RU2094799C1 - Device for determination of oxidized substances - Google Patents

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device has sequentially installed reservoir for reagent with dosing facility, mixer, reagent indicator positioned in drain pipe line, dosing facility of medium being analyzed, second indicator of reagent, reaction cell, time relay, and indication unit. Input of analyzed liquid dosing facility is coupled with main line of analyzed medium, and its output is connected to mixer input. Output of reagent dosing facility is connected to second input of mixer, and its input is coupled to reagent reservoir. Mixer output is coupled to input of reaction cell the output of which is connected to drain line. One of reagent indicators is positioned in reagent reservoir and second, at reaction cell output. At the same time both indicators are connected to indication unit, and dosing facilities, to time relay. Device has also second reservoir for reagent, second reagent dosing facility, the output of which is coupled to auxiliary reservoir, and output is connected to reaction cell input. In addition, device has third indicator of reagent located between mixer output and point of connection of auxiliary dosing facility. Reagent indicators are made as electrodes, and dosing facilities are manufactured as peristaltic pumps. EFFECT: higher measurement accuracy. 5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к приборам аналитической химии и предназначено для автоматического измерения содержания окисляемых продуктов, в частности углеродов, лигнинных веществ, сульфитных растворов, химического потребления кислорода (ХПК) сточных, оборотных и природных вод и т.д. The invention relates to analytical chemistry devices and is intended for automatic measurement of the content of oxidizable products, in particular carbons, lignin substances, sulfite solutions, chemical oxygen demand (COD) of wastewater, circulating and natural waters, etc.

Известно устройство (патент US, N 3725236, кл. G 01 N 27/46, 1973) - электрохимическая установка для определения потребления кислорода, содержащая источник пробы воды, электролизную камеру для получения кислорода, электрод для окисления органики в воде, причем избыток кислорода после окисления определяется дифманометрически. A device is known (US patent N 3725236, class G 01 N 27/46, 1973) - an electrochemical device for determining oxygen consumption, containing a source of water sample, an electrolysis chamber for producing oxygen, an electrode for oxidizing organics in water, and an excess of oxygen after oxidation is determined diffmanometrically.

Недостатки: низкая точность определения. Disadvantages: low accuracy of determination.

Известно также техническое решение (заявка DE, N 2737429, кл. G 01 N 33/18, 1979) способ и устройство для определения химической потребности в кислороде органических веществ, растворенных в воде, в котором в анализируемую пробу вводят кислород и фотометрически определяют результаты окисления. A technical solution is also known (application DE, N 2737429, class G 01 N 33/18, 1979) a method and apparatus for determining the chemical oxygen demand of organic substances dissolved in water, in which oxygen is introduced into the analyzed sample and the oxidation results are determined photometrically .

Недостатком является невозможность автоматизации анализа и низкая точность. The disadvantage is the inability to automate the analysis and low accuracy.

Наиболее близким заявляемому техническому решению является устройство определения степени химического загрязнения водной текучей среды (патент GB, N 1465080, кл. G 01 N 33/18, 1977). Устройство содержит градуированную емкость с анализируемой средой, источник реагента с дозатором и калориметрический индикатор реагента в смеси с анализируемой средой, причем о степени загрязнения судят по величинам остаточного реагента в смеси. Недостатками данного устройства, выбранного нами за прототип, являются невозможность использования его в качестве встаиваемого в магистраль, а также низкая точность анализа. The closest to the claimed technical solution is a device for determining the degree of chemical contamination of an aqueous fluid (patent GB, N 1465080, CL G 01 N 33/18, 1977). The device contains a graduated container with the analyzed medium, a source of reagent with a dispenser and a calorimetric indicator of the reagent mixed with the analyzed medium, and the degree of contamination is judged by the values of the residual reagent in the mixture. The disadvantages of this device, we have chosen for the prototype, are the inability to use it as a built-in trunk, as well as low accuracy analysis.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение функциональных возможностей устройства. The task to which the invention is directed, is to expand the functionality of the device.

Это достигается тем, что устройство для определения окисляемых веществ содержит емкость реагента, дозатор реагента и дозатор анализируемой среды, преимущественно выполненные в виде перистальтических насосов, управляемый электромагнитный клапан, не являющийся необходимым элементом устройства, два индикатора реагента, реакционную ячейку, реле времени и блок индикации, причем дозатор анализируемой жидкости соединен с одним из выходов смесителя и выходом электромагнитного клапана, одним из входов которого подсоединен к магистрали с анализируемой средой, а вторым с емкостью для реагента, емкость с реагентом через дозатор реагента подсоединена к второму смесителю, выход смесителя подсоединен к входу реакционной ячейки, а выход реакционной ячейки подключен к сливной магистрали, один индикатор реагента расположен после реакционной ячейки, второй в емкости реагента, причем индикаторы подсоединены к блоку индикации. В качестве реагента используют окислительно-восстановительную систему (ОВС), например феррицианид-феррицианид калия. This is achieved by the fact that the device for determining oxidizable substances contains a reagent tank, a reagent dispenser and an analyte dispenser, mainly made in the form of peristaltic pumps, a controlled solenoid valve, which is not a necessary element of the device, two reagent indicators, a reaction cell, a time relay and an indication unit moreover, the dispenser of the analyzed liquid is connected to one of the outputs of the mixer and the output of the electromagnetic valve, one of the inputs of which is connected to the line with an lysed medium, and the second with a reagent tank, the reagent tank through the reagent dispenser is connected to the second mixer, the mixer output is connected to the inlet of the reaction cell, and the output of the reaction cell is connected to the drain line, one reagent indicator is located after the reaction cell, the second in the reagent tank , and the indicators are connected to the display unit. The reagent used is a redox system (OVS), for example, potassium ferricyanide-ferricyanide.

Устройство может дополнительно содержать еще одну емкость для второго реагента, подключенную посредством дополнительно установленного второго дозатора реагента к входу реакционной ячейки. В этом случае устройство может содержать третий индикатор реагента, расположенный между смесителем и точкой подключения второй емкости. The device may further comprise another container for a second reagent connected via an additionally installed second reagent dispenser to the inlet of the reaction cell. In this case, the device may contain a third reagent indicator located between the mixer and the connection point of the second tank.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена функциональная схема устройства с тремя дозаторами и тремя индикаторами реагента. The invention is illustrated in the drawing, which shows a functional diagram of a device with three dispensers and three reagent indicators.

Предлагаемое устройство содержит три дозатора 1 3, емкость 4 для ОВС и емкость 5 для реагента, двухканальный электромагнитный клапан 6, смесители 7, 20, реакционную ячейку 8, индикаторы реагента 9 -11, усилитель мощности 12, блок индикации 13 и реле времени 14. Дозаторы 1 3 представляют собой перистальтические насосы. Входной канал дозатора 2 сообщен с емкостью 4 для ОВС и с первым впускным каналом 15 электромагнитного клапана 6. Входной канал дозатора 3 сообщен с выпускным каналом электромагнитного клапана 6, второй впускной канал 16 которого сообщен с магистралью 17 сточной воды. Входные каналы дозаторов 2 и 3 соединены соответственно с двумя входами смесителя 7, предназначенного для смешения исследуемого раствора с ОВС. Выход смесителя 7 через трубопровод 18 связан со входом смесителя 20. Выход реакционной ячейки 8 соединен трубопроводом 19 с канализационным стоком. Емкость реагента 5 через дозатор 1 соединена с входом смесителя 20. The proposed device contains three dispensers 1 3, capacity 4 for OVS and capacity 5 for reagent, two-channel solenoid valve 6, mixers 7, 20, reaction cell 8, reagent indicators 9 -11, power amplifier 12, display unit 13 and time relay 14. Dispensers 1 to 3 are peristaltic pumps. The inlet channel of the dispenser 2 is in communication with the capacity 4 for the OVS and with the first inlet channel 15 of the electromagnetic valve 6. The inlet channel of the dispenser 3 is in communication with the outlet channel of the electromagnetic valve 6, the second inlet channel 16 of which is connected to the sewage line 17. The input channels of the dispensers 2 and 3 are connected respectively to the two inputs of the mixer 7, intended for mixing the test solution with OVS. The output of the mixer 7 through a pipe 18 is connected to the input of the mixer 20. The output of the reaction cell 8 is connected by a pipe 19 to the sewage. The capacity of the reagent 5 through the dispenser 1 is connected to the input of the mixer 20.

Индикатор 9 расположен в емкости 4 для ОВС. Индикатор 10 установлен в трубопроводе 19 на выходе реакционной ячейки 8. Индикатор 11 установлен между смесителем 7 и 20. Индикаторы 9 11 электрически соединены через усилитель мощности 12 с блоком индикации 13. The indicator 9 is located in the tank 4 for OVS. The indicator 10 is installed in the pipe 19 at the output of the reaction cell 8. The indicator 11 is installed between the mixer 7 and 20. The indicators 9 11 are electrically connected through a power amplifier 12 to the display unit 13.

Выход реле времени 14, подключенного к сети переменного тока, электрически соединен с обмоткой электромагнитной катушки клапана 6 для управления его работой. The output of the time relay 14 connected to the AC mains is electrically connected to the coil of the electromagnetic coil of valve 6 to control its operation.

Трубопроводы, соединяющие элементы устройства, выполнены из химически неактивных материалов, например из силиконовой резины. The pipelines connecting the elements of the device are made of chemically inactive materials, for example, silicone rubber.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Дозаторы 2 и 3 подают под давлением в смеситель 7 соответственно ОВС из емкости 4 и анализируемую сточную воды из магистрали 17, причем подача сточной воды осуществляется через электромагнитный клапан 6, который работает в режиме подачи воды (впускной канал 15 закрыт). Соотношение объемов реакционных жидкостей, подаваемых в смеситель 7, должно быть строго фиксированным. Это соотношение выбирается таким, чтобы разность потенциалов на индикаторах 9 и 10 не превышала предельного значения изменения потенциала используемой ОВС. Например, если в качестве ОВС служит раствор феррицианида и ферроцианида калия, указанная величина составляет 140 мВ, при этом соотношение расходов ОВС и сточной воды лежит в пределах от 10:1 до 1:10. Смесь ОВС и сточной воды после смесителя 7 поступает в реакционную ячейку 8, в которой происходит химическая реакция, и далее сбрасывается в канализационный сток. The dispensers 2 and 3 are supplied under pressure to the mixer 7 respectively OVS from the tank 4 and the analyzed wastewater from the line 17, and the wastewater is supplied through an electromagnetic valve 6, which operates in the water supply mode (inlet channel 15 is closed). The ratio of the volumes of the reaction liquids supplied to the mixer 7 should be strictly fixed. This ratio is chosen so that the potential difference on the indicators 9 and 10 does not exceed the limit value of the potential change of the used OVS. For example, if a solution of ferricyanide and potassium ferrocyanide is used as an OVS, the indicated value is 140 mV, while the ratio of the expenses of the OVR and wastewater ranges from 10: 1 to 1:10. The mixture of OVS and wastewater after mixer 7 enters the reaction cell 8, in which a chemical reaction occurs, and then is discharged into the sewer.

Сигнал с индикаторов 9 и 10, равный разности потенциалов раствора ОВС и смеси ОВС со сточной водой, подается через усилитель 12 на блок индикации 13, шкала которого предварительно откалибрована в единицах ХПК. Описанные операции осуществляются в устройстве в режиме "измерение". The signal from indicators 9 and 10, which is equal to the potential difference between the OVS solution and the OVS mixture with wastewater, is fed through an amplifier 12 to the display unit 13, the scale of which is previously calibrated in COD units. The described operations are carried out in the device in the "measurement" mode.

При длительной эксплуатации устройства в реакционной ячейке происходит накопление продуктов реакции взаимодействия ОВС и компонентов анализируемой сточной воды. В результате этого то изменение потенциала (ΔE), которое измеряется между двумя индикаторами 9 и 10 (в качестве индикаторов использованы платиновые электроды), будет складываться из суммы двух параллельных процессов, а именно, изменение потенциала самой ОВС за счет реакции окисления компонентов сточной воды и взаимодействия ОВС с продуктами реакции первичного окисления. Данный факт вызывает резкое увеличение параметров ΔE Для устранения мешающего определению явления в конструкции устройства предусмотрена периодическая промывка реакционной ячейки окислительно-восстановительной системой с использованием электромагнитного клапана, причем при достижении ΔE 200 мВ электрический сигнал с преобразователя подается на обмотки электромагнитной катушки управляемого электромагнитного клапана 6, в результате чего происходит начало режима промывки, а реле времени 14 регулирует относительное время промывки. During long-term operation of the device in the reaction cell, the products of the reaction of the interaction between the OVS and the components of the analyzed waste water accumulate. As a result of this, the potential change (ΔE), which is measured between two indicators 9 and 10 (platinum electrodes were used as indicators), will consist of the sum of two parallel processes, namely, the change in the potential of the OVS itself due to the oxidation reaction of the wastewater components and interactions of OVS with products of the primary oxidation reaction. This fact causes a sharp increase in ΔE parameters. To eliminate the phenomenon that interferes with the determination, the device is designed to periodically flush the reaction cell with a redox system using an electromagnetic valve; moreover, when ΔE reaches 200 mV, the electric signal from the converter is fed to the windings of the electromagnetic coil of the controlled electromagnetic valve 6, As a result, the flushing mode starts, and the time relay 14 controls the relative flushing time.

Работа устройства в режиме "промывка" происходит следующим образом. The operation of the device in the "flushing" mode is as follows.

Усилитель 12 выдает электрический сигнал на электромагнитную катушку клапана 6, что вызывает автоматическое перекрытие его впускного канала 16 с одновременным открытием впускного канала 15. В результате в смеситель 7 раствор ОВС из емкости будет подаваться как через дозатор 3, так и через дозатор 2. При переключении электромагнитного клапана 6 устройство переводится из режима "измерение" в режиме "промывка". В этом режиме ОВС, проходя через смеситель 7, трубопровод 18 и реакционную ячейку 8, удаляет образовавшийся в этих элементах осадок продуктов взаимодействия и сточной воды. Длительность режима промывки для сточной воды определяется до пуска устройства в непрерывную эксплуатацию. Критерием оценки степени промывки является нулевое показание блока индикации 13. Экспериментально было установлено, что при работе устройства со сточными водами до биологической очистки оптимальное время промывки составляло порядка 1 ч, а при работе со сточными водами после биологической очистки порядка 30 мин. В соответствии с выбранными временными интервалами режимов "измерение" и "промывка" предварительно регулируют реле времени 14. The amplifier 12 generates an electric signal to the electromagnetic coil of valve 6, which causes automatic shutdown of its inlet channel 16 with the simultaneous opening of the inlet channel 15. As a result, the OVS solution from the tank will be supplied to the mixer 7 both through dispenser 3 and through dispenser 2. When switching solenoid valve 6, the device is transferred from the measurement mode to the flushing mode. In this mode, the OVS, passing through the mixer 7, the pipeline 18 and the reaction cell 8, removes the precipitate of interaction products and waste water formed in these elements. The duration of the washing regime for wastewater is determined until the device is put into continuous operation. The criterion for assessing the degree of washing is the zero indication of the indication unit 13. It was experimentally established that when the device was operated with wastewater before biological treatment, the optimal washing time was about 1 hour, and when working with wastewater after biological treatment, it was about 30 minutes. In accordance with the selected time intervals of the modes "measurement" and "flushing" pre-regulate the time relay 14.

По истечении заданного времени реле времени 14 переключается, открывается впускной канал 16 клапана 6 и, закрывая его, впускной канал 15. Измерения возобновляются. Кроме того, устройство позволяет определять, например концентрацию углеводов в растворе. Для этого должна использоваться схема с тремя дозаторами и тремя индикаторами реагента. After the set time has elapsed, the time relay 14 switches, the inlet channel 16 of the valve 6 opens and, closing it, the inlet channel 15. The measurements are resumed. In addition, the device allows you to determine, for example, the concentration of carbohydrates in solution. For this, a scheme with three dispensers and three reagent indicators should be used.

Дозаторы 2 и 3 подают в смеситель 7 соответственно ОВС из емкости 4 и анализируемую жидкость, содержащую углеводы, из магистрали 17, причем подача жидкости осуществляется через электромагнитный клапан 6, который работает в режиме ее подачи (впускной канал 15 закрыт). Соотношение объемов реакционных жидкостей, подаваемых в смеситель 7, должно быть строго фиксированным. Это соотношение выбирается таким, чтобы разность потенциалов на индикаторах 9 и 10 не превышала предельного значения изменения потенциала используемой ОВС, о чем говорилось в предыдущем примере. Смесь ОВС и анализируемой жидкости после смесителя 7 через трубопровод 18 (в котором происходит химическая реакция с легкоокисляемыми веществами) поступает в смеситель 20, куда также подается дозатором 1 реагент из емкости 5. (Соотношение объемов реагента и реакционной смеси должно быть строго фиксированным). После смесителя 20 жидкость поступает в реакционную ячейку 8, в которой происходит химическая реакция с трудноокисляемыми веществами, и далее срабатывается в канализационный сток. The dispensers 2 and 3 are fed into the mixer 7, respectively, the OVS from the tank 4 and the analyzed liquid containing carbohydrates from the line 17, and the liquid is supplied through an electromagnetic valve 6, which operates in the mode of its supply (inlet channel 15 is closed). The ratio of the volumes of the reaction liquids supplied to the mixer 7 should be strictly fixed. This ratio is chosen so that the potential difference on the indicators 9 and 10 does not exceed the limit value of the potential change of the used OVS, as mentioned in the previous example. The mixture of OVS and the analyzed liquid after mixer 7 through a pipe 18 (in which a chemical reaction occurs with easily oxidizable substances) enters the mixer 20, where reagent 1 is also fed from tank 5 (the ratio of the volumes of the reactant and the reaction mixture must be strictly fixed). After the mixer 20, the liquid enters the reaction cell 8, in which a chemical reaction occurs with hardly oxidizable substances, and then it is discharged into the sewer.

Сигнал с индикаторов 9 и 10, равный разности потенциалов раствора ОВС и смеси ОВС, реагента с анализируемой жидкостью, подается через усилитель 12 на блок индикации 13, шкала которого предварительно откалибрована для определения суммарной концентрации оксиляемых веществ. The signal from indicators 9 and 10, equal to the potential difference between the OVS solution and the OVS mixture, the reagent with the analyzed liquid, is fed through an amplifier 12 to the display unit 13, the scale of which is pre-calibrated to determine the total concentration of oxidizable substances.

Сигнал с индикаторов 10 и 11, равный разности потенциалов смеси ОВС с анализируемой жидкостью и смеси ОВС, реагента с анализируемой жидкостью, также через усилитель 12 подается на блок индикации 13, шлака которого предварительно откалибрована для определения концентрации углеводов в растворе. Описанные операции осуществляются в устройстве в режиме работы "измерение". The signal from indicators 10 and 11, equal to the potential difference of the mixture of OVS with the analyzed liquid and the mixture of OVS, the reagent with the analyzed liquid, is also fed through an amplifier 12 to the indicating unit 13, the slag of which is pre-calibrated to determine the concentration of carbohydrates in the solution. The described operations are carried out in the device in the operating mode "measurement".

Периодическая промывка реакционной ячейки окислительно-восстановительной системой с использованием электромагнитного клапана осуществляется таким же образом, что и в предыдущем примере. Единственным отличием является то, что на период промывки дозатор 1 отключается полностью. Periodic flushing of the reaction cell with a redox system using an electromagnetic valve is carried out in the same manner as in the previous example. The only difference is that dispenser 1 is turned off completely for the washing period.

Claims (5)

1. Устройство для определения окисляемых веществ, содержащее последовательно установленные емкость для реагента с дозатором, смеситель и индикатор реагента, установленный в сливном трубопроводе, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит дозатор анализируемой среды, второй индикатор реагента, реакционную ячейку, реле времени и блок индикации, причем вход дозатора анализируемой среды соединен с магистралью анализируемой среды, а выход с входом смесителя, к второму входу смесителя подключен выход дозатора реагента, вход которого соединен с емкостью реагента, выход смесителя соединен с входом реакционной ячейки, выход которой подключен к сливной магистрали, один из индикаторов реагента установлен в емкости для реагента, а второй на выходе реакционной ячейки, при этом оба индикатора подсоединены к блоку индикации, а дозаторы к реле времени. 1. A device for determining oxidizable substances, containing sequentially installed a container for a reagent with a dispenser, a mixer and a reagent indicator installed in a drain pipe, characterized in that it further comprises a analyzer dispenser, a second reagent indicator, a reaction cell, a time relay and an indication unit moreover, the input of the dispenser of the analyzed medium is connected to the line of the analyzed medium, and the output with the input of the mixer, the output of the reagent dispenser, the input of which with It is connected to the reagent tank, the mixer output is connected to the input of the reaction cell, the output of which is connected to the drain line, one of the reagent indicators is installed in the tank for the reagent, and the second at the output of the reaction cell, with both indicators connected to the display unit, and the dispensers to the relay time. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит вторую емкость для реагента, второй дозатор реагента, вход которого соединен с дополнительно введенной емкостью, а выход соединен с входом реакционной ячейки. 2. The device according to claim 1, characterized in that it further comprises a second reagent tank, a second reagent dispenser, the input of which is connected to the additionally introduced capacity, and the output is connected to the input of the reaction cell. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит третий индикатор реагента, установленный между выходом смесителя и местом подключения дополнительно введенного дозатора. 3. The device according to claim 2, characterized in that it further comprises a third reagent indicator mounted between the output of the mixer and the connection point of the additionally introduced dispenser. 4. Устройство по пп. 1 и 3, отличающееся тем, что индикаторы реагента выполнены в виде электродов. 4. The device according to paragraphs. 1 and 3, characterized in that the reagent indicators are made in the form of electrodes. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дозаторы выполнены в виде перестальтических насосов. 5. The device according to claim 1, characterized in that the dispensers are made in the form of peristaltic pumps.