CN201392315Y - 氨氮在线自动监测装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种氨氮在线自动监测装置,包括依次管路连接的样品提供装置、反应装置、滴定液储存装置,在所述的样品提供装置、反应装置之间以及反应装置、滴定液储存装置之间分别设置计量装置,其特征在于所述的计量装置为后端设置有光电计量管的蠕动泵。该发明试剂、样品精确定量,结果更精确可靠,可适用于氨氮污染在1-100mg/L的污水和地表水的在线监测。

Description

氨氮在线自动监测装置
技术领域
本实用新型属于水质监测仪器领域,更具体的说,涉及一种计算机控制的检测水中氨氮的仪器。
背景技术
氨氮(NH3-N)是一种重要的水环境污染物,氨氮的浓度反映着水环境受氨(NH3)和铵(NH4 +)的污染程度。氨氮不但作为还原性物质会消耗水中的溶解氧(DO),使水体发黑发臭;并且,氨氮作为最重要的营养盐会使地表水“富营养化”,促使水中的微生物、植物快速繁殖,摄取空气中的CO2形成水环境的CHO类有机污染;同时,在自来水中氨氮和其衍生物已被证实会引发癌症等疾病。因此,氨氮是公认的比有机污染物(COD)更加持久、更加有毒有害的污染物。
为了解决上述水环境污染问题,需要测定水质中含有的氨氮浓度。目前现有技术中有4种方法:蒸馏和滴定法、纳氏试剂比色法、水杨酸分光光度法和氨气敏电极法,蒸馏滴定法适用于浓度较高的、排放点远的污水监测,后二者适用于浓度很低的地表水监测。
蒸馏滴定法是根据氨(或铵)在碱性条件下生成氨气,氨气极易溶于pH值中性的溶液中,然后利用酸碱中和原理,用盐酸或硫酸做滴定吸收液,就可以了解污水中氨的污染程度。将污(废)水中的氨氮全部转变成氨气,然后将氨气从水样驱出,是为了防止污(废)水的清洁程度影响测定数据;从水样中驱出的氨气被吸收液全部吸收。
纳氏试剂比色法是采用碘化汞和碘化钾的碱性溶液与氨反应生成淡红棕色胶态化合物,其色度与氨氮含量成正比,通过测量溶液的其吸光度了解样品中氨氮的浓度;适用于浓度很低的、清洁的地表水监测;由于该法配制纳氏试剂时,需要有毒的化学药品氯化汞(HgCl2)。为了防止污染地表水,在线检测已经很少选用该法;而且,该法的分析上限仅为2mg/L,而污(废)水的氨氮浓度绝大多数在3~30mg/L之间,所以该法不适用于污水、工业废水的氨氮浓度检测。
水杨酸分光光度法也适用于低浓度方法,它是根据在亚硝基铁***存在下,铵与水杨酸盐和次氯酸离子反应生成蓝色化合物,在约697nm处用分光光度法可加以测定。其分析上限为1mg/L,并且该法需要的次氯酸钠溶液不易保存、显色时间标准要求必须超过60min等要求,如果不采用稀释水样的方法,不适于排放口的在线监测。
氨气敏电极法,即铵离子选择电极法,为近年来新发展起来的一种检测方法,常应用于水中氨氮的含量测定,也常在线使用。由于国内并未将该方法标准化,各生产厂家的研发和生产标准差距很大,电极质量不一;而且当水中一价阳离子浓度较高时,该方法的误差较大。
基于以上方法,现有技术开发了一些氨氮检测仪器,如中国专利ZL02235018.7于2003年4月16日公开了一种水中氨氮在线自动监测仪,包括反应器、吸收池、电导仪和电器控制装置,特别是在反应器与吸收池之间设有一输送氨氮气的输送管,吸收池内设一连接电导仪的测定电导值的电极。该专利是铵离子选择电极法测定氨氮的含量,由于其方法在目前市场的混乱状态,所以该发明很难得到推广应用,而且在水中一价阳离子浓度较高时,该仪器测的结果偏差较大。
中国专利ZL03242314.4于2003年10月29日公开了一种水质氨氮在线自动监测仪,是借助于测定材料的化学、物理性质来测试水中的某些成分含量,具体地说,是采用光电比色法对在线监测水质氨氮浓度的一种仪器所作结构的改进。它是基于光度法的氨氮在线自动监测仪的基本构件,即由试样采取单元,计量单元,试剂储存单元,反应器单元,检测单元,显示记录单元,工控、数据处理与传输单元组成,但本实用新型所述的反应器单元和检测单元是由一个光电比色池组成的。该发明采用的方法是采用光电比色法测定水中氨氮的含量。由于采用光电比色法的在线监测仪故障率高,仪器维护成本较大。
由于现有技术中氨氮监测仪器存在或多或少的缺陷,而现阶段环境保护日益重视,一个既能方便在线监测,又能解决现有监测仪的缺陷的需求越来越迫切。本发明由此而来。
实用新型内容
本实用新型提供了一种新的氨氮检测装置,解决了现有技术中氨氮监测仪误差较大、故障率较高、维护成本较大等问题。
为了解决现有技术中存在的上述问题,本实用新型提供的解决方案如下:
一种氨氮在线自动监测装置,包括依次管路连接的样品提供装置、反应装置、滴定液储存装置,在所述的样品提供装置前端以及反应装置、滴定液储存装置之间分别设置计量装置,其特征在于所述的计量装置为后端设置有光电计量管的蠕动泵。
优选的,所述的光电计量管包括确定容积的计量管,所述计量管外侧设置有光电检测器,光电检测器通过线路与控制蠕动泵的可编程逻辑控制器相连。
优选的,所述的光电检测器包括处于计量管外侧分布的计量发射源和计量接受源,计量接受源接受计量发射源发出的光信号后通过光电转换电路传送给可编程逻辑控制器。
优选的,在所述反应装置外侧设置有滴定反应检测器,滴定反应检测器通过线路与控制蠕动泵的可编程逻辑控制器相连。
优选的,所述的滴定反应检测器包括处于反应装置外侧分布的发射源和接受源,接受源接受发射源发出的光信号后通过光电转换电路传送给可编程逻辑控制器。
优选的,在样品提供装置和反应装置间设置有多样选择阀,所述多向选择阀单向选择启闭样品提供装置、计量装置、无氨水瓶、废液瓶、吸收剂瓶、洗液瓶、逐出剂瓶以及样品瓶的连通。
优选的,所述样品提供装置为具有碱性解吸吹脱液的解吸吹脱瓶,在所述的反应装置里设置有氨气吸收液,从解吸吹脱瓶释放的气体通过管路通入氨气吸收液中。
优选的,所述的氨氮在线自动监测装置还设置有温度控制装置,所述的温度控制装置分别与反应装置、样品提供装置连通加热。
优选的,所述的温度控制装置包括吹脱热电偶和吸收热电偶,所述吹脱热电偶设置在解吸吹脱瓶中,所述吸收热电偶设置在反应装置下端。
优选的,所述的蠕动泵内设置有泵壳通道内的弹性管,弹性管内侧为八轴步进电机的滚轮,所述的可编程逻辑控制器连接在所述多轴步进电机上。
优选的,所述的氨氮在线自动监测装置通过数据传输装置与远程控制***联络;所述的数据传输装置包括电话网络、GSM手机短信息网、GPRS或CDMA网络。
本发明技术方案中由于采用后端设置有光电计量管的蠕动泵的计量装置,克服了蠕动泵由于一段时间使用或其它原因导致的流量不稳定造成的误差;而且采用蠕动泵负压吸入方式进行采集样品和试剂,保证液体不和泵管接触,从根本上杜绝了泵管对液体的污染,同时也避免了泵管腐蚀,延长了蠕动泵的寿命。同时,在优选方案中在反应装置外侧采用高性能的光电技术判定滴定终点,大大提高了滴定终点的判断准确度,并且不直接和液体接触,避免了电极法的一些问题,如电极对液体污染、电极使用寿命较短。
本发明技术方案中采用具有碱性溶液的解吸吹脱瓶释放气体如NH3通过管路通入氨气吸收液中,同时使用温度控制装置控制对解吸吹脱瓶进行加热。这样可以防止干扰和保证氨氮驱出率接近99.95%以上,在20min内用空气吹脱和驱赶氨气出解吸吹脱瓶,保持液体在98℃以上,呈微沸腾状态(温度可以根据海拔高度进行适当调整),比单纯的蒸馏法驱赶用时短、不夹带液体、驱出彻底等;被驱出的氨气被反应装置中的特殊配制的吸收液所吸收,吸收过程使用温度控制装置控制吸收温度,保证氨气吸收率接近99.95%以上,并且不受气温等环境条件的影响。
本发明人经过长期探索研究得到的氨氮在线自动监测装置是基于中国国家标准《水质铵的测定蒸馏和滴定法》(GB7478-87),所以通过滴定所获得的数据不需要进行对比转换可以直接使用,结果更精确可靠。本发明中操作步骤和化学分析的原理相同,有利于操作员上手和操作。而且,本发明采用的装置在严格遵守标准中的条件和步骤的基础上又采用可编程逻辑控制器控制反应终点和精确计算滴定反应时使用的液体用量,方便仪器的自动化操作,又能达到比现有技术更高的精度。
本发明人设计的氨氮在线自动监测装置可以通过远程数据传输技术灵活组网,可以实现电话网络、GSM手机短信息网、GPRS或CDMA网络实时监控中心对监测点的远程遥控、遥测以及监测点对监控中心的逆向报警,这样可实现在线监测的技术要求。
另外,本发明优选方案中采用多向选择阀,通道灵活多样,摒弃了昂贵的隔膜电磁阀,大大降低了维护量和维护成本。
本发明的技术方案测定的范围可以达1.0~100.0mg/L,甚至更高,因而本发明的技术方案可以用于污(废)水和污染较重(氨氮污染超过1~2mg/L)的河流水质处理厂排放口达标情况的在线监测,也可以用于地表水质的监测。
附图说明
图1是本实用新型实施例水质氨氮自动在线监测仪的结构示意图。
其中,1为蠕动计量泵,2为滴定反应检测器,3为计量管,4为光电检测器,5为滴定液储存装置,6为解吸吹脱瓶,7为反应装置,8为温度控制装置、10为多向选择阀,11为无氨水瓶,12为废液瓶,13为样品瓶,14为吸收剂瓶、15为逐出剂瓶。
具体实施方式
为了详细说明本实用新型的技术方案,以下通过具体实施例来详细说明:
实施例如图1,一种水质氨氮自动在线监测仪,包括依次管路连接的具有碱性解吸吹脱液的解吸吹脱瓶6、反应装置7、滴定液储存装置5,在样品提供装置、反应装置之间以及反应装置、滴定液储存装置之间分别设置计量装置,该计量装置为后端设置有光电计量管的蠕动泵1,蠕动泵内设置有泵壳通道内的弹性管,弹性管内侧为八轴步进电机的滚轮,所述的可编程逻辑控制器连接在所述多轴步进电机上。该光电计量管包括确定容积的计量管3,计量管外侧设置有光电检测器4,光电检测器包括处于计量管两侧分布的计量发射源和计量接受源,计量接受源接受计量发射源发出的光信号后通过光电转换电路传送给可编程逻辑控制器。在反应装置外侧设置有滴定反应检测器2,滴定反应检测器包括处于反应装置两侧分布的发射源和接受源,滴定反应检测器也通过线路与控制蠕动泵的可编程逻辑控制器相连。
在样品提供装置和反应装置间设置有多向选择阀10,所述多向选择阀单向选择启闭样品提供装置、计量装置、无氨水瓶11、废液瓶12、吸收剂瓶14、洗液瓶、逐出剂瓶15以及样品瓶13的连通。
样品提供装置为具有碱性解吸吹脱液的解吸吹脱瓶,在所述的反应装置里设置有氨气吸收液,从解吸吹脱瓶释放的气体通过管路通入氨气吸收液中。氨氮在线自动监测装置还设置有温度控制装置8,包括吹脱热电偶和吸收热电偶,所述吹脱热电偶设置在解吸吹脱瓶中,所述吸收热电偶设置在反应装置下端,温度控制装置分别与反应装置、样品提供装置连通加热。
当测量循环过程开始后,用新的水样冲洗各连接管路、计量管和样品提供装置前端设置的消解装置,以除去残留在管路上的干扰物以及样品中的干扰物。使用计量装置蠕动泵将水样和解吸吹脱液先后加到解吸吹脱瓶中,在高温和碱性条件下解吸吹脱20min,氨气被空气吹脱而进入反应装置中,在反应装置被特配的吸收液在严格控制温度(如30℃)的条件吸收。在解吸和吸收过程中可以通过鼓泡混合液体,保证解吸吹脱瓶、反应装置中的溶液完全混合,以具有很好解吸和吸收条件。然后在严格控制温度的条件下,用盐酸标准溶液进行滴定,利用滴定反应检测器如光电检测器判断滴定终点。该装置可以利用空白盐酸标准溶液的用量、盐酸标准溶液用量、水样的体积,计算得到水样的氨氮。本装置的示值误差不大于±10%、稳定性误差不大于±10%、重复性误差不大于±3%、量程漂移不大于±10%。
由于测量中水样和溶液采用蠕动泵负压吸入方式,不直接与蠕动泵管接触杜绝了泵管对液体的污染和避免了泵管的腐蚀和干扰物污染,同时采用光电计量管,防止由于蠕动泵流量变化而造成的加液量的误差。采用高性能的光电技术,大大提高了滴定终点的判断准确度,并且不直接和液体接触,避免了电极法的问题:电极对液体污染、电极使用寿命较短。
上述实例只为说明本实用新型的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本实用新型的内容并据以实施,并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种氨氮在线自动监测装置,包括依次管路连接的样品提供装置、反应装置、滴定液储存装置,在所述的样品提供装置前端以及反应装置、滴定液储存装置之间分别设置计量装置,其特征在于所述的计量装置为后端设置有光电计量管的蠕动泵。
2、根据权利要求1所述的氨氮在线自动监测装置,其特征在于所述的光电计量管包括确定容积的计量管,所述计量管外侧设置有光电检测器,光电检测器通过线路与控制蠕动泵的可编程逻辑控制器相连。
3、根据权利要求2所述的氨氮在线自动监测装置,其特征在于所述的光电检测器包括处于计量管外侧分布的计量发射源和计量接受源,计量接受源接受计量发射源发出的光信号后通过光电转换电路传送给可编程逻辑控制器。
4、根据权利要求1所述的氨氮在线自动监测装置,其特征在于在所述反应装置外侧设置有滴定反应检测器,所述的滴定反应检测器包括处于反应装置外侧分布的发射源和接受源,接受源接受发射源发出的光信号后通过光电转换电路传送给控制蠕动泵的可编程逻辑控制器。
5、根据权利要求1所述的氨氮在线自动监测装置,其特征在于在样品提供装置和反应装置间设置有多向选择阀,所述多向选择阀单向选择启闭样品提供装置、计量装置、无氨水瓶、废液瓶、吸收剂瓶、洗液瓶、逐出剂瓶以及样品瓶的连通。
6、根据权利要求1所述的氨氮在线自动监测装置,其特征在于所述样品提供装置为具有碱性解吸吹脱液的解吸吹脱瓶,在所述的反应装置里设置有氨气吸收液,从解吸吹脱瓶释放的气体通过管路通入氨气吸收液中。
7、根据权利要求1所述的氨氮在线自动监测装置,其特征在于所述的氨氮在线自动监测装置还设置有温度控制装置,所述的温度控制装置分别与反应装置、样品提供装置连通加热。
8、根据权利要求7所述的氨氮在线自动监测装置,其特征在于所述的温度控制装置包括吹脱热电偶和吸收热电偶,所述吹脱热电偶设置在解吸吹脱瓶中,所述吸收热电偶设置在反应装置下端。
9、根据权利要求1所述的氨氮在线自动监测装置,其特征在于所述的蠕动泵内设置有泵壳通道内的弹性管,弹性管内侧为八轴步进电机的滚轮,所述的可编程逻辑控制器连接在所述多轴步进电机上。
10、根据权利要求1所述的氨氮在线自动监测装置,其特征在于所述的氨氮在线自动监测装置通过数据传输装置与远程控制***联络;所述的数据传输装置包括电话网络、GSM手机短信息网、GPRS或CDMA网络。
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