專利名稱：一種超臨界水氧化法在線檢測水質總有機碳含量的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及環境水質監測裝置，特別是涉及一種超臨界水氧化法在線檢測水質總有機碳含量的裝置。
背景技術：
隨著經濟發展尤其是工業的發展，水環境中有機污染物逐漸增多，有機污染物的排放是造成河流湖泊污染的主要原因，由此引起的一系列環境與健康問題日益嚴重。因此有機污染物治理與檢測已經成為當今世界的研究熱點之一。然而水環境中的持久性有機污染物具有多組分、多濃度的特點，是水質檢測的一個難點，充分掌握水環境中各種污染物的含量，尤其是極易對環境、人類帶來影響的有機污染物的含量已迫在眉睫。水體中有機污染物含量的綜合指標主要包括化學需氧量(C0D&、高錳酸鹽指數， Chemical Oxygen Demand),生化需氧量(BOD, Biochemical Oxygen Demand)禾口總有機碳含量(TOCJotal Organic Carbon)。其中TOC是重要的測量參數，TOC分析已經成為世界許多國家水處理和質量控制的主要手段，廣泛地應用到江河、湖泊以及海洋監測等方面的質量控制。另外，在飲用水供給、制藥、食品、半導體工業、廢物腐殖質化程度分析、水生系統的碳通量分析、土壤碳含量的測定、以及土壤的碳循環中都需要進行TOC的測定。TOC檢測的原理是把水中有機物進行氧化，把有機物中的碳轉化成CO2，通過測定(X)2的量來體現水中有機物的含量，目前常用的氧化方法有高溫催化燃燒氧化法、濕式氧化法、紫外氧化法等。 但是目前的這些氧化方法由于工藝方法的限制，存在反應時間長，反應過程復雜，氧化不徹底等不足之處，無法實現真正意義上的在線連續檢測。超臨界水氧化法(Supercritical Water Oxi-dation，簡稱SCW0)是一種新的水污染控制技術，它是由美國學者Modell于20世紀80年代中期提出的。SCWO以超臨界水作為化學反應介質，徹底氧化破壞有機物。同焚燒、濕式催化氧化法相比，超臨界水氧化法具有諸多優勢，因此成為繼光催化、濕式催化氧化技術之后國內外專家的研究熱點。當溫度高于374°C，壓力超過22. IMPa時，水處于超臨界狀態。此時，水的物理性質發生了巨大的變化，既不同于液態的水，又有別于氣態的水，其密度介于氣體和液體之間。 此時它具有一些特殊的性質，如能與非極性物質如戊烷、己烷、苯、甲苯等有機物完全互溶。 通常狀態下只能少量溶于水的氧氣、氮氣、二氧化碳和空氣能夠以任意比例溶于超臨界水中。而無機物質，特別是鹽類，在超臨界水中的溶解度很低。正是由于這些溶劑化特性，使超臨界水成為有機物質氧化的理想介質。超臨界水氧化法是利用超臨界水作為反應介質來氧化分解有機物，其過程類似于濕式氧化法，不同的是前者的溫度和壓力分別超過了水的臨界溫度和臨界壓力。超臨界水的特性使有機物、氧化劑、水形成均一的相，克服了相間的傳質阻力。高溫高壓大大提高了有機物的氧化速率，因而能在數秒內將碳氫化合物氧化成(X)2和H2O,將雜核原子轉化為無機化合物，其中磷轉化為磷酸鹽，硫轉化為硫酸鹽，氮轉化為隊或隊0。由于相對較低的反應溫度(比較焚燒而言)，不會有氮氧化合物NOx或形成。[0007]因此，超臨界水氧化法作為水質總有機碳氧化方法，具有氧化徹底，氧化時間短， 可連續進樣連續反應，能夠實現真正意義上的在線連續檢測。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種超臨界水氧化法在線檢測水質總有機碳含量的裝置，從進樣、反應到檢測，實現實時連續。本實用新型采用的技術方案是一、一種超臨界水氧化法在線檢測水質總有機碳含量的裝置將純水、氧化劑、被測水樣和酸化劑并聯接入低壓梯度混合器，混合后液體經高壓恒流泵后通過第一個三通閥后分為兩路一路經反應器、冷卻裝置、背壓閥和第二個三通閥接入氣液分離裝置的水樣進口，另一路直接通過第二個三通閥接入氣液分離裝置的水樣進口 ；氣液分離裝置的進氣口經氣體流量調節閥與載氣連接，氣液分離裝置的氣體出口經干燥器、CO2檢測器與計算機電連接，氣液分離裝置的排水口經排水閥將液體排出。二、一種超臨界水氧化法在線檢測水質總有機碳含量的方法測定方法的步驟如下(1)總碳含量測定方法(1. 1)將純水、氧化劑和被測水樣通過低壓梯度混合器按照體積比例10:5:1 1:1:1混合，所述的氧化劑為雙氧水、過硫酸鈉溶液或過硫酸鉀溶液；(1. 2)將混合后的液體通過高壓恒流泵和三通閥注入反應器內；(1. 3)將反應器加熱到380 5600C ；(1. 4)反應管內的液體經高壓恒流泵加壓，在壓力22. 1 32MI^a和溫度380 560°C的條件下進行超臨界水氧化反應；(1. 5)處理后的液體經過背壓閥出水；(1. 6)出水通過三通閥進入氣液分離裝置中，載氣通過氣體流量調節閥送入氣液分離裝置對其中的液體進行曝氣，將液體中的CO2吹出；(1. 7)吹出的CO2被連續的送入干燥器除去多余的水分；(1. 8)干燥后的(X)2被連續的送入(X)2傳感器進行檢測，并將信號通過軟件在電腦上顯不；(1. 9)氣液分離裝置中經過曝氣的液體通過排水閥連續排出。(2)總無機碳含量測定方法(2. 1)將純水、酸化劑和被測水樣通過低壓梯度混合器按照體積比例10:5:1 1:1:1混合，所述酸化劑為磷酸溶液；(2. 2)將混合后的液體液通過高壓恒流泵和兩個三通閥注入氣液分離裝置中，載氣通過氣體流量調節閥送入氣液分離裝置對其中的液體進行曝氣，將液體中的CO2吹出；(2. 3)吹出的CO2被連續的送入干燥器除去多余的水分；(2. 4)干燥后的(X)2被連續的送入(X)2傳感器進行檢測，并將信號通過軟件在電腦上顯不；(2. 5)氣液分離裝置中經過曝氣的液體通過排水閥連續排出。(3)總有機碳含量測定方法[0031]總有機碳含量是總碳含量減去總無機碳含量。本實用新型具有的有益效果是本實用新型提供了一種用超臨界水氧化法結合非色散紅外法檢測環境水樣中TOC 含量的裝置和方法，從進樣、反應到檢測，實現實時連續，解決了現有的TOC檢測方法無法快速連續在線檢測的問題，檢測時間短(<10min)，有機物的轉化率接近100%。
附圖1是本實用新型的裝置結構示意圖。圖中1、純水；2、氧化劑；3、被測水樣；4、酸化劑；5、低壓梯度混合器；6、高壓恒流泵；7、第一個三通閥；8、反應器；9、冷卻裝置；10、背壓閥；11、第二個三通閥；12、氣液分離裝置；13、氣體流量調節閥；14、載氣；15、干燥器；16、(X)2檢測器；17、排水閥。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。如附圖1所示，本實用新型將純水1、氧化劑2、被測水樣3和酸化劑4并聯接入低壓梯度混合器5，混合后液體經高壓恒流泵6后通過第一個三通閥7后分為兩路一路經反應器8、冷卻裝置9、背壓閥10和第二個三通閥11接入氣液分離裝置12的水樣進口，另一路直接通過第二個三通閥11接入氣液分離裝置12的水樣進口 ；氣液分離裝置12的進氣口經氣體流量調節閥13與載氣14連接，氣液分離裝置12的氣體出口經干燥器15、CO2檢測器16與計算機電連接，氣液分離裝置12的排水口經排水閥17將液體排出。所述的反應器8由加熱器和反應管組成。所述的冷卻裝置9是放在水浴冷卻的不銹鋼管。所述的背壓閥10是帶壓力表的背壓閥。所述的(X)2檢測器16是紅外檢測器。所述的載氣14是不與H2O和(X)2發生反應的化學惰性氣體，如N2、Ar、Ne、He、空氣寸。實施例1 實驗室配置總有機碳含量為998. 4mg/L的葡萄糖溶液作為待測水樣，檢測過程如下(1)總碳含量測定(1. 1)將純水、雙氧水(質量濃度30%)和被測水樣通過低壓梯度混合器按照體積比例10:5:1混合；(1. 2)將混合后的液體通過高壓恒流泵和三通閥注入反應器內；(1. 3)將反應器加熱到500°C ；(1. 4)反應管內的液體經高壓泵加壓，在壓力^MI3a和溫度500°C的條件下進行超臨界水氧化反應；(1.5)反應后的水經過背壓閥進入氣液分離裝置中，通過高純隊曝氣，將其中的 CO2吹出；(1. 6)吹出的CO2被連續的送入干燥器除去多余的水分，干燥后的CO2連續的送入 CO2傳感器進行檢測，信號通過軟件在電腦上顯示為995. 5 mg/L。[0053](1.7)氣液分離裝置中經過曝氣的液體通過排水閥連續排出。(2)總無機碳含量測定(2. 1)將純水、磷酸(質量濃度20%)和被測水樣通過低壓梯度混合器按照體積比例10:5:1混合；(2. 2)將混合后的液體液通過高壓恒流泵和兩個三通閥注入氣液分離裝置中，通過高純隊曝氣，將其中的(X)2吹出；(2. 3)吹出的CO2被連續的送入干燥器除去多余的水分；(2. 4)干燥后的CO2連續的送入CO2傳感器進行檢測，信號通過軟件在電腦上顯示為 0. 5 mg/L ；(2. 5)氣液分離裝置中經過曝氣的液體通過排水閥連續排出。(3)總有機碳含量測定總有機碳含量是總碳含量減去總無機碳含量，為995. 0 mg/L。實施例2 實驗室配置總有機碳含量為331. 7mg/L的葡萄糖溶液作為待測水樣，檢測過程如下(1)總碳含量測定(1. 1)將純水、雙氧水(質量濃度30%)和被測水樣通過低壓梯度混合器按照體積比例1:1:1混合；(1. 2)將混合后的液體通過高壓恒流泵和三通閥注入反應器內；(1. 3)將反應器加熱到380°C ；(1. 4)反應管內的液體經高壓泵加壓，在壓力22. IMI^a和溫度380°C的條件下進行超臨界水氧化反應；(1. 5)反應后的水經過一個背壓閥進入氣液分離裝置中，通過高純空氣曝氣，將其中的CO2吹出；(1. 6)吹出的CO2被連續的送入干燥器除去多余的水分，干燥后的CO2連續的送入 CO2傳感器進行檢測，信號通過軟件在電腦上顯示為328. 0 mg/L。(1.7)氣液分離裝置中經過曝氣的液體通過排水閥連續排出。(2)總無機碳含量測定(2. 1)將純水、磷酸(質量濃度20%)和被測水樣通過低壓梯度混合器按照體積比例1 1 1混合；(2. 2)將混合后的液體液通過高壓恒流泵和兩個三通閥注入氣液分離裝置中，通過高純空氣曝氣，將其中的CO2吹出；(2. 3)吹出的(X)2被連續的送入干燥器除去多余的水分；(2. 4)干燥后的(X)2連續的送入(X)2傳感器進行檢測，信號通過軟件在電腦上顯示為 0. 7 mg/L ；(2. 5)氣液分離裝置中經過曝氣的液體通過排水閥連續排出。(3)總有機碳含量測定總有機碳含量是總碳含量減去總無機碳含量，為327. 3 mg/L。實施例3 [0081]實驗室配置總有機碳含量為494. Omg/L的1，5_萘二磺酸溶液作為待測水樣，檢測過程如下(1)總碳含量測定(1. 1)將純水、雙氧水(質量濃度30%)和被測水樣通過低壓梯度混合器按照體積比例5:3:1混合；(1. 2)將混合后的液體通過高壓恒流泵和三通閥注入反應器內；(1. 3)將反應器加熱到560°C ；(1. 4)反應管內的液體經高壓泵加壓，在壓力32 MPa和溫度560°C的條件下進行超臨界水氧化反應；(1.5)處理后的水經過一個背壓閥進入氣液分離裝置中，通過高純Ar曝氣，將其中的0)2吹出；(1. 6)吹出的CO2被連續的送入干燥器除去多余的水分，干燥后的CO2連續的送入 CO2傳感器進行檢測，信號通過軟件在電腦上顯示為491. Omg/L。(1.7)氣液分離裝置中經過曝氣的液體通過排水閥連續排出。(2)總無機碳含量測定(2. 1)將純水、磷酸(質量濃度20%)和被測水樣通過低壓梯度混合器按照體積比例5:3:1混合；(2. 2)將混合后的液體液通過高壓恒流泵和兩個三通閥注入氣液分離裝置中，通過高純Ar曝氣，將其中的(X)2吹出；(2. 3)吹出的(X)2被連續的送入干燥器除去多余的水分；(2. 4)干燥后的(X)2連續的送入(X)2傳感器進行檢測，信號通過軟件在電腦上顯示為 0. 3 mg/L ；(2. 5)氣液分離裝置中經過曝氣的液體通過排水閥連續排出。(3)總有機碳含量測定總有機碳含量是總碳含量減去總無機碳含量，為490. 7 mg/L。
權利要求1.一種超臨界水氧化法在線檢測水質總有機碳含量的裝置，其特征在于將純水(1)、 氧化劑O)、被測水樣C3)和酸化劑(4)并聯接入低壓梯度混合器(5)，混合后液體經高壓恒流泵(6)后通過第一個三通閥(7)后分為兩路一路經反應器(8)、冷卻裝置(9)、背壓閥 (10)和第二個三通閥(11)接入氣液分離裝置(1 的水樣進口，另一路直接通過第二個三通閥(11)接入氣液分離裝置(1 的水樣進口 ；氣液分離裝置(1 的進氣口經氣體流量調節閥(13)與載氣(14)連接，氣液分離裝置(12)的氣體出口經干燥器(15)、CO2檢測器 (16)與計算機電連接，氣液分離裝置(1 的排水口經排水閥(17)將液體排出。
2.根據權利要求1中所述的一種超臨界水氧化法在線檢測水質總有機碳含量的裝置， 其特征在于所述的反應器(8)由加熱器和反應管組成。
3.根據權利要求1中所述的一種超臨界水氧化法在線檢測水質總有機碳含量的裝置， 其特征在于所述的冷卻裝置(9)是放在水浴冷卻的不銹鋼管。
4.根據權利要求1中所述的一種超臨界水氧化法在線檢測水質總有機碳含量的裝置， 其特征在于所述的背壓閥(10)是帶壓力表的背壓閥。
5.根據權利要求1中所述的一種超臨界水氧化法在線檢測水質總有機碳含量的裝置， 其特征在于所述的(X)2檢測器(16)是紅外檢測器。
專利摘要本實用新型公開了一種超臨界水氧化法在線檢測水質總有機碳含量的裝置。將純水、氧化劑、被測水樣和酸化劑并聯接入低壓梯度混合器，混合后液體經高壓恒流泵后通過第一個三通閥后分為兩路一路經反應器、冷卻裝置、背壓閥和第二個三通閥接入氣液分離裝置的水樣進口，另一路直接通過第二個三通閥接入氣液分離裝置的水樣進口；氣液分離裝置的進氣口經氣體流量調節閥與載氣連接，氣液分離裝置的氣體出口經干燥器、CO2檢測器與計算機電連接，氣液分離裝置的排水口經排水閥將液體排出。本實用新型采用超臨界水氧化法結合非色散紅外法，從進樣、反應到檢測，實現實時連續，從而實現了水質TOC的快速連續在線檢測。
文檔編號G01N21/17GK202083621SQ201120101058
公開日2011年12月21日 申請日期2011年4月8日 優先權日2011年4月8日
發明者夏信群, 張瀟, 張輝, 林楨, 裘越 申請人:浙江省計量科學研究院