CN106124499A

CN106124499A - 在线紫外消解总磷总氮总有机碳同步连续监测仪

Info

Publication number: CN106124499A
Application number: CN201610712720.XA
Authority: CN
Inventors: 徐滋秋; 孙瑞川; 徐成彬; 林家俊; 李德生; 于洪帅
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2016-11-16

Abstract

本发明提供了一种在线紫外消解总磷总氮总有机碳同步连续监测仪，特点是，包括与待测水样管路连接的冲洗器、微滤器、多个试剂瓶、多个蠕动泵、酸化反应器、氧化反应器、混合器、显色反应器、氧气瓶、流量计等，设有红外二氧化碳检测器、总氮检测器、总磷检测器、污水流量检测器等进行检测，然后由信号处理器以及数据处理器等处理检测的数据，本发明利用多个蠕动泵不停运行来实现水样与试剂的连续运转，降解效率和速度高，保证连续氧化的效率不低于95%，改变传统固定体积采样模式为流动采样模式，可实现每分钟采集待分析水样30次及以上频率，每天采集存贮总磷总氮总有机碳浓度单项平均值数据达1440次以上，实现真正意义上的总磷总氮总有机碳的连续监测。

Description

在线紫外消解总磷总氮总有机碳同步连续监测仪

技术领域

本发明涉及一种水体总磷总氮总有机碳和污染物排放总量的紫外消解连续监测装置，具体的说是一种利用氧气、气体分配器、紫外灯、过硫酸盐及高温氧化分解水体中总磷、总氮、总有机碳，并监测其含量的在线紫外消解总磷总氮总有机碳同步连续监测仪。

背景技术

水体中总磷、总氮和总有机碳浓度的高低直接反映了水质的富营养化和有机物污染情况，目前现有技术中对总磷总氮的检测只能是间歇式测定，不能连续监测，更不能实现总磷、总氮、总有机碳三个参数的连续监测，更不能实现总磷浓度和总磷总量、总氮浓度和总氮总量、总有机碳浓度和总有机碳总量的同步连续监测。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种操作简便、精度高并能实现在线连续监测分析总磷总氮和总有机碳浓度及排放污水中污染物总量的在线紫外消解总磷总氮总有机碳同步连续监测仪。

本发明的技术方案是：一种在线紫外消解总磷总氮总有机碳同步连续监测仪，特点是，包括有微滤器，微滤器与带有自动冲洗器的待测水样管路连通，在微滤器上通过管路连接有酸化球，酸化球另一端与酸化反应器连通，酸化反应器另一端连通进样管，进样管通过管路与氧化反应器连通，氧化反应器上连接有氧气瓶，在氧化反应器上设有出气管道，出气管道与气液分离器相连，气液分离器的另一端连接红外二氧化碳检测器；

在氧化反应器上还设有降解液流出管，降解液流出管的另一端连接总氮检测器；

在总氮检测器上通过管路连接有贮液杯，贮液杯另一端与混合器连通，混合器另一端连接显色反应器，显色反应器与总磷检测器相连接；

红外二氧化碳检测器、总氮检测器、总磷检测器以及污水流量检测器分别与信号处理器连接，信号处理器与数据处理器连接；

设有碱液试剂瓶、酸液及氧化液试剂瓶、还原液试剂瓶、显示液试剂瓶，其中，碱液试剂瓶通过管路以及碱试剂蠕动泵与进样管连接，酸液及氧化液试剂瓶通过管路及酸试剂蠕动泵与酸化球连接，还原液试剂瓶通过管路及还原试剂蠕动泵与混合器连接，显示液试剂瓶通过管路及显示剂蠕动泵与显色反应器连接；

在微滤器与酸化球连接的管路上设有水样蠕动泵，在贮液杯与混合器连接的管路上设有消解液蠕动泵；

在氧气瓶上设有流量计通过连接管路分别与酸化球、氧化反应器、混合器连通。

为了更好地实现发明目的，保证待测水样不能有影响测定结果的杂质存在，在所述的待测水样管路上设有自动冲洗器和三阶组合式微滤器，所述自动冲洗器中设有三通电磁阀和水泵，微滤器中设有常开式两通电磁阀、多个三通电磁阀、及40um微滤器、4um微滤器、0.45um微滤器等多个微滤器与待测水样管相通，预先过滤待测水样中的杂质，并保证待测水样能连续流通。

为了更好地实现发明目的，保证测定数据准确地传送至数据处理器，进行统计、显示和传送，在红外二氧化碳检测器、总氮检测器、总磷检测器以及污水流量检测器与数据处理器之间设置了信号处理器，所述信号处理器中设有信号线连接端子、电流/电压转换器、反相器、滤波器及模拟多路选通开关等，各个检测器的数据传送至信号处理器中经其分别处理后，再通过模拟多路选通开关预先设定的程序，按照顺序连续不断可靠地传输总磷、总氮、总有机碳的检测数据信号。由于已有技术中根本无法实现连续监测，因此也没有此类似技术，此结构是根据本发明技术方案而特别设计的，具有非常好的实用性。

为了更好地实现发明目的，在所述的总氮检测器和总磷检测器内都分别设有流动式比色皿，流动式比色皿内设有检测腔，检测腔两端设有玻璃窗口，检测腔上分别设有进液管和出液管，在出液管的出口处设有溢流瓦，溢流瓦的边缘设有溢流口。

为了更好地实现发明目的，在所述氧化反应器中还设有下面小上面大的螺旋式185nm紫外灯，在氧化反应器上还设有95±1℃加热器。

为了更好地实现发明目的，在氧气瓶与氧化反应器的连接处还设有氧气分配器。

本发明的结构基本可以分为三大部分：进样单元、分解单元及检测单元，进样单元包括与待测水样管路连接的冲洗器、微滤器、各个试剂瓶、各个蠕动泵等，分解单元包括酸化反应器、氧化反应器、混合器、显色反应器、氧气瓶、流量计等,检测单元包括红外二氧化碳检测器、总氮检测器、总磷检测器、污水流量检测器、信号处理器以及数据处理器等。本发明结构构思新颖，采用多个蠕动泵不停运行来实现水样与试剂的连续运转，配合95℃以上的高温、氧气及气体分配器等可以大大提高降解效率和速度，保证连续氧化的效率不低于95%，改变传统固定体积采样模式为流动采样模式，利用蠕动泵不断运动的传送压力及流动式比色皿的特殊结构，可实现每分钟采集待分析水样30次及以上频率，每天采集存贮总磷总氮总有机碳浓度单项平均值数据达1440次以上，实现真正意义上的总磷总氮总有机碳的连续监测。

与已有技术相比，本发明的优点是操作方便，分解效率高，能够连续监测水体总磷总氮总有机碳的浓度的变化，以及它们的浓度与污染物排放总量的同步连续监测。

下面结合附图并通过具体的实施案例来进一步说明本发明。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中的自动冲洗器和微滤器的结构示意图。

图3是本发明中的信号处理器和数据处理器的结构示意图。

图4是本发明中的流动式比色皿的结构示意图。

附图图面说明：

1—红外二氧化碳检测器，2—总氮检测器，3—总磷检测器，4—污水流量检测器，5—信号处理器，6—数据处理器，10—自动冲洗器，11—微滤器，12—碱液试剂瓶，13—酸液及氧化液试剂瓶，14—还原液试剂瓶，15—显示液试剂瓶，16—氧气瓶，17—贮液杯，21—水泵，22—碱试剂蠕动泵，23—水样蠕动泵，24—酸试剂蠕动泵，25—消解液蠕动泵，26—还原试剂蠕动泵，27—显示剂蠕动泵，31—酸化球，32—酸化反应器，33—混合器，34—显色反应器，41—氧气分配器，42—紫外灯，43—出气管道，44—气液分离器，45—进样管，46—降解液出流管，47—加热器，48—清洗管，49—氧化反应器，50—信号线连接端子，51—电流/电压转换器，52—电流/电压转换器，53—反相器，54—滤波器，55—反相器，56—滤波器，58—模拟多路选通开关，61—A/D转换器，62—单片机，63—控制器，70—流动式比色皿，71—检测腔，72—进液管，73—出液管，74—溢流瓦，75—溢流口，76—玻璃窗口，81—流量计，82—流量计，83—流量计，100—三通电磁阀，101—三通电磁阀，102—三通电磁阀，103—常开两通电磁阀，110—40um微滤器，111—4um微滤器，112—0.45um微滤器，113—待测水样管。

具体实施方式

参见图1,为了对待测水样进行有效过滤和长时间的运行，以水泵21为动力组成自动冲洗器10和三阶组合式微滤器11,参见图2所示，自动冲洗器10中设有三通电磁阀100和水泵21连接，微滤器11中设有三通电磁阀101、三通电磁阀102、常开式两通电磁阀103、40um微滤器110、4um微滤器111、0.45um微滤器112及待测水样管113，其中，三通电磁阀101分别与水泵21、三通电磁阀102、常开式两通电磁阀103连接，三通电磁阀102的一端与40um微滤器110连接并依次连接4um微滤器111、0.45um微滤器112及待测水样管113，常开式两通电磁阀103的一端与0.45um微滤器112连接；在微滤器11的待测水样管113上通过管路及水样蠕动泵23连接酸化球31，酸化球31另一端与酸化反应器32连通，酸化反应器32另一端连通进样管45，进样管45通过管路与氧化反应器49连通，氧化反应器49通过氧气分配器41连接有氧气瓶16，在氧化反应器49的上端设有出气管道43，出气管道43另一端与气液分离器44连接，气液分离器44的另一端连接红外二氧化碳检测器1。

在氧化反应器49上还设有降解液流出管46，降解液流出管46的另一端连接总氮检测器2，总氮检测器2采用220nm紫外光电检测器和紫外流通池组成。

在总氮检测器2上通过管路连接有贮液杯17，贮液杯17另一端通过管路及消解液蠕动泵25与混合器33连通，混合器33另一端连接显色反应器34，显色反应器34与总磷检测器3连接，总磷检测器3采用880nm红外光电检测器和红外流通池组成。

分别设置各检测用试剂瓶，如碱液试剂瓶12（氢氧化钠试剂瓶）、酸液及氧化液试剂瓶13（硫酸试剂瓶）、还原液试剂瓶14（抗坏血酸试剂瓶）、显示液试剂瓶15（钼酸铵-酒石酸锑钾试剂瓶），其中，氢氧化钠试剂瓶12通过管路及碱试剂蠕动泵22与进样管45连接，硫酸试剂瓶13通过管路及酸试剂蠕动泵24与酸化球31连接，抗坏血酸试剂瓶14通过管路及还原试剂蠕动泵26与混合器33连接，钼酸铵-酒石酸锑钾试剂瓶15通过管路及显示剂蠕动泵27与显色反应器34连接。

另外，在氧气瓶16上设有流量计81、流量计82、流量计83通过连接管路分别与酸化球31、氧化反应器49、混合器33连通。

为了更好地提高分解效率，在本装置中的氧化反应器49中还设有下面小上面大的螺旋式185nm紫外灯42，并在氧化反应器49上再加设有95±1℃加热器47，在其底部连接有清洗管48。

另外，总氮检测器2和总磷检测器3内的紫（红）外流通池设计为流动式比色皿结构，参见图4所示，流动式比色皿70内设有检测腔71，检测腔71的两端设有220nm紫外玻璃窗口76或880nm红外玻璃窗口76（总氮检测器2使用220nm紫外玻璃窗口，总磷检测器3使用880nm的红外玻璃窗口），检测腔71的管径大约为3mm左右，分别设有进液管72和出液管73与检测腔71连通，进液管72和出液管73与上述的待测水样管路连通。为了更好地适应管路压力，保持水样流通不断流，在出液管73端部还可以设有溢流瓦74，溢流瓦74的边缘设有溢流口75。

红外二氧化碳检测器1、总氮检测器2、总磷检测器3分别与信号处理器5及数据处理器6连接，另外还设置污水流量检测器4也与信号处理器5及与数据处理器6连接（污水流量检测器4的作用是监测废水流量，工矿企业、污水处理、医疗部门等污水排放大户必须同时监测污水流量数据，可以将检测器直接放入待测水样水路中）。参见图3所示，信号处理器5中设有信号线连接端子50、4-20mA/0-5V电流/电压转换器51、4-20mA/0-5V电流/电压转换器52、反相器53、滤波器54、反相器55、滤波器56及模拟多路选通开关58（AD7501（8路））等，其中，红外二氧化碳检测器1的数据经信号线连接端子50至电流/电压转化器51转换后与模拟多路选通开关58的A口对接，总氮检测器2的数据经信号线连接端子50至反相器53、滤波器54处理后与模拟多路选通开关58的B口对接、总磷检测器3的数据经信号线连接端子50至反相器55、滤波器56处理后与模拟多路选通开关58的C口对接，污水流量检测器4的数据经信号线连接端子50至电流/电压转换器52转换后与模拟多路选通开关58的D口对接。数据处理器6的A/D转换器61的A路输入端与模拟多路选通开关58的A口输出端连接，A/D转换器61的B路输入端与模拟多路选通开关58的B口输出端连接，A/D转换器61的C路输入端与模拟多路选通开关58的C口输出端连接，A/D转换器61的D路输入端与模拟多路选通开关58的D口输出端连接，A/D转换器61可采用 TLC2543CN（11路）型号，与16位单片机62、四路控制器63等连接组成数据处理器6。

工作原理

如图1所示，开启氧气瓶16和数据处理器6，待测水样经冲洗器10、水泵21抽取后进入微滤器11，滤除微小颗粒物，然后由水样蠕动泵23抽取定量的待测水样注入酸化球31，酸试剂蠕动泵24从硫酸试剂瓶13抽取定量的硫酸及过硫酸盐注入酸化球31与待测水样混合，氧气通过流量计81注入酸化球31并带动混有硫酸的待测水样进入酸化反应器32，使水样中的碳酸盐和碳酸氢盐分解成水和二氧化碳气体。二氧化碳气体从进样管45的顶端流出（去除无机盐），反应液以及过硫酸盐和没有反应的硫酸注入进样管45,碱试剂蠕动泵22从氢氧化钠试剂瓶12抽取定量的氢氧化钠溶液注入进样管45与残留的硫酸反应，使液体呈碱性以提高降解率，氧气从流量计82注入石英砂芯氧气分配器41变成微型氧气气泡，在氧化反应器49中，微型氧气气泡带动被加热成95±1℃的过硫酸盐氧化剂与95±1℃的磷化物、氮化物和有机化合物充分混合，加快分解。

微型氧气气泡带动水样与大比表面积强烈紫外光的螺旋形185nm紫外灯和周边的紫外光接触并在其四周流动，氧气转化，产生大量氧化力极强的臭氧，水转化，产生大量氧化力极强的活性羟基，保证氧化效率95%以上。

水样中的有机碳在过硫酸钾和紫外线的作用下转化为二氧化碳，二氧化碳在氧气的带动下,通过出气管道43进入气液分离器44，脱除水分的二氧化碳气体进入红外二氧化碳检测器1进行测定，测定输出的直流信号传送至信号处理器5的电流/电压转化器51转化成电压信号再送至模拟多路选通开关58的A口。

水样中的氮化物在过硫酸钾和紫外线的作用下转化为硝酸盐，硝酸盐从氧化反应器49的降解液流出管46进入220nm总氮光电检测器2进行测定，测定输出的模拟信号送至信号处理器5的反相器53、滤波器54处理后送至模拟多路选通开关58的B口。

测定完总氮的降解液流入贮液杯17，再由消解液蠕动泵25定量抽至混合器33，还原液试剂蠕动泵26从还原液试剂瓶14定量抽取抗坏血酸注入混合器33,氧气经流量计83注入混合器33，带动降解液与抗坏血酸充分混合，混合均匀的降解液与抗坏血酸流入显色反应器34，显示剂蠕动泵27从显示液试剂瓶15抽取定量的钼酸铵、酒石酸锑钾在显色反应器34完成显色后，注入880nm总磷光电检测器3进行测定，测定输出的模拟数据送至信号处理器5的反相器55、滤波器56处理后送至模拟多路选通开关58的C口。

在信号处理器5及数据处理器6中，由红外二氧化碳检测器1、总氮光电检测器2、总磷光电检测器3以及污水流量检测器4传输过来的检测信号经过八路模拟多路选通开关58和11路输入的12位AD转换器61按照予定程序定时顺序的转换成数字信号，再传送至单片机62、控制器63，计算，显示出总磷、总氮、总有机物及排放量的瞬时值和n秒、n分、n小时的平均值等，达到实时监测和连续监测的目的。

本装置中，由于设计了多个蠕动泵结构，改变传统的一次固定体积采样模式为流动采样模式，利用蠕动泵的不停运行实现了管路中水样与试剂的连续供给运转。由于采用氧气分配器，95±1℃加热器和下面小上面大的大比表面积螺旋形高强度185nm紫外光源，大大提高了降解效率和速度，保证连续氧化效率超过95%以上。另外，总氮检测器和总磷检测器内采用了流动式比色皿结构，利用蠕动泵不断运动的传送压力来实现水样的连续传送及检测，从而能够实现每分钟采集水样30次或以上的频率，每天采集存贮单项数据达1440次以上，实现真正意义上的总磷总氮总有机碳的连续监测。

由于本装置能够实现多种参数连续不断的检测，因此在后端的信号数据处理中特别加设了电流/电压转换器、反相器、滤波器和八路模拟多路选通开关与11路12位的A/D转换器等部件来连续传输信号，模拟多路选通开关通过预先设定的程序，按照顺序连续不断可靠地传输总磷总氮总有机碳的监测数据信号。由于已有的技术中根本无法实现连续监测，因此也没有此类似技术，此结构是本发明特别设计的，具有非常好的实用性。

Claims

1.一种在线紫外消解总磷总氮总有机碳同步连续监测仪，其特征是，包括有微滤器（11），微滤器（11）与带有自动冲洗器（10）的待测水样管路连通，在微滤器（11）上通过管路连接有酸化球（31），酸化球（31）另一端与酸化反应器（32）连通，酸化反应器（32）另一端连通进样管（45），进样管（45）通过管路与氧化反应器（49）连通，氧化反应器（49）上连接有氧气瓶（16），在氧化反应器（49）上设有出气管道（43），出气管道（43）与气液分离器（44）相连，气液分离器（44）的另一端连接红外二氧化碳检测器（1）；

在氧化反应器（49）上还设有降解液流出管（46），降解液流出管（46）的另一端连接总氮检测器（2）；

在总氮检测器（2）上通过管路连接有贮液杯（17），贮液杯（17）另一端与混合器（33）连通，混合器（33）另一端连接显色反应器（34），显色反应器（34）与总磷检测器（3）相连接；

红外二氧化碳检测器（1）、总氮检测器（2）、总磷检测器（3）以及污水流量检测器（4）分别与信号处理器（5）连接，信号处理器（5）与数据处理器（6）连接；

设有碱液试剂瓶（12）、酸液及氧化液试剂瓶（13）、还原液试剂瓶（14）、显示液试剂瓶（15），其中，碱液试剂瓶（12）通过管路以及碱试剂蠕动泵（22）与进样管（45）连接，酸液及氧化液试剂瓶（13）通过管路及酸试剂蠕动泵（24）与酸化球（31）连接，还原液试剂瓶（14）通过管路及还原试剂蠕动泵（26）与混合器（33）连接，显示液试剂瓶（15）通过管路及显示剂蠕动泵（27）与显色反应器（34）连接；

在微滤器（11）与酸化球（31）连接的管路上设有水样蠕动泵（23），在贮液杯（17）与混合器（33）连接的管路上设有消解液蠕动泵（25）；

在氧气瓶（16）上设有流量计（81）、流量计（82）、流量计（83）通过连接管路分别与酸化球（31）、氧化反应器（49）、混合器（33）连通。

2.根据权利要求1所述的在线紫外消解总磷总氮总有机碳同步连续监测仪，其特征是，所述的自动冲洗器（10）中设有三通电磁阀（100）、水泵（21），微滤器（11）中设有三通电磁阀（101）、三通电磁阀（102）、常开式两通电磁阀（103）、40um微滤器（110）、4um微滤器（111）、0.45um微滤器（112）及待测水样管（113），其中，三通电磁阀（101）分别与水泵（21）、三通电磁阀（102）、常开式两通电磁阀（103）连接，三通电磁阀（102）的一端与40um微滤器（110）连接并依次连接4um微滤器（111）、0.45um微滤器（112）及待测水样管（113），常开式两通电磁阀（103）的一端与0.45um微滤器（112）连接。

3.根据权利要求1所述的在线紫外消解总磷总氮总有机碳同步连续监测仪，其特征是，在所述的信号处理器（5）中设有信号线连接端子（50）、电流/电压转换器（51）、电流/电压转换器（52）、反相器（53）、滤波器（54）、反相器（55）、滤波器（56）及模拟多路选通开关（58），其中，红外二氧化碳检测器（1）的数据经信号线连接端子（50）至电流/电压转化器（51）转换后与模拟多路选通开关（58）对接，总氮检测器（2）的数据经信号线连接端子（50）至反相器（53）、滤波器（54）处理后与模拟多路选通开关（58）对接、总磷检测器（3）的数据经信号线连接端子（50）至反相器（55）、滤波器（56）处理后与模拟多路选通开关（58）对接，污水流量检测器（4）的数据经信号线连接端子（50）至电流/电压转换器（52）转换后与模拟多路选通开关（58）对接。

4.根据权利要求1所述的在线紫外消解总磷总氮总有机碳同步连续监测仪，其特征是，在所述的总氮检测器（2）和总磷检测器（3）内分别设有流动式比色皿（70），流动式比色皿（70）内设有检测腔（71），检测腔（71）两端设有玻璃窗口（76），检测腔（71）上分别设有进液管（72）和出液管（73），在出液管（73）的出口处设有溢流瓦（74），溢流瓦（74）的边缘设有溢流口（75）。

5.根据权利要求1所述的在线紫外消解总磷总氮总有机碳同步连续监测仪，其特征是，在所述氧化反应器（49）中设有下面小上面大的螺旋式185nm紫外灯（42）。

6.根据权利要求1所述的在线紫外消解总磷总氮总有机碳同步连续监测仪，其特征是，在所述氧化反应器（49）上设有95±1℃加热器（47）。

7.根据权利要求1所述的在线紫外消解总磷总氮总有机碳同步连续监测仪，其特征是，在氧气瓶（16）与氧化反应器（49）的连接处设有氧气分配器（41）。