pc = 20-22Mpa，Tc =374°C以上)，反應后經(jīng)冷卻器降溫至100-200°C，再經(jīng)背壓閥進入氣液分離器中，大部分氣體和液體由氣液分離器下端排出，隨后定量抽取氣液分離器上部氣體，并注入色譜柱中，經(jīng)色譜柱分離的氣體成分在檢測器中生成電信號，并傳輸至數(shù)據(jù)采集器中，經(jīng)數(shù)據(jù)采集器處理后，即可測出對照樣品高純水反應后的氧氣濃度Co;
[0023](三)將進水切換閥切換至測試水樣，并維持系統(tǒng)運行狀況不變，測出的測試水樣反應后氧氣濃度為C;
[0024](四)通過計算氧氣濃度差值ΔC = Co-C和系統(tǒng)的氣液比，氣液比由水樣⑶D值確定，即可計算出測試水樣中的COD濃度。
[0025]本發(fā)明利用超臨界水氧化方法替代常用的重鉻酸鉀法，用反應前后氧氣濃度的差值分析水中COD含量。具體來說，本發(fā)明以高純水作為空白樣本，水和氧氣在超臨界水氧化反應器進行反應，反應條件為:Pc = 20-22Mpa，Tc = 374°C以上;通過測量空白樣品和測試水樣反應后的氧氣濃度差值和系統(tǒng)的氣液比，計算出水樣中的COD濃度。
[0026]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用超臨界水氧化法取代常用的重鉻酸鉀法測定水樣中的C0D，測定過程中不會產(chǎn)生污染，反應速度快，具有綠色、快速、簡潔的優(yōu)點，具有經(jīng)濟和技術上的可行性。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明結構不意圖；
[0028]圖中標記說明:
[0029]I—惰性氣體罐、2—氧氣罐、3—高純水貯器、4 一測試水樣貯器、5—超臨界水氧化反應器、6—氣液分離器、7—分流環(huán)、8—冷卻器、9 一背壓閥、10—進水切換閥、11 一第一通斷閥、12—高壓進氧栗、13—壓力表、14 一第二通斷閥、15—溫控箱、16—色譜柱、17—檢測器、18—溫度計、19—數(shù)據(jù)采集器、20—進水管、21—氧氣進氣管、22—惰性氣體進氣管。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0031 ] 實施例:
[0032]如圖1所示，一種基于超臨界水氧化方法的COD測試分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括超臨界水氧化單元、與超臨界水氧化單元依次連接的色譜分析單元及數(shù)據(jù)采集器19，其中，超臨界水氧化單元包括超臨界水氧化反應器5、依次與超臨界水氧化反應器5相連接的氣液分離器6及分流環(huán)7、與分流環(huán)7相連通的惰性氣體進氣機構、分別與超臨界水氧化反應器5相連通的氧氣進氣機構及測試進水機構。
[0033]其中，超臨界水氧化反應器5與氣液分離器6之間還依次設有冷卻器8及背壓閥9。
[0034]測試進水機構包括高純水貯器3、測試水樣貯器4以及分別將高純水貯器3、測試水樣貯器4與超臨界水氧化反應器5相連通的進水管20，該進水管20上設有進水切換閥10。進水管20上還設有壓力表13。
[0035]氧氣進氣機構包括氧氣罐2、將氧氣罐2與進水管20相連通的氧氣進氣管21以及依次設置在氧氣進氣管21上的第一通斷閥11及高壓進氧栗12。
[0036]惰性氣體進氣機構包括惰性氣體罐I以及將惰性氣體罐I與分流環(huán)7相連通的惰性氣體進氣管22，該惰性氣體進氣管22上設有第二通斷閥14。
[0037]色譜分析單元包括溫控箱15、設置在溫控箱15中的色譜柱16以及與色譜柱16相連接的檢測器17，該色譜柱16—端與分流環(huán)7連接，另一端通過檢測器17與數(shù)據(jù)采集器19連接。
[0038]超臨界水氧化反應器5、氣液分離器6及溫控箱15上還分別設有溫度計18。
[0039]色譜柱16為填充柱或毛細管柱，檢測器17為熱導檢測器17或氣體傳感器。
[0040]本實施例基于超臨界水氧化方法的COD測試分析系統(tǒng)的應用，該系統(tǒng)用于測試水樣中的COD濃度，具體包括以下步驟:
[0041 ] 一、打開第二通斷閥14，由惰性氣體罐I提供惰性氣體，對整個系統(tǒng)進行清洗；
[0042]二、關閉第二通斷閥14，打開第一通斷閥11，并將進水切換閥10切換至高純水，通入氧氣和對照樣品高純水，高純水和氧氣在超臨界水氧化反應器5中進行反應，反應后經(jīng)冷卻器8降溫至100-200°C，再經(jīng)背壓閥9進入氣液分離器6中，大部分氣體和液體由氣液分離器6下端排出，隨后定量抽取氣液分離器6上部氣體，并注入色譜柱16中，經(jīng)色譜柱16分離的氣體成分在檢測器17中生成電信號，并傳輸至數(shù)據(jù)采集器19中，經(jīng)數(shù)據(jù)采集器19處理后，SP可測出對照樣品高純水反應后的氧氣濃度Co ；
[0043]三、將進水切換閥10切換至測試水樣，并維持系統(tǒng)運行狀況不變，測出的測試水樣反應后氧氣濃度為C;
[0044]四、通過計算氧氣濃度差值AC= Co-C和系統(tǒng)的氣液比，即可計算出測試水樣中的COD濃度。
[0045]上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種基于超臨界水氧化方法的COD測試分析系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括超臨界水氧化單元、與超臨界水氧化單元依次連接的色譜分析單元及數(shù)據(jù)采集器(19)，其中，所述的超臨界水氧化單元包括超臨界水氧化反應器(5)、依次與超臨界水氧化反應器(5)相連接的氣液分離器(6)及分流環(huán)(7)、與分流環(huán)(7)相連通的惰性氣體進氣機構、分別與超臨界水氧化反應器(5)相連通的氧氣進氣機構及測試進水機構。2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于超臨界水氧化方法的COD測試分析系統(tǒng)，其特征在于，所述的超臨界水氧化反應器(5)與氣液分離器(6)之間還依次設有冷卻器(8)及背壓閥(9)03.根據(jù)權利要求2所述的一種基于超臨界水氧化方法的COD測試分析系統(tǒng)，其特征在于，所述的測試進水機構包括高純水貯器(3)、測試水樣貯器(4)以及分別將高純水貯器(3)、測試水樣貯器(4)與超臨界水氧化反應器(5)相連通的進水管(20)，該進水管(20)上設有進水切換閥(10)。4.根據(jù)權利要求3所述的一種基于超臨界水氧化方法的COD測試分析系統(tǒng)，其特征在于，所述的氧氣進氣機構包括氧氣罐(2)、將氧氣罐(2)與進水管(20)相連通的氧氣進氣管(21)以及依次設置在氧氣進氣管(21)上的第一通斷閥(11)及高壓進氧栗(12)。5.根據(jù)權利要求4所述的一種基于超臨界水氧化方法的COD測試分析系統(tǒng)，其特征在于，所述的進水管(20)上還設有壓力表(13)。6.根據(jù)權利要求2所述的一種基于超臨界水氧化方法的COD測試分析系統(tǒng)，其特征在于，所述的惰性氣體進氣機構包括惰性氣體罐(I)以及將惰性氣體罐(I)與分流環(huán)(7)相連通的惰性氣體進氣管(22)，該惰性氣體進氣管(22)上設有第二通斷閥(14)。7.根據(jù)權利要求1至6任一項所述的一種基于超臨界水氧化方法的COD測試分析系統(tǒng)，其特征在于，所述的色譜分析單元包括溫控箱(15)、設置在溫控箱(15)中的色譜柱(16)以及與色譜柱(16)相連接的檢測器(17)，該色譜柱(16)—端與分流環(huán)(7)連接，另一端通過檢測器(17)與數(shù)據(jù)采集器(19)連接。8.根據(jù)權利要求7所述的一種基于超臨界水氧化方法的COD測試分析系統(tǒng)，其特征在于，所述的超臨界水氧化反應器(5)、氣液分離器(6)及溫控箱(15)上還分別設有溫度計(18)。9.根據(jù)權利要求7所述的一種基于超臨界水氧化方法的COD測試分析系統(tǒng)，其特征在于，所述的色譜柱(16)為填充柱或毛細管柱，所述的檢測器(17)為熱導檢測器(17)或氣體傳感器。10.—種如權利要求1所述的基于超臨界水氧化方法的COD測試分析系統(tǒng)的應用，其特征在于，該系統(tǒng)用于測試水樣中的COD濃度，具體包括以下步驟: (一)打開第二通斷閥(14)，由惰性氣體罐(I)提供惰性氣體，對整個系統(tǒng)進行清洗； (二)關閉第二通斷閥(14)，打開第一通斷閥(11)，并將進水切換閥(10)切換至高純水，通入氧氣和對照樣品高純水，高純水和氧氣在超臨界水氧化反應器(5)中進行反應，反應后經(jīng)冷卻器(8)降溫至100-200°C，再經(jīng)背壓閥(9)進入氣液分離器(6)中，大部分氣體和液體由氣液分離器(6)下端排出，隨后定量抽取氣液分離器(6)上部氣體，并注入色譜柱(16)中，經(jīng)色譜柱(16)分離的氣體成分在檢測器(17)中生成電信號，并傳輸至數(shù)據(jù)采集器(19)中，經(jīng)數(shù)據(jù)采集器(19)處理后，即可測出對照樣品高純水反應后的氧氣濃度Co; (三)將進水切換閥(10)切換至測試水樣，并維持系統(tǒng)運行狀況不變，測出的測試水樣反應后氧氣濃度為C;(四)通過計算氧氣濃度差值AC = Co-C和系統(tǒng)的氣液比，即可計算出測試水樣中的⑶D濃度。
【文檔編號】G01N30/02GK105842363SQ201610330952
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】紀文超, 申哲民, 胡曉芳, 袁亞茹, 周彬杰
【申請人】上海交通大學