COD傳感器的工作原理

COD傳感器的核心功能是通過特定技術(shù)手段，量化水體中還原性物質(zhì)（主要是有機(jī)物，也包括亞硝酸鹽、硫化物等無機(jī)物）被氧化所需的氧量，其工作原理基于“氧化-檢測(cè)”的核心邏輯，但具體技術(shù)路徑因傳感器類型而異。目前主流的COD傳感器原理可分為化學(xué)氧化法和物理光學(xué)法兩大類。

一、重鉻酸鉀氧化-光度法（國標(biāo)法衍生，高精度） 該原理是實(shí)驗(yàn)室經(jīng)典重鉻酸鉀法（GB 11914-89）的自動(dòng)化改良，核心是通過強(qiáng)氧化劑氧化有機(jī)物，再通過檢測(cè)氧化反應(yīng)的產(chǎn)物或剩余氧化劑濃度反推COD值，適用于高準(zhǔn)確度要求的場景（如污水處理廠排放口、工業(yè)廢水）。

 工作步驟：

 1. 樣品預(yù)處理：傳感器自動(dòng)采集水樣，去除大顆粒雜質(zhì)（部分傳感器帶過濾裝置），避免干擾。

 2. 強(qiáng)氧化反應(yīng)：向水樣中加入過量重鉻酸鉀（K?Cr?O?）作為氧化劑，同時(shí)加入硫酸（H?SO?）提供酸性環(huán)境，并加入銀鹽（Ag?SO?）作為催化劑（加速有機(jī)物氧化）和汞鹽（HgSO?）掩蔽氯離子（避免Cl?被氧化干擾結(jié)果）。

 3. 加熱消解：通過電加熱將混合液加熱至165℃左右，保持20-30分鐘，使重鉻酸鉀與水樣中的還原性物質(zhì)充分反應(yīng)： - 有機(jī)物（以C表示）被氧化為CO?和H?O； - 重鉻酸鉀中的Cr??（橙黃色）被還原為Cr3?（綠色）。

 4. 光度檢測(cè)：消解完成后，傳感器通過光學(xué)模塊測(cè)量溶液的吸光度變化： - 測(cè)量Cr3?在特定波長（如600-620nm）的吸光度，其濃度與COD值成正比（還原反應(yīng)越充分，Cr3?越多，吸光度越高）； - 或測(cè)量剩余Cr??在特定波長（如420nm）的吸光度，其濃度與COD值成反比（有機(jī)物越多，剩余Cr??越少，吸光度越低）。 

5. 計(jì)算COD值：通過預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線（已知COD濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液與吸光度的對(duì)應(yīng)關(guān)系），將吸光度信號(hào)轉(zhuǎn)換為COD濃度（單位：mg/L）。

 特點(diǎn)：

 - 優(yōu)勢(shì)：與國標(biāo)方法一致性高，準(zhǔn)確性好，抗干擾能力強(qiáng)（可掩蔽氯離子），適用于復(fù)雜水體（如工業(yè)廢水）。

 - 劣勢(shì)：需消耗化學(xué)試劑（運(yùn)行成本較高），消解過程耗時(shí)（通常需30分鐘左右），結(jié)構(gòu)較復(fù)雜（含加熱、進(jìn)樣、試劑存儲(chǔ)模塊）。

 二、紫外吸收法（快速在線監(jiān)測(cè)，無試劑）

 該原理基于有機(jī)物對(duì)特定波長紫外光的吸收特性，無需化學(xué)氧化，直接通過光學(xué)檢測(cè)推算COD值，適用于實(shí)時(shí)性要求高、水質(zhì)相對(duì)簡單的場景（如地表水、飲用水源地、污水處理過程監(jiān)控）。

 工作原理： 水體中的有機(jī)物（尤其是含共軛雙鍵或芳香環(huán)的有機(jī)物，如苯系物、腐殖酸等）對(duì)**254nm波長的紫外光（UV???） 有強(qiáng)烈吸收，且吸收強(qiáng)度與有機(jī)物濃度正相關(guān)。此外，濁度會(huì)干擾紫外光的傳播（散射作用），因此需同時(shí)校正濁度影響。

 工作步驟： 

1. 雙波長檢測(cè)：傳感器內(nèi)置紫外光源（254nm）和可見光光源（如546nm，用于檢測(cè)濁度），光線穿過水樣池（流通式或靜態(tài)池）后被接收器捕捉。 - UV???：測(cè)量有機(jī)物的紫外吸收強(qiáng)度（A???）； - 可見光（如546nm）：測(cè)量濁度引起的光散射/吸收強(qiáng)度（A濁度）。

 2. 濁度校正：通過算法扣除濁度對(duì)紫外吸收的干擾（濁度會(huì)使A???虛高），得到僅由有機(jī)物引起的凈吸收值（A凈 = A??? - k×A濁度，k為校正系數(shù)）。

 3. 換算COD值：通過校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)建立“凈吸收值-COD濃度”的標(biāo)準(zhǔn)曲線（不同水體的有機(jī)物組成不同，需現(xiàn)場校準(zhǔn)），最終將A凈轉(zhuǎn)換為COD值

 特點(diǎn)：

 - 優(yōu)勢(shì)：無需試劑，無二次污染，響應(yīng)速度快（秒級(jí)出數(shù)），適合連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，維護(hù)成本低。

 - 劣勢(shì)：僅對(duì)含紫外吸收基團(tuán)的有機(jī)物敏感（對(duì)不含雙鍵的有機(jī)物如甲醇、乙醇響應(yīng)弱），受濁度、色度干擾較大，需定期校準(zhǔn)以匹配實(shí)際水體特性。

 三、氧化法（高錳酸鹽指數(shù)，適用于清潔水體） 該原理以（KMnO?）為氧化劑，主要用于測(cè)量高錳酸鹽指數(shù)（CODMn），常用于地表水、飲用水等較清潔水體的輕度污染監(jiān)測(cè)（COD值較低場景），與重鉻酸鉀法的核心區(qū)別是氧化劑強(qiáng)度不同（氧化性弱于重鉻酸鉀，無法氧化部分難降解有機(jī)物）。

 工作步驟： 、

1. 在酸性或堿性條件下，向水樣中加入過量，加熱消解，使Mn??（紫紅色）被還原為Mn2?（無色或淡粉色）。

 2. 消解后，通過光度法檢測(cè)剩余的濃度（或用亞鐵鹽滴定過量，傳感器可通過電位變化檢測(cè)滴定終點(diǎn)），反推COD值。

 特點(diǎn)： 

- 優(yōu)勢(shì)：試劑毒性低（相比重鉻酸鉀），操作相對(duì)簡單，適合低COD水體。

 - 劣勢(shì)：氧化能力有限，無法反映難降解有機(jī)物污染，通常不用于工業(yè)廢水等高污染場景。 

四、其他輔助原理（電化學(xué)法等） 部分新型傳感器采用電化學(xué)原理，例如：

 - 電解氧化法：通過電極產(chǎn)生強(qiáng)氧化劑（如羥基自由基·OH）氧化有機(jī)物，測(cè)量電解過程中的電流變化或電量消耗，推算COD值。

 - 生物傳感器法：利用微生物（如芽孢桿菌）呼吸作用消耗有機(jī)物時(shí)的氧氣變化（通過溶解氧電極檢測(cè)），間接反映COD濃度，但受溫度、pH影響較大，穩(wěn)定性有待提升。

 核心邏輯總結(jié)   無論哪種原理，COD傳感器的本質(zhì)都是通過“氧化反應(yīng)”或“物理特性”建立可測(cè)量信號(hào)（吸光度、電流、電量等）與COD濃度的定量關(guān)系，關(guān)鍵差異在于：

 - 化學(xué)氧化法（重鉻酸鉀、）通過“氧化-檢測(cè)產(chǎn)物”實(shí)現(xiàn)，準(zhǔn)確性高但耗時(shí)；

 - 紫外吸收法通過“光學(xué)特性-濃度關(guān)聯(lián)”實(shí)現(xiàn)，快速便捷但依賴校準(zhǔn)和水體特性。

 實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)監(jiān)測(cè)場景的COD范圍、精度要求、干擾因素（如氯離子、濁度）選擇適配的原理類型，例如：工業(yè)廢水優(yōu)先選重鉻酸鉀法，地表水在線監(jiān)測(cè)優(yōu)先選紫外吸收法。