电化学法监测化学需氧量的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电化学法监测化学需氧量的装置，包括至少一组检测单元，以及与所述每组检测单元均相连的供水泵，其中，所述每组检测单元包括电解池、电位仪和电流检测器，所述电解池通过供水泵与河流相连，所述电位仪与电解池中的工作电极、参比电极、辅助电极相连，所述电流检测器与电解池中的工作电极或辅助电极相连。本实用新型是一种快速，简单，无二次污染，经济适用，监测准确的用于监测河水COD监测装置，具有非常重要的现实意义。
【专利说明】电化学法监测化学需氧量的装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及环境资源【技术领域】，特别是涉及电化学法监测化学需氧量（C0D) 的装置。
【背景技术】
[0002] 化学需氧量（C0D)是反映水体受还原性物质污染程度的重要参数，是国家水环境 质量标准要求严格控制的关键重要指标之一。C0D是目前最常用的水质污染和评价指标之 一，它可广泛地应用于环境保护中各种工业污水，生活污水及地表水的监测、研究和处理。
[0003] 水体的化学需氧量C0D的理论值为将1升水中所含的还原性物质全部氧化掉所需 要消耗的氧化剂折算成氧的毫克数。由于水中的还原性物质通常主要是有机物，所以C0D 常被用作衡量水体受有机物污染程度的主要水质控制指标。目前国内外测量水中COD的常 用方法是酸性高锰酸钾氧化法（C0DJ和重铬酸钾氧化法（C0D &)。由于部分有机物较难氧 化，因此C0D的测量结果主要受到有机物最终被氧化的氧化率影响。高锰酸钾（ΚΜη0 4)法， 比较简便，但氧化率较低，难以准确测试水样中的有机物总量，适于经济快捷测量水样中有 机物含量的相对比较值。重铬酸钾（K 2Cr207)法，氧化率高，重现性好，对大多数有机化合物 氧化程度可达到理论值的95%?100%，适用于测定水样中有机物的总量，是我国水质检 测规定的标准C0D测试方法（GB11914-89)，但因为需以重铬酸钾为氧化剂，硫酸银为催化 齐U，硫酸汞为氯离子的掩蔽剂，故而存在试剂毒性高、存在重金属污染风险，此外还存在操 作复杂、耗时等缺点。 实用新型内容
[0004] 有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种电化学法监测化学需氧量（C0D)的装 置，以提高检测水体中C0D的速度和准确性。
[0005] 基于上述目的，本实用新型提供的电化学法监测化学需氧量的装置包括至少一组 检测单元，以及与所述每组检测单元均相连的供水泵，
[0006] 其中，所述每组检测单元包括电解池、电位仪和电流检测器，所述电解池通过供水 泵与河流相连，所述电位仪与电解池中的工作电极、参比电极、辅助电极相连，所述电流检 测器与电解池中的工作电极或辅助电极相连。
[0007] 可选地，所述电解池两侧分别开有进水口和出水口，所述进水口的位置低于出水 口的位置，所述进水口和出水口之间通过水管连接；
[0008] 所述水管的顶部与电解池的顶部之间开有工作孔道，所述工作孔道的底部安装有 工作电极，所述工作电极露出于所述水管的管壁，当水体流经水管时，工作电极浸入在水体 中，所述工作电极与工作铜线的一端相连，工作铜线沿着工作孔道连接至所述电解池的外 部，所述工作铜线的另一端与电位仪相连；
[0009] 所述水管的底部与电解池的底部之间开有辅助孔道，所述辅助孔道的顶部安装有 辅助电极，所述辅助电极露出于所述水管的管壁，当水体流经水管时，辅助电极浸入在水体 中，所述辅助电极与辅助铜线的一端相连，辅助铜线沿着辅助孔道连接至所述电解池的外 部，所述辅助铜线的另一端与电位仪相连；
[0010] 所述工作孔道的一侧开有参比孔道，所述参比孔道内安装有参比电极。
[0011] 较佳地，所述工作孔道与工作铜线之间的空隙处和/或所述辅助孔道与辅助铜线 之间的空隙处填充有密封柱，所述密封柱将工作铜线和/或辅助铜线包裹在其内部，而密 封柱的外表面设有外螺纹，其与工作孔道和/或辅助铜线的内螺纹紧密配合。
[0012] 较佳地，所述工作孔道靠近所述入水口设置，所述参比孔道位于所述工作孔道和 出水口之间。
[0013] 优选地，所述工作电极与所述辅助电极正对安装。
[0014] 较佳地，所述进水口和出水口均向水管的方向凹陷，分别形成进水凹槽和出水凹 槽，所述电解池还包括有固定管和包裹于所述固定管外侧的固定塞，固定塞位于进水凹槽 和/或出水凹槽内，固定塞的外表面设有外螺纹，其与进水凹槽和/或出水凹槽的内螺纹紧 密配合，固定管从固定塞内贯穿而过，并使固定管的一端与水管的端部相连，另一端露出于 所述电解池的侧壁。
[0015] 较佳地，所述固定塞在靠近电解池侧壁的端部的直径大于固定塞本体的直径，当 将固定塞安装于进水凹槽和/或出水凹槽中时，该端部贴合于电解池侧壁外。
[0016] 可选地，在所述电解池中，以石墨基掺铈β-ΡΚ)2电极为工作电极，石墨电极为辅 助电极，饱和银/氯化银电极为参比电极，
[0017] 可选地，所述电解池中待测水体的C0D范围为5mg/L?6000mg/L。测试误差 ±20mg/L。
[0018] 优选地，所述电解池中待测水体的COD范围为50mg/L?3000mg/L。
[0019] 优选地，所述电化学法监测化学需氧量的装置还包括与所述供水泵并联的采样 泵、以及与所述采样泵相连的采样容器。
[0020] 从上面所述可以看出，本实用新型提供的电化学法监测化学需氧量的装置可以使 各个检测单元交替对河水进行检测，达到实时监测的目的。而且，本实用新型提供的电解池 结构简单，可以降低操作难度。因此，本实用新型是一种快速，简单，无二次污染，经济适用， 监测准确的用于监测河水C0D监测装置，具有非常重要的现实意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1为本实用新型实施例的电化学法监测化学需氧量的装置的结构示意图；
[0022] 图2为本实用新型实施例电解池的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并 参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
[0024] 电化学方法检测C0D的方法原理是电解产生的羟基自由基（· 0H)和臭氧（03)具 有很强的氧化能力，能够迅速氧化废水里的有机物。在恒定电压下，工作电极会产生大量的 臭氧和羟基自由基，可以氧化水中极难氧化的有机物质（如吡啶、尼克酸、烟酸等）。水中有 机物在工作电极表面被羟基自由基氧化的同时，工作电极上将有电流变化，当工作电极的 电位恒定时，电流的变化与水中的COD值成比例关系，通过计算电流的变化，即可测出水中 COD的含量。
[0025] 本实用新型提供的电化学法监测化学需氧量的装置包括至少一组检测单元，以及 与所述每组检测单元均相连的供水泵，其中，所述每组检测单元包括电解池、电位仪和电流 检测器，所述电解池通过供水泵与河流相连，所述电位仪与电解池中的工作电极、参比电 极、辅助电极相连，所述电流检测器与电解池中的工作电极或辅助电极相连。
[0026] 参考图1，其为本实用新型实施例的电化学法监测化学需氧量的装置的结构示意 图。所述电化学法监测化学需氧量的装置包括至少一组检测单元，以及与所述每组检测单 元均相连的供水泵3。作为本实用新型的一个实施例，所述电化学法监测化学需氧量的装置 包括有两组检测单元（第一检测单元和第二检测单元），这两组检测单元并联。
[0027] 第一检测单元包括电解池1、电位仪Ei和电流检测器L，所述电解池1通过供水泵 3与河流相连，所述电位仪Ei与电解池1中的工作电极、参比电极、辅助电极相连，所述电流 检测器L与电解池1中的工作电极或辅助电极相连。
[0028] 第二检测单元包括电解池2、电位仪E2和电流检测器12，所述电解池2通过供水泵 3与河流相连，所述电位仪E 2与电解池2中的工作电极、参比电极、辅助电极相连，所述电流 检测器12与电解池2中的工作电极或辅助电极相连。
[0029] 第一检测单元中的电位仪Ei和第二检测单元中的电位仪E2交替地对相应的电极 施加工作电压、再生电压和休停电压。较佳地，所述电位仪Ei和电位仪E 2每次对相应的电 极施加的工作电压、再生电压和休停电压的时间之和相等，在所述装置工作的任意时间内， 至少有一个电位仪处于对电极施加工作电压的状态。因此，本实用新型提供的电化学法监 测化学需氧量的装置可以不间断的对河流中的水体进行C0D监测。
[0030] 优选地，在每个检测单元中，电位仪对相应的电极施加工作电压的时间（?\)等于 电位仪对相应的电极施加再生电压的时间（τ 2)和休停电压的时间（Τ3)之和（1\ = τ2+τ3)， 以提高各个检测单元的协调度，提高各个检测单元的工作效率。
[0031] 所述电流检测器L用于接收电解池1中的工作电极的峰电流值，所述电流检测器 12用于接收电解池2中的工作电极的峰电流值。将峰电流值减去背景电流值得到响应电流 值，再根据响应电流值与C0D值的正比例关系得到所述电解池中水体的C0D值。
[0032] 将三个电极（工作电极、辅助电极和参比电极）置于没有有机物污染的河水中，对 电极施加工作电压，测得没有有机物污染的河水的背景电流值。当测得背景电流值后，在相 同条件下，向河水中加入不同C0D浓度的标准溶液，分别测得所述不同C0D浓度的标准溶液 的峰平台电流值，所述峰平台电流值分别减去背景电流值即为不同C0D浓度的标准溶液的 响应电流值；根据不同C0D浓度的标准溶液的响应电流值及其C0D值，作出C0D值与响应电 流值的标准曲线，即得到响应电流值与C0D值的正比例关系。
[0033] 可选地，所述供水泵3为双向蠕动恒流泵，所述供水泵3向电解池的供水流速为 50 ?100mT,/mi η 〇
[0034] 参见图2,其为本实用新型实施例电解池的结构示意图。所述电解池两侧分别开有 进水口和出水口，所述进水口的位置低于出水口的位置，所述进水口和出水口之间通过水 管11连接。因此，泵入电解池的水体通过进水口流入水管11，然后通过出水口排出。较佳 地，所述水管11从进水口处开始水平设置，当靠近出水口时，水管11向上弯折适当距离，然 后沿水平方向连接至出水口处。这是为了防止出现水体不能完全填充水管11的问题，因为 在恒电位检测过程中，工作电极一旦悬空在水体外，就会对工作电极造成损害。
[0035] 所述水管11的顶部与电解池的顶部之间开有工作孔道，所述工作孔道的底部安 装有工作电极12,所述工作电极12露出于所述水管11的管壁，当水体流经水管11时，工作 电极12浸入在水体中，所述工作电极12与工作铜线13的一端相连，工作铜线13沿着工作 孔道连接至所述电解池的外部，所述工作铜线13的另一端与电位仪相连。
[0036] 较佳地，所述工作孔道与工作铜线13之间的空隙处填充有密封柱14,所述密封柱 14将工作铜线包裹在其内部，而密封柱14的外表面设有外螺纹，其与工作孔道的内螺纹紧 密配合，保证工作电极12浸入水体时，水体不会从工作孔道中溢出，从而使水体顺利地通 过出水口排出。需要说明的是，所述密封柱与工作孔道之间的连接是可拆卸的，两者通过内 外螺纹的配合实现安装和拆卸，以便于更换工作电极12。
[0037] 优选地，所述密封柱14的顶部直径大于工作孔道的直径，以提高电解池的严密 性，使其不易松动，也可以保证安装后工作电极12所处的位置是一致的。可选地，所述密封 柱14可以由耐酸碱腐蚀的有机玻璃制成。所述电解池的池体也可以采用耐酸碱腐蚀的有 机玻璃制成。电解池的池体外部形貌可以为长方体形状，也可以为正方体形状。
[0038] 所述水管11的底部与电解池的底部之间开有辅助孔道，所述辅助孔道的顶部安 装有辅助电极15,所述辅助电极15露出于所述水管11的管壁，当水体流经水管时，辅助电 极15浸入在水体中，所述辅助电极15与辅助铜线16的一端相连，辅助铜线16沿着辅助孔 道连接至所述电解池的外部，所述辅助铜线16的另一端与电位仪相连。
[0039] 同样地，所述辅助孔道与辅助铜线16之间的空隙处填充有密封柱14,所述密封柱 14将辅助铜线包裹在其内部，而密封柱14的外表面设有外螺纹，其与辅助孔道的内螺纹紧 密配合。优选地，所述密封柱14的顶部直径大于辅助孔道的直径。
[0040] 进一步地，所述工作孔道的一侧还开有参比孔道，所述参比孔道内安装有参比电 极17。在本实施例中，所述工作孔道靠近所述入水口设置，所述参比孔道位于所述工作孔道 和出水口之间。优选地，所述工作电极12与所述辅助电极15正对安装，以提高电流效率， 减少干扰。
[0041] 在另一个实施例中，所述进水口和出水口均向水管11的方向凹陷，分别形成进水 凹槽和出水凹槽。所述电解池还包括有固定管18和包裹于所述固定管18外侧的固定塞19， 固定塞19位于进水凹槽内，固定塞19的外表面设有外螺纹，其与进水凹槽的内螺纹紧密配 合，而固定管18从固定塞19内贯穿而过，并使固定管18的一端与水管11的端部相连，另 一端露出于所述电解池的侧壁。因此，固定塞19将固定管18牢固地固定在进水凹槽中，保 证水体流入电解池时，水体不会溢出。露出于所述电解池侧壁的固定管18的端部用于与供 水管道20连接，该供水管道20连接在供水泵与电解池之间。
[0042] 需要指出的是，所述固定塞19与进水凹槽之间的连接是可拆卸的，两者通过内外 螺纹的配合实现安装和拆卸，以便于更换固定塞19和固定管18。一方面，为了保证管道连 接的可靠性，固定管18的另一端需要露出于电解池的侧壁，便于增大其与供水管道20的接 触面积，但是这导致固定管18的端部容易受损，因此这种可拆卸方式可以有效提高电解池 的利用率，仅需更换固定管18和固定塞19即可。另一方面，由于供水管道20的直径无法 统一，本实用新型可以设计不同规格的固定管18,仅需保证其一端与水管11的尺寸对应， 而另一端可以逐渐缩小或者增大，以满足不同规格供水管道20。
[0043] 因此，可拆卸方式可以有效避免固定管18损坏之后，电解池池体也不能继续工 作，固定管18单独制作，能有效避免池体因为固定管18损坏而频繁更换的问题，极大地节 省了检测成本，也有利于装置的维护，可以大范围地推广、应用。
[0044] 较佳地，所述固定塞19在靠近电解池侧壁的端部的直径大于固定塞19本体的直 径，当将固定塞19安装于进水凹槽中时，该端部贴合于电解池侧壁外，以提高电解池的严 密性，使其不易松动，也可以保证每次安装后固定管18可以与水管11保持紧密的连接。
[0045] 同样地，所述出水凹槽内也安装有固定塞19以及从固定塞19内贯穿而过固定管 18。
[0046] 在所述电解池中，以石墨基掺铈β _Pb02电极为工作电极，石墨电极为辅助电极， 饱和银/氯化银电极为参比电极；在工作阶段，所述电位仪施加在工作电极12上的相对于 参比电极17的正电压为1. 3?2. 0V ;在再生阶段，所述电位仪施加在工作电极12上的相 对于参比电极17的正电压为1. 5?2. 5V ;在休停阶段，所述电位仪施加在工作电极12上 的相对于参比电极17的正电压为0. 1?0. 5V。
[0047] 继续参见图1，所述电化学法监测化学需氧量的装置还包括与所述供水泵3并联 的采样泵4、以及与所述采样泵4相连的采样容器5。当测得的水体C0D值大于预设的C0D 阈值时，开启采样泵4,使采样泵4将河流中的水体泵入采样容器5中，达到所需体积后断开 米样泵5。
[0048] 优选地，在与河流相连的管道的端部安装有过滤网，以防止河流中的其他杂物或 者泥沙等随着水体流入电解池中，造成不必要的损害。
[0049] 如上所述，本实用新型提供的电化学法监测化学需氧量的装置可以使各个检测单 元交替对河水进行检测，达到实时监测的目的。而且，本实用新型提供的电解池结构简单， 可以降低操作难度。因此，本实用新型是一种快速，简单，无二次污染，经济适用，监测准确 的用于监测河水C0D监测装置，能有效抑制工业污废水的偷排漏排，为国家环保部门提供 有力的技术支撑，具有非常重要的现实意义。
[0050] 所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本实用新型的具体实施例而 已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同 替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种电化学法监测化学需氧量的装置，其特征在于，包括至少一组检测单元，以及与 所述每组检测单元均相连的供水泵， 其中，所述每组检测单元包括电解池、电位仪和电流检测器，所述电解池通过供水泵与 河流相连，所述电位仪与电解池中的工作电极、参比电极、辅助电极相连，所述电流检测器 与电解池中的工作电极或辅助电极相连。
2. 根据权利要求1所述的电化学法监测化学需氧量的装置，其特征在于，所述电解池 两侧分别开有进水口和出水口，所述进水口的位置低于出水口的位置，所述进水口和出水 口之间通过水管连接； 所述水管的顶部与电解池的顶部之间开有工作孔道，所述工作孔道的底部安装有工作 电极，所述工作电极露出于所述水管的管壁，当水体流经水管时，工作电极浸入在水体中， 所述工作电极与工作铜线的一端相连，工作铜线沿着工作孔道连接至所述电解池的外部， 所述工作铜线的另一端与电位仪相连； 所述水管的底部与电解池的底部之间开有辅助孔道，所述辅助孔道的顶部安装有辅助 电极，所述辅助电极露出于所述水管的管壁，当水体流经水管时，辅助电极浸入在水体中， 所述辅助电极与辅助铜线的一端相连，辅助铜线沿着辅助孔道连接至所述电解池的外部， 所述辅助铜线的另一端与电位仪相连； 所述工作孔道的一侧开有参比孔道,所述参比孔道内安装有参比电极。
3. 根据权利要求2所述的电化学法监测化学需氧量的装置，其特征在于，所述工作孔 道靠近所述入水口设置，所述参比孔道位于所述工作孔道和出水口之间。
4. 根据权利要求2所述的电化学法监测化学需氧量的装置，其特征在于，所述工作电 极与所述辅助电极正对安装。
5. 根据权利要求2所述的电化学法监测化学需氧量的装置，其特征在于，所述工作孔 道与工作铜线之间的空隙处和/或所述辅助孔道与辅助铜线之间的空隙处填充有密封柱， 所述密封柱将工作铜线和/或辅助铜线包裹在其内部，而密封柱的外表面设有外螺纹，其 与工作孔道和/或辅助铜线的内螺纹紧密配合。
6. 根据权利要求2所述的电化学法监测化学需氧量的装置，其特征在于，所述进水口 和出水口均向水管的方向凹陷，分别形成进水凹槽和出水凹槽，所述电解池还包括有固定 管和包裹于所述固定管外侧的固定塞，固定塞位于进水凹槽和/或出水凹槽内，固定塞的 外表面设有外螺纹，其与进水凹槽和/或出水凹槽的内螺纹紧密配合，固定管从固定塞内 贯穿而过，并使固定管的一端与水管的端部相连，另一端露出于所述电解池的侧壁。
7. 根据权利要求6所述的电化学法监测化学需氧量的装置，其特征在于，所述固定塞 在靠近电解池侧壁的端部的直径大于固定塞本体的直径，当将固定塞安装于进水凹槽和/ 或出水凹槽中时，该端部贴合于电解池侧壁外。
8. 根据权利要求1所述的电化学法监测化学需氧量的装置，其特征在于，所述电化学 法监测化学需氧量的装置还包括与所述供水泵并联的采样泵、以及与所述采样泵相连的采 样容器。
9. 根据权利要求1所述的电化学法监测化学需氧量的装置，其特征在于，在所述电解 池中，以石墨基掺铈β -Pb02电极为工作电极，石墨电极为辅助电极，饱和银/氯化银电极 为参比电极。
【文档编号】G01N27/26GK203870060SQ201420232345
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】万平玉, 莫恒亮, 唐阳, 万平英, 王西志, 孙艳芝, 刘小光, 陈咏梅 申请人:北京化工大学