CN206618713U - 一种水质氨氮在线监测装置 - Google Patents

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邬志斌
杨情东
曹恒瑞
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Bixing IOT Technology (Shenzhen) Co.,Ltd.
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ZHONGXING INSTRUMENT (SHENZHEN) Co Ltd
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Abstract

本实用新型提供一种水质氨氮在线监测装置，包括送样部和与送样部相连通的反应部，所述送样部包括阀门组、连接在阀门组与反应部的至少一个蠕动泵、和连接阀门组和至少一个蠕动泵的管路，所述反应部包括反应池、接通反应池的排液管路，反应池底部安置有搅拌电机，搅拌子设置在反应池底部，恒温模块设置在反应池上方，以及氨气敏电极被通过恒温模块插设于反应池。本实用新型测量水质氨氮在线监测装置不受水体颜色、浊度和颗粒物影响，试剂无毒，不会对环境造成二次污染。

Description

一种水质氨氮在线监测装置
技术领域
本实用新型涉及水质在线监测领域，更具体地涉及一种水质氨氮在线监测装置。
背景技术
氨氮作为主要超标污染物在七大水系中出现频率非常高，氨氮污染是全国性的污染问题。从市面上已有的在线氨氮分析仪主要使用两种分析方法：一种为电极法，适合于各类水质的监测，抗干扰性能较强；另一种为光度法，通常用于清洁地表水，对干扰离子和浊度有一定要求。
其中电极法有着试剂用量少、试剂配制比较简单、仪器维护比较方便、试剂无毒、分析周期短等优点。近年来的电极法仪器的使用广泛度已远远超过了光度比色法。因此，电极法将取代光度法成为氨氮监测的主要检测方法。
对于水质氨氮的检测方法主要分为光度法和电极法两类，目前市面上主流的水质氨氮在线监测基本采用光度法为主，而采用电极法的厂家极少，造成以上情况的主要原因为光度法相较于电极法而言其技术难度较低、开发成本低、结构相对简单。但采用光度法测量水质氨氮存在试剂二次有毒污染、测量结果受水体颜色、浊度等因素影响、运营成本较高等问题，而采用电极法则具有以下优势：a、测量结果不受水体颜色、浊度等因素影响；b、同时其试剂不会对环境造成二次污染；c、且运营维护成本极低的优势；d、测量周期短。于此同时采用电极法对水质氨氮测量需解决如下几个关键点：a、氨气敏电极属于超高阻抗的元器件，其信号处理难度很大；b、氨气敏电极受环境温度影响很大，容易出现漂移，导致测量电压很难稳定；c、氨气敏电极在氨氮浓度较低时，电极电位不成线性，导致无法测量浓度很低的氨氮水样。因此，开发出一款采用电极法实现水质氨氮监测的装置不仅具有更好的检测效果，同时也可解决当前采用光度法存在试剂二次污染等问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，为解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种水质氨氮在线监测装置。
为实现上述目的，本实用新型提供一种水质氨氮在线监测装置，包括送样部和与送样部相连通的反应部，所述送样部包括阀门组、连接在阀门组与反应部的至少一个蠕动泵、和连接阀门组和至少一个蠕动泵的管路，所述反应部包括反应池、接通反应池的排液管路，反应池底部安置有搅拌电机，搅拌子设置在反应池底部，恒温模块设置在反应池上方，以及氨气敏电极被通过恒温模块插设于反应池。
优选地，所述阀门组为五联体阀组。
优选地，所述五联体阀组包括预留阀、标液一阀、清洗液一阀、空白水一阀、空气一阀、水样阀、标液二阀、清洗液二阀、空白水二阀、空气二阀。
优选地，所述蠕动泵包括被设置在阀门组与反应池之间的双通道蠕动泵。
优选地，所述双通道蠕动泵与反应池之间设置有三通接头。
优选地，还包括向反应池泵送碱性试剂的单通道蠕动泵。
优选地，所述单通道蠕动泵与反应池之间设置有三通接头。
本实用新型还提供一种水质氨氮在线监测装置的使用方法，所述方法包括：通过蠕动泵分组向反应池泵送进样、分别测量、标定、根据电位和对应的浓度可得出相应的曲线、以及计算水样的浓度，通过两个蠕动泵和两个五联体阀组的方式进行试剂、标液和水样等组分的进样，同时在整个进样过程完全通过步进电机控制蠕动泵的转动来进行定量，每次测量均对仪器进行标定，测定流程为先对标一+空白水进行测量，然后对标一+水样进行测量，最后再对标一+标二进行测量，通过标一和标二的电位及对应的浓度可得出相应的曲线，根据曲线通过水样的电位可计算出水样的浓度。
优选地，每次对水样的测量均进行标一和标二的测量，同时在测量水样时加入固定浓度的标一。
优选地，所述装置可测量氨氮浓度低于0.1mg/L的水样。
本实用新型提供的判定方法用氨氮在线监测装置测试实际水样，具有以下优点：
1)、测量不受水体颜色、浊度和颗粒物影响；
2)、相较于传统的电极法仪器，采用标准加入法后的仪器检出限可达到0.01mg/L；
3)、单支电极可实现氨氮浓度为0～1000mg/L所有水样的测试；
4)、运营成本仅为光度法的1/5；
5)、试剂无毒，不会对环境造成二次污染。
附图说明
图1为水质氨氮在线监测装置的结构示意图。
具体实施方式
电极法测量水质氨氮的原理是根据中电极电位与浓度之间的关系符合能斯特方程，具体如下：
E＝E0+RT/nF*lnC
E0：当H离子活度为1时pH电极产生的电位；
R：气体常数；
T：热力学常数；
F：法拉第常数；
n：参加反应的得失电子数，此处为1；
C：水溶液中的氨氮浓度；
根据能斯特方程推导可得：
根据能斯特方程的推导公式：E＝E0+KlgC
则低标液浓度与测的电位的关系为：EL＝E0+KlgCL
则高标液浓度与测的电位的关系为：EH＝E0+KlgCH
则待测样浓度与测的电位的关系为：Es＝E0+KlgCs
由EL＝E0+KlgCL和EH＝E0+KlgCH可得
K＝(EH-EL)/(lgCH-lgCL)
其中:
EL为空白水与标液一(浓度为C1)同时加时测得的电位；
EH为标液二(浓度为C2)与标液一同时加时测得的电位；
CL为空白水和标液一混合后的浓度，我们采用的是标准加入法，用双头泵进行加样，泵管相同，所以CL近似为C1/2；
同理C H近似为(C1+C2)/2，Es为待测样(浓度为Cx)与标液一同时加时测得的电位；
Cs为待测样和标液一混合后的浓度，我们采用的是标准加入法，用双头泵进行加样，泵管相同，所以Cs近似为(C1+Cx)/2；
最终求得采用标准加入法水样浓度的计算公式如下：
本实用新型基于氨气敏电极方法，采用标准加入法的方式实现对水质氨氮的在线监测。标准加入法可大大的降低仪器的检出限，同时通过对氨气敏电极进行恒温结构的设计，可大大的减少外界环境对电极信号的影响。
本实用新型水质氨氮在线监测装置的结构如图1所示，其中五联体阀组11包括预留阀1、标液一阀2、清洗液一阀3、空白水一阀4、空气一阀5、水样阀6、标液二阀7、清洗液二阀8、空白水二阀9、空气二阀10。五联体阀组11与双通道蠕动泵13相连接，通过碱性试剂12的单通道蠕动泵14与三通接头16相连接，双通道蠕动泵13通过三通接头15与三通接头16相连接，三通接头16通过进样管路17与反应池20相连接，反应池20还连接有排液管路23。反应池20的底部安置有搅拌电机22，搅拌子21设置在反应池20的底部，恒温模块19设置在反应池20的上方，以及氨气敏电极18被通过恒温模块19插设于反应池20中。
所述标准加入法的具体实施方式为：通过两个蠕动泵13、14和两个五联体阀组11的方式进行试剂、标液和水样等组分的进样，同时在整个进样过程完全通过步进电机控制蠕动泵的转动来进行定量。每次测量均对仪器进行标定，测定流程为先对标一+空白水进行测量，然后对标一+水样进行测量，最后再对标一+标二进行测量，通过标一和标二的电位及对应的浓度可得出相应的曲线，根据曲线通过水样的电位可计算出水样的浓度。
该方法最大的优势在于每次对水样的测量均进行标一和标二的测量，这样可保证电极的电位与氨氮浓度的对数呈线性关系，大大的减少了由于计量误差、电极漂移等因素对测量结果的影响；同时在测量水样时加入固定浓度的标一，可以使得当水样浓度很低时，氨气敏电极依然有足够的电位相应，进而使得仪器能够测量氨氮浓度低于0.1mg/L的水样，且具有更高的准确性。
本实用新型除了在测量方法上采用了独特的标准加入法外，还对氨气敏电极进行恒温的设计，可降低温度与电极信号的漂移影响，以提高电极信号的稳定性，进而使得测量结果更加准确。
采用标准加入法+电极法测量氨氮的方式，相较于光度法解决了水体颜色、浊度和颗粒物对测量的影响，同时通过标准加入法和每次都进行标定的方式使得测量结果更加稳定可靠，同时也大大的降低了仪器的检出限。
在本实用新型的可选实施方式中，可设置通过脉冲精确控制步进电机，通过步进电机来驱动双通道和单通道蠕动泵对试剂、标液、水样等组分的精确进样，进而保证标准加入法在每次进样体积的一致。氨气敏电极采用恒温模块的设计，保证电极的温度变化不超过±0.1℃。对于电极信号数据的读取采用卡尔曼滤波的方式进行计算，可确保软件算法不受外界干扰，进而提高算法的正确性。
实施例：基于标准加入法测量水体氨氮浓度
根据本实用新型的设计，采用标准加入法对氨氮浓度为0.5mg/L的水样进行多次测试，具体的详细测量流程及步骤为如下表1所示：
表1测量流程及步骤
其中标一对应的浓度为1.4mg/L；标二对应的标液浓度为4.0mg/L；测量结果的数据如下表2所示：
表2测量结果
通过以上表格当中的数据可得出，经过采用标准加入法测量0.5mg/L的氨氮水样，其准确度可达到±5.0％以内，精密度为1.83％。
利用本实用新型提供的判定方法用氨氮在线监测装置测试实际水样，具有以下优点：
1)、测量不受水体颜色、浊度和颗粒物影响；
2)、相较于传统的电极法仪器，采用标准加入法后的仪器检出限可达到0.01mg/L；
3)、单支电极可实现氨氮浓度为0～1000mg/L所有水样的测试；
4)、运营成本仅为光度法的1/5；
5)、试剂无毒，不会对环境造成二次污染。
以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能限定本实用新型实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖范围内。

Claims (7)

1.一种水质氨氮在线监测装置，包括送样部和与送样部相连通的反应部，其特征在于，所述送样部包括阀门组、连接在阀门组与反应部的至少一个蠕动泵、和连接阀门组和至少一个蠕动泵的管路，所述反应部包括反应池、接通反应池的排液管路，反应池底部安置有搅拌电机，搅拌子设置在反应池底部，恒温模块设置在反应池上方，以及氨气敏电极被通过恒温模块插设于反应池。
2.根据权利要求1所述的水质氨氮在线监测装置，其特征在于，所述阀门组为五联体阀组。
3.根据权利要求2所述的水质氨氮在线监测装置，其特征在于，所述五联体阀组包括预留阀、标液一阀、清洗液一阀、空白水一阀、空气一阀、水样阀、标液二阀、清洗液二阀、空白水二阀、空气二阀。
4.根据权利要求1所述的水质氨氮在线监测装置，其特征在于，所述蠕动泵包括被设置在阀门组与反应池之间的双通道蠕动泵。
5.根据权利要求4所述的水质氨氮在线监测装置，其特征在于，所述双通道蠕动泵与反应池之间设置有三通接头。
6.根据权利要求1所述的水质氨氮在线监测装置，其特征在于，还包括向反应池泵送碱性试剂的单通道蠕动泵。
7.根据权利要求6所述的水质氨氮在线监测装置，其特征在于，所述单通道蠕动泵与反应池之间设置有三通接头。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109297917A (zh) * 2018-11-27 2019-02-01 浙江微兰环境科技有限公司 一种以双蠕动泵体系为核心的微流控氨氮监测流路体系
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CN110927235A (zh) * 2019-12-11 2020-03-27 中兴仪器（深圳）有限公司 一种微量碘在线分析仪及测量方法

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