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手段，量化水體中還原性物質（主要是有機物，也包括亞硝酸鹽、硫化物等無機物）被氧化所需的氧量，其工作原理基于“氧化-檢測”的核心邏輯，但具體技術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氧化法和物理光學法兩大類。

一、重鉻酸鉀氧化-光度法（國標法衍生，高精度） 該原理是實驗室經典重鉻酸鉀法（GB 11914-89）的自動化改良，核心是通過強氧化劑氧化有機物，再通過檢測氧化反應的產物或剩余氧化劑濃度反推COD值，適用于高準確度要求的場景（如污水處理廠排放口、工業廢水）。

 工作步驟：

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

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

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

5. 計算COD值：通過預設的標準曲線（已知COD濃度的標準溶液與吸光度的對應關系），將吸光度信號轉換為COD濃度（單位：mg/L）。

 特點：

 - 優勢：與國標方法一致性高，準確性好，抗干擾能力強（可掩蔽氯離子），適用于復雜水體（如工業廢水）。

 - 劣勢：需消耗化學試劑（運行成本較高），消解過程耗時（通常需30分鐘左右），結構較復雜（含加熱、進樣、試劑存儲模塊）。

 二、紫外吸收法（快速在線監測，無試劑）

 該原理基于有機物對特定波長紫外光的吸收特性，無需化學氧化，直接通過光學檢測推算COD值，適用于實時性要求高、水質相對簡單的場景（如地表水、飲用水源地、污水處理過程監控）。

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

 工作步驟： 

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

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

 3. 換算COD值：通過校準實驗建立“凈吸收值-COD濃度”的標準曲線（不同水體的有機物組成不同，需現場校準），最終將A凈轉換為COD值

 特點：

 - 優勢：無需試劑，無二次污染，響應速度快（秒級出數），適合連續實時監測，維護成本低。

 - 劣勢：僅對含紫外吸收基團的有機物敏感（對不含雙鍵的有機物如甲醇、乙醇響應弱），受濁度、色度干擾較大，需定期校準以匹配實際水體特性。

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

 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滴定終點），反推COD值。

 特點： 

- 優勢：試劑毒性低（相比重鉻酸鉀），操作相對簡單，適合低COD水體。

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

四、其他輔助原理（電化學法等） 部分新型傳感器采用電化學原理，例如：

 - 電解氧化法：通過電極產生強氧化劑（如羥基自由基·OH）氧化有機物，測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）呼吸作用消耗有機物時的氧氣變化（通過溶解氧電極檢測），間接反映COD濃度，但受溫度、pH影響較大，穩定性有待提升。

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

 - 化學氧化法（重鉻酸鉀、）通過“氧化-檢測產物”實現，準確性高但耗時；

 - 紫外吸收法通過“光學特性-濃度關聯”實現，快速便捷但依賴校準和水體特性。

 實際應用中，需根據監測場景的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：工業廢水優先選重鉻酸鉀法，地表水在線監測優先選紫外吸收法。