COD传感器的工作原理

COD传感器的核心功能是通过特定技术手段，量化水体中还原性物质（主要是有机物，也包括亚硝酸盐、硫化物等无机物）被氧化所需的氧量，其工作原理基于“氧化-检测"的核心逻辑，但具体技术路径因传感器类型而异。目前主流的COD传感器原理可分为化学氧化法和物理光学法两大类。

一、重铬酸钾氧化-光度法（国标法衍生，高精度） 该原理是实验室经典重铬酸钾法（GB 11914-89）的自动化改良，核心是通过强氧化剂氧化有机物，再通过检测氧化反应的产物或剩余氧化剂浓度反推COD值，适用于高准确度要求的场景（如污水处理厂排放口、工业废水）。

 工作步骤：

 1. 样品预处理：传感器自动采集水样，去除大颗粒杂质（部分传感器带过滤装置），避免干扰。

 2. 强氧化反应：向水样中加入过量重铬酸钾（K₂Cr₂O₇）作为氧化剂，同时加入硫酸（H₂SO₄）提供酸性环境，并加入银盐（Ag₂SO₄）作为催化剂（加速有机物氧化）和汞盐（HgSO₄）掩蔽氯离子（避免Cl⁻被氧化干扰结果）。

 3. 加热消解：通过电加热将混合液加热至165℃左右，保持20-30分钟，使重铬酸钾与水样中的还原性物质充分反应： - 有机物（以C表示）被氧化为CO₂和H₂O； - 重铬酸钾中的Cr⁶⁺（橙黄色）被还原为Cr³⁺（绿色）。

 4. 光度检测：消解完成后，传感器通过光学模块测量溶液的吸光度变化： - 测量Cr³⁺在特定波长（如600-620nm）的吸光度，其浓度与COD值成正比（还原反应越充分，Cr³⁺越多，吸光度越高）； - 或测量剩余Cr⁶⁺在特定波长（如420nm）的吸光度，其浓度与COD值成反比（有机物越多，剩余Cr⁶⁺越少，吸光度越低）。 

5. 计算COD值：通过预设的标准曲线（已知COD浓度的标准溶液与吸光度的对应关系），将吸光度信号转换为COD浓度（单位：mg/L）。

 特点：

 - 优势：与国标方法一致性高，准确性好，抗干扰能力强（可掩蔽氯离子），适用于复杂水体（如工业废水）。

 - 劣势：需消耗化学试剂（运行成本较高），消解过程耗时（通常需30分钟左右），结构较复杂（含加热、进样、试剂存储模块）。

 二、紫外吸收法（快速在线监测，无试剂）

 该原理基于有机物对特定波长紫外光的吸收特性，无需化学氧化，直接通过光学检测推算COD值，适用于实时性要求高、水质相对简单的场景（如地表水、饮用水源地、污水处理过程监控）。

 工作原理： 水体中的有机物（尤其是含共轭双键或芳香环的有机物，如苯系物、腐殖酸等）对**254nm波长的紫外光（UV₂₅₄） 有强烈吸收，且吸收强度与有机物浓度正相关。此外，浊度会干扰紫外光的传播（散射作用），因此需同时校正浊度影响。

 工作步骤： 

1. 双波长检测：传感器内置紫外光源（254nm）和可见光光源（如546nm，用于检测浊度），光线穿过水样池（流通式或静态池）后被接收器捕捉。 - UV₂₅₄：测量有机物的紫外吸收强度（A₂₅₄）； - 可见光（如546nm）：测量浊度引起的光散射/吸收强度（A浊度）。

 2. 浊度校正：通过算法扣除浊度对紫外吸收的干扰（浊度会使A₂₅₄虚高），得到仅由有机物引起的净吸收值（A净 = A₂₅₄ - k×A浊度，k为校正系数）。

 3. 换算COD值：通过校准实验建立“净吸收值-COD浓度"的标准曲线（不同水体的有机物组成不同，需现场校准），最终将A净转换为COD值

 特点：

 - 优势：无需试剂，无二次污染，响应速度快（秒级出数），适合连续实时监测，维护成本低。

 - 劣势：仅对含紫外吸收基团的有机物敏感（对不含双键的有机物如甲醇、乙醇响应弱），受浊度、色度干扰较大，需定期校准以匹配实际水体特性。

 三、氧化法（高锰酸盐指数，适用于清洁水体） 该原理以（KMnO₄）为氧化剂，主要用于测量高锰酸盐指数（CODMn），常用于地表水、饮用水等较清洁水体的轻度污染监测（COD值较低场景），与重铬酸钾法的核心区别是氧化剂强度不同（氧化性弱于重铬酸钾，无法氧化部分难降解有机物）。

 工作步骤： 、

1. 在酸性或碱性条件下，向水样中加入过量，加热消解，使Mn⁷⁺（紫红色）被还原为Mn²⁺（无色或淡粉色）。

 2. 消解后，通过光度法检测剩余的浓度（或用亚铁盐滴定过量，传感器可通过电位变化检测滴定终点），反推COD值。

 特点： 

- 优势：试剂毒性低（相比重铬酸钾），操作相对简单，适合低COD水体。

 - 劣势：氧化能力有限，无法反映难降解有机物污染，通常不用于工业废水等高污染场景。 

四、其他辅助原理（电化学法等） 部分新型传感器采用电化学原理，例如：

 - 电解氧化法：通过电极产生强氧化剂（如羟基自由基·OH）氧化有机物，测量电解过程中的电流变化或电量消耗，推算COD值。

 - 生物传感器法：利用微生物（如芽孢杆菌）呼吸作用消耗有机物时的氧气变化（通过溶解氧电极检测），间接反映COD浓度，但受温度、pH影响较大，稳定性有待提升。

 核心逻辑总结   无论哪种原理，COD传感器的本质都是通过“氧化反应"或“物理特性"建立可测量信号（吸光度、电流、电量等）与COD浓度的定量关系，关键差异在于：

 - 化学氧化法（重铬酸钾、）通过“氧化-检测产物"实现，准确性高但耗时；

 - 紫外吸收法通过“光学特性-浓度关联"实现，快速便捷但依赖校准和水体特性。

 实际应用中，需根据监测场景的COD范围、精度要求、干扰因素（如氯离子、浊度）选择适配的原理类型，例如：工业废水优先选重铬酸钾法，地表水在线监测优先选紫外吸收法。