RU2139530C1 - Proximity analyzer of chemical and biochemical consumption of oxygen dissolved in water - Google Patents
Proximity analyzer of chemical and biochemical consumption of oxygen dissolved in water Download PDFInfo
- Publication number
- RU2139530C1 RU2139530C1 RU98115143A RU98115143A RU2139530C1 RU 2139530 C1 RU2139530 C1 RU 2139530C1 RU 98115143 A RU98115143 A RU 98115143A RU 98115143 A RU98115143 A RU 98115143A RU 2139530 C1 RU2139530 C1 RU 2139530C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxygen
- water
- consumption
- biochemical
- amperometric
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области амперометрического определения химического и биохимического потребления растворенного и кислорода в природной и сточной воде и может быть использовано в системах лабораторного и непрерывного автоматического контроля технологических процессов очистки природной и сточной воды. The invention relates to the field of amperometric determination of the chemical and biochemical consumption of dissolved and oxygen in natural and waste water and can be used in laboratory and continuous automatic monitoring of technological processes for purification of natural and waste water.
Известны способы и устройства для определения химического и биохимического потребления растворенного кислорода в воде
(см. а.с. СССР N 1133553 МКИ G 01 N 33/18, патент Японии N 4-47264 МКИ G 01 N 33/18, патент Германии N 4130465 МКИ G 01 N 33/18, 21/49, G 12 Q 1/02, патент Германии N 4301087 G 01 N 27/333, G 01 N 33/18, патент ЕПВ N 0537210 МКИ G 01 N 33/18, патент Японии N 3-77460 МКИ G 01 N 33/18, а.с. СССР N 1157940, МКИ G 01 N 27/48). "Изобретения стран мира" 1985 - 1996 гг..Known methods and devices for determining the chemical and biochemical consumption of dissolved oxygen in water
(see A.S. USSR N 1133553 MKI G 01 N 33/18, Japanese Patent N 4-47264 MKI G 01 N 33/18, German Patent N 4130465 MKI G 01 N 33/18, 21/49, G 12 Q 1/02, German patent N 4301087 G 01 N 27/333, G 01 N 33/18, EPO patent N 0537210 MKI G 01 N 33/18, Japanese patent N 3-77460 MKI G 01 N 33/18, and USSR N 1157940, MKI G 01 N 27/48). "Inventions of the world" 1985 - 1996 years.
Из известных способов и устройств наиболее близким по технической сущности является способ и устройство описанное в а.с. СССР N 1157940 МКИ G 01 N 27/48 "Изобретение стран мира", N 8, 1986 г. и в патенте Японии N 3-77460 МКИ G 01 N 33/18 "Изобретения стран мира", N 11, 1993 г. Of the known methods and devices, the closest in technical essence is the method and device described in A.S. USSR N 1157940 MKI G 01 N 27/48 "Invention of the World", N 8, 1986 and Japanese Patent No. 3-77460 MKI G 01 N 33/18 "Invention of the World", N 11, 1993
А.с. СССР N 1157940
1. Способ определения содержания органических примесей в воде путем пропускания через исследуемую среду с помощью электродов, один из которых платиновой, ряда прямоугольных импульсов при уровне потенциала пластинового электрода от -0,1 до +1,8b с выдержкой при каждом потенциале 1 - 2c, затем двух измерительных идентичных импульсов...A.S. USSR N 1157940
1. The method of determining the content of organic impurities in water by passing through the test medium using electrodes, one of which is platinum, a series of rectangular pulses at the level of the potential of the plate electrode from -0.1 to + 1.8b with an exposure at each potential of 1 - 2c, then two measuring identical pulses ...
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью экспрессного определения величины бихроматной окисляемости, электрод после второго измерительного импульса выдерживают при уровне потенциала 1,2 - 1,4b... 2. The method according to p. 1, characterized in that, in order to expressly determine the amount of bichromate oxidizability, the electrode after the second measuring pulse is maintained at a potential level of 1.2 - 1.4b ...
4. Устройство для определения содержания органических примесей в воде, содержащее электрохимический датчик, соединенный с регулирующим усилителем, к инвертирующему входу которого подключено программное задающее устройство, а к выходу - вспомогательный электрод с согласующим усилителем, вход которого подключен к сравнительному электроду, а выход к инвертирующему входу регулирующего усилителя, и с токовым усилителем, к инвертирующему входу которого подключен рабочий электрод, а к выходу - коммутирующие элементы, соединенные с блоком функциональных преобразований, содержащим интегратор, вычитающее устройство и компаратор, отличающееся тем, что устройство снабжено компенсационно-уравновешивающим устройством, включающим компаратор, цифровой аттенюатор, цифроаналоговый преобразователь с долговременной памятью, дешифратор состояния и устройство динамической индикации... 4. A device for determining the content of organic impurities in water, containing an electrochemical sensor connected to a control amplifier, to the inverting input of which a software driver is connected, and to the output, an auxiliary electrode with a matching amplifier, the input of which is connected to the comparative electrode, and the output to the inverting the input of the control amplifier, and with a current amplifier, to the inverting input of which a working electrode is connected, and to the output are switching elements connected to the unit national transformations containing an integrator, a subtractor and a comparator, characterized in that the device is equipped with a compensation-balancing device, including a comparator, digital attenuator, digital-to-analog converter with long-term memory, state decoder and dynamic indication device ...
Патент Японии N 3-77460
В измерительный резервуар 1 вводят суспензию активированного ила, совместимого с содержащимися в исследуемом растворе и потребляющими кислород органическими тканями. Количество растворенного в суспензии кислорода увеличивают до уровня, соответствующего эндогенному всасыванию кислорода тканями. Перемешивают суспензию с определенной интенсивностью, концентрация кислорода постепенно уменьшается почти до нуля, благодаря всасыванию кислорода илом. Затем в резервуар 1 добавляют определенное количество исследуемого раствора. С помощью измерительных электродов 3, 4 и таймера 10 автоматически измеряют время, в течение которого происходит быстрое увеличение концентрации кислорода. Устройство отличается тем, что концентрация биологически потребляемого кислорода оценивается на основании указанного промежутка времени и заранее определенных параметров потребления кислорода органическими тканями.Japan Patent N 3-77460
A suspension of activated sludge compatible with the organic tissues contained in the test solution and consuming oxygen is introduced into the measuring tank 1. The amount of oxygen dissolved in the suspension is increased to a level corresponding to the endogenous absorption of oxygen by the tissues. The suspension is mixed with a certain intensity, the oxygen concentration gradually decreases to almost zero, due to the absorption of oxygen by sludge. Then, a certain amount of the test solution is added to reservoir 1. Using measuring
В этом способе и устройстве в измерительный резервуар с суспензией активного ила дозируют кислород, доведя уровень концентрации растворенного кислорода в активном иле до уровня C1 (см. фиг. 2a), соответствующего эндогенному (т.е. внутреннему свойству, например "дыхание" бактерий) поглощению его микроорганизмами (органическими тканями), содержащимися в активном иле, затем перемешивают с определенной интенсивностью.In this method and device, oxygen is metered into a measuring tank with a suspension of activated sludge, bringing the level of dissolved oxygen concentration in activated sludge to a level of C 1 (see Fig. 2a) corresponding to an endogenous (i.e., internal property, for example, “respiration” of bacteria) ) its absorption by microorganisms (organic tissues) contained in activated sludge, then mixed with a certain intensity.
Благодаря поглощению кислорода илом, концентрация растворенного в активном иле кислорода C1 уменьшается почти до нуля т.е. CT1 ≈0 (фиг. 2a) за время T1. Далее в резервуар с активным илом и нулевой концентрацией растворенного кислорода добавляют определенное количество исследуемой водной среды, в результате этого концентрация растворенного кислорода быстро увеличивается до уровня CT2 за время T2 (фиг. 2a), которое автоматически измеряют таймером.Due to the absorption of oxygen by sludge, the concentration of oxygen C 1 dissolved in the active sludge decreases to almost zero i.e. C T1 ≈0 (Fig. 2a) during the time T 1 . Then, a certain amount of the studied aqueous medium is added to the tank with activated sludge and a zero concentration of dissolved oxygen, as a result of this, the concentration of dissolved oxygen rapidly increases to level C T2 over time T 2 (Fig. 2a), which is automatically measured by a timer.
Величина CT2 - концентрация биологически потребляемого кислорода (БПК) в исследуемой водной среде, оценивается на основании промежутка времени T2 и заранее определенного параметра C2 потребления кислорода органическими тканями (микроорганизмами), находящимися в активном иле.The value of C T2 - the concentration of biologically consumed oxygen (BOD) in the studied aqueous medium, is estimated on the basis of the time interval T 2 and the predetermined parameter C 2 of oxygen consumption by organic tissues (microorganisms) located in activated sludge.
Из [6] известно, что количественный и качественный состав микробной флоры активного ила отличается от микрофлоры, например неочищенных сточных вод. Так спорообразующих микробов в активном иле больше на 7000%; автотрофов - на 2400%; термофилов - на 1000%; гетеротрофов - на 100%; кишечных палочек - на 33%. From [6] it is known that the quantitative and qualitative composition of the microbial flora of activated sludge differs from microflora, for example, untreated wastewater. So, spore-forming microbes in activated sludge are 7000% more; autotrophs - by 2400%; thermophiles - by 1000%; heterotrophs - 100%; E. coli - by 33%.
Так как количество микроорганизмов (органических тканей) в суспензии активного ила больше, чем количество микроорганизмов, присутствующих в исследуемой водной среде, и уровень концентрации растворенного кислорода в суспензии активного ила соответствует эндогенному, то величина C2≠CT2 (фиг. 2a), и поэтому погрешность определения величины CT2 - биохимического потребления кислорода (БПК) в исследуемой водной среде, на основании заранее определенного параметра C2 - потребления кислорода органическими тканями (микроорганизмами), находящимися в активном иле, будет достаточно большой.Since the number of microorganisms (organic tissues) in the suspension of activated sludge is greater than the number of microorganisms present in the studied aqueous medium, and the level of dissolved oxygen in the suspension of activated sludge is endogenous, the value of C 2 ≠ C T2 (Fig. 2a), and therefore the error of determining the value C T2 - biochemical oxygen demand (BOD) in an aqueous medium under study, based on a predetermined parameter C 2 - organic tissue oxygen consumption (microorganisms) located activated sludge, is big enough.
Технической задачей настоящего изобретения является экспресс-определение и индикация химического потребления растворенного кислорода (ХПК) мг O2/л и биохимического потребления растворенного кислорода (БПК), мг O2/л в анализируемой воде, с помощью проточной амперометрической ячейки, включающей катод, электрод сравнения, анод. В течение времени, определенном таймером, и с помощью блока коммутации и блока измерения и индикации измеряют катодный ток восстановления, пропорциональный концентрации растворенного кислорода, сначала при одном - бихроматном окислительном потенциале, полученным с помощью потенциостата, а затем также определяют катодный ток восстановления растворенного кислорода, при другом (-0,1b) окислительном потенциале. Разность токов восстановления растворенного кислорода вычисляют с помощью вычислителя ХПК пропорционально бихроматной окисляемости, т.е. химическому потреблению растворенного кислорода (ХПК) в анализируемой воде. Концентрацию растворенного кислорода, полученную при окислительно-восстановительном потенциале (-0,1b), запоминают в блоке памяти. В амперометрической ячейке стимулируют рост количества микроорганизмов, поглощающих кислород, с помощью работающего генератора электроимпульсного тока в течение времени, определенного таймером. В результате чего, через определенное время, уменьшается почти до нуля концентрация растворенного в анализируемой воде кислорода. Биохимическое потребление кислорода (БПК полное) определяют, как разность начальной и конечной (нулевой) концентрации растворенного с анализируемой воде кислорода, с помощью вычислителя БПК.The technical task of the present invention is the rapid determination and indication of the chemical consumption of dissolved oxygen (COD) mg O 2 / l and the biochemical consumption of dissolved oxygen (BOD), mg O 2 / l in the analyzed water, using a flow amperometric cell including a cathode, electrode comparisons, anode. During the time determined by the timer, and using the switching unit and the measuring and indicating unit, the cathodic recovery current proportional to the concentration of dissolved oxygen is measured, first with a single bichromate oxidation potential obtained with the help of a potentiostat, and then the cathodic recovery current of dissolved oxygen is also determined, with another (-0.1b) oxidative potential. The difference in the recovery currents of dissolved oxygen is calculated using a COD calculator in proportion to the bichromate oxidizability, i.e. chemical consumption of dissolved oxygen (COD) in the analyzed water. The concentration of dissolved oxygen obtained at the redox potential (-0.1b) is stored in the memory unit. In the amperometric cell, an increase in the number of oxygen-absorbing microorganisms is stimulated with the help of a working electric pulse current generator for a time determined by a timer. As a result, after a certain time, the concentration of oxygen dissolved in the analyzed water decreases to almost zero. Biochemical oxygen consumption (BOD full) is determined as the difference between the initial and final (zero) concentrations of oxygen dissolved in the analyzed water using a BOD calculator.
Технический результат выражается в повышении точности измерения БПК. The technical result is expressed in increasing the accuracy of the measurement of BOD.
Это достигается тем, что в экспресс-анализатор химического и биохимического потребления растворенного кислорода в воде, содержащий измерительный резервуар и выполненный в виде проточной амперометрической ячейки, включающей рабочий электрод - катод-электрод из благородного металла, электрод сравнения - в виде амперометрического датчика растворенного кислорода, анод - в виде корпуса амперометрической ячейки, изготовленного из нержавеющей стали со штуцерами входа и выхода воды, которые установлены со смещением относительно вертикальной оси анода, потенциостат, регулирующее устройство дозирования разбавляющей воды, таймер, блок памяти, блок коммутации, цифроаналоговый преобразователь, вычислитель химического потребления кислорода, вычислитель биохимического потребления кислорода, блок вычисления и сравнения, блок измерения и индикации, дополнительно введен генератор электроимпульсного тока, выходы которого подключены к двум токопроводящим металлическим электродам с высоковольтным электроизоляционным покрытием, а вход соединен со вторым выходом таймера. This is achieved by the fact that in an express analyzer of chemical and biochemical consumption of dissolved oxygen in water, containing a measuring tank and made in the form of a flow amperometric cell, including a working electrode - a cathode electrode of a noble metal, the reference electrode - in the form of an amperometric sensor of dissolved oxygen, anode - in the form of an amperometric cell housing made of stainless steel with water inlet and outlet fittings that are mounted with a displacement relatively vertically anode axis, potentiostat, regulating dilution water metering device, timer, memory unit, switching unit, digital-to-analog converter, chemical oxygen consumption calculator, biochemical oxygen consumption calculator, calculation and comparison unit, measurement and indication unit, an electric pulse generator is additionally introduced, the outputs of which connected to two conductive metal electrodes with a high voltage electrical insulation coating, and the input is connected to the second output of the timer.
Экспресс-анализатор (см. фиг. 1) содержит анод - корпус проточной амперометрической ячейки 1, рабочий электрод - катод 2, электрод сравнения - амперометрический датчик 3 растворенного кислорода, металлические токопроводящие электроды 4 с высоковольтным электроизоляционным покрытием 5, штуцеры 6 входа и выхода анализируемой воды, блок коммутации 7, потенциостат 8, 9, генератор электроимпульсного тока 10, блок измерения и индикации 11, таймер 12, блок памяти 13, вычислитель ХПК 14, вычислитель БПК 15, блок вычисления и сравнения 16, цифроаналоговый преобразователь 17, регулирующее устройство 18 дозирования разбавляющей воды. The express analyzer (see Fig. 1) contains an anode — a body of a flow amperometric cell 1, a working electrode — a cathode 2, a reference electrode — an
Из [1] известно, что биохимическое потребление кислорода (БПК) - количество кислорода (мг), требуемое для окисления находящихся в 1 л воды органических веществ в аэробных условиях при 20oC в результате протекающих в воде биохимических процессов за определенный период времени (БПК за 3, 5, 10, 20 сут. и т.д.).From [1] it is known that biochemical oxygen consumption (BOD) is the amount of oxygen (mg) required for the oxidation of organic substances in 1 liter of water under aerobic conditions at 20 o C as a result of biochemical processes in water over a certain period of time (BOD for 3, 5, 10, 20 days, etc.).
Среди различных методов установления БПК наиболее распространено определение по разности содержания растворенного кислорода до и после инкубации при стандартных условиях (при 20oC в аэробных условиях, без дополнительного доступа воздуха и света). Таким образом, величину БПК (мг O2/л) (без разбавления) рассчитывают по формуле БПК = C1-C2, где C1 и C2 - концентрация кислорода в пробе до начала инкубации и после, мг/л. За процессом БПК следует наблюдать до тех пор, пока содержание в пробе растворенного кислорода не перестанет снижаться - это и будет БПК полное. Скорость биохимического окисления зависит также и от количества содержащихся в воде микроорганизмов.Among the various methods for establishing BOD, the most common determination is the difference in the dissolved oxygen content before and after incubation under standard conditions (at 20 o C under aerobic conditions, without additional access of air and light). Thus, the BOD value (mg O 2 / L) (without dilution) is calculated by the formula BOD = C 1 -C 2 , where C 1 and C 2 are the oxygen concentration in the sample before and after incubation, mg / L. The BOD process should be monitored until the content of dissolved oxygen in the sample stops decreasing - this will be the full BOD. The rate of biochemical oxidation also depends on the amount of microorganisms contained in the water.
Из [1, 8] известно, что для определения концентрации растворенного в воде кислорода используют амперометрический датчик растворенного кислорода. From [1, 8] it is known that an amperometric sensor of dissolved oxygen is used to determine the concentration of oxygen dissolved in water.
Из [1] также известно, что окисляемость - общее количество содержащих в воде восстановителей (неорганических и органических), реагирующих с сильными окислителями, например, бихроматом, перманганатом и др.. Окисляемость определяется числом миллиграммов кислорода, идущего на окисление органических и неорганических примесей, содержащихся в 1 л воды. From [1] it is also known that oxidation is the total amount of reducing agents (inorganic and organic) in water that react with strong oxidizing agents, for example, bichromate, permanganate, etc. Oxidation is determined by the number of milligrams of oxygen used to oxidize organic and inorganic impurities, contained in 1 liter of water.
Наиболее полное окисление достигается бихроматом калия, поэтому биохромную окисляемость нередко называют "химическим потреблением кислорода" (ХПК). Это основной метод определения окисляемости. The most complete oxidation is achieved by potassium dichromate, therefore, biochromic oxidation is often called the "chemical oxygen consumption" (COD). This is the main method for determining oxidizability.
Из [2] известно, что опытным путем было установлено, что при электрогидравлической обработке, с помощью генератора электроимпульсного тока, воды, содержащей какую-либо микрофлору, в ней происходит своеобразный) "бактериальный взрыв". From [2] it is known that it was experimentally established that during electro-hydraulic treatment, using a generator of electric pulse current, water containing any microflora, a peculiar) "bacterial explosion" occurs in it.
Опыты также показали, что в каждой единице объема жидкости нарастание количества микроорганизмов подчинено простому закону: резко возрастает в первое время после электрогидравлической обработки, а затем замедляется, асимптотически приближаясь к некоторому постоянному пределу. По виду кривая "бактериального взрыва" схожа с обычными кинетическими кривыми, характерными для множества химических реакций (фиг. 2б). Опыты также показали, что если при развитии процесса бактериального взрыва до указанной выше оптимальной точки развития кривой, в этот момент осуществить вторую электрогидравлическую обработку полученного продукта, то в нем затем возникает второй бактериальный взрыв и второе (добавочное) накопление микроорганизмов, общее количество которых таким образом возрастает. По достижении оптимальной точки развития микроорганизмов может быть осуществлена третья электрогидравлическая обработка и третий бактериальный взрыв и т.д. (фиг. 2б). The experiments also showed that in each unit of fluid volume the increase in the number of microorganisms is subject to a simple law: it increases sharply at first after electrohydraulic treatment, and then slows down, asymptotically approaching a certain constant limit. In appearance, the curve of the "bacterial explosion" is similar to the usual kinetic curves characteristic of many chemical reactions (Fig. 2b). The experiments also showed that if, when the bacterial explosion process develops to the optimal curve development point indicated above, at this moment a second electro-hydraulic treatment of the obtained product is carried out, then a second bacterial explosion and a second (additional) accumulation of microorganisms occur, the total number of which is thus increasing. Upon reaching the optimal point of development of microorganisms, a third electro-hydraulic treatment and a third bacterial explosion, etc. can be carried out. (Fig. 2b).
Из [3] известно, что при пропускании через исследуемую среду с помощью электродов, один из которых платиновый, ряда прямоугольных импульсов при уровнях окислительно-восстановительных потенциалов на платиновом электроде Eo1= +1,4b и Eo2=-0,1b (фиг. 2г), получим токи Io1 и Io2 соответственно, а величина ХПК = Io1-Io2 = mA - определяют бихроматную окисляемость, т.е. величину ХПК, где m - коэффициент пропорциональности; A - количество содержащих в воде органических и неорганических примесей.From [3] it is known that when passing through the test medium using electrodes, one of which is platinum, a series of rectangular pulses at the levels of redox potentials on the platinum electrode E o1 = + 1.4b and E o2 = -0.1b (FIG. . 2d), we obtain the currents I o1 and I o2, respectively, and the COD value = I o1 -I o2 = mA - determine bichromate oxidation, i.e. COD value, where m is the coefficient of proportionality; A is the amount of organic and inorganic impurities in water.
Из [5] известно, что с помощью проточной амперометрической ячейки, содержащей катод - электрод из благородного металла, например 33 - 01, электрод сравнения - ионоселективный мембранный электрод и анод - корпус этой же ячейки из нержавеющей стали его штуцерами входа и выхода воды, измеряют ток восстановления, пропорциональный концентрации растворенного в воде хлор-газа, при заданном на катоде окислительно-восстановительном потенциале. Причем потенциостат подключен к электроду сравнения и аноду амперометрической ячейки. From [5] it is known that using a flow-through amperometric cell containing a cathode — an electrode of a noble metal, for example 33–01, a reference electrode — an ion-selective membrane electrode and an anode — the body of the same stainless steel cell with its water inlet and outlet fittings, measure reduction current proportional to the concentration of chlorine gas dissolved in water at a redox potential specified at the cathode. Moreover, the potentiostat is connected to the reference electrode and the anode of the amperometric cell.
Из [11] известно, что окислительная форма вещества с большим потенциалом является окислителем для восстановленных форм с более низким потенциалом, и наоборот, восстановленная форма вещества является восстановителем для окисленных форм с более высоким окислительным потенциалом. It is known from [11] that the oxidizing form of a substance with a high potential is an oxidizing agent for reduced forms with a lower potential, and vice versa, the reduced form of a substance is a reducing agent for oxidized forms with a higher oxidizing potential.
Предлагаемый экспресс-анализатор химического и биохимического потребления растворенного кислорода в воде (фиг. 1) (без разбавления) работает следующим образом. The proposed express analyzer of chemical and biochemical consumption of dissolved oxygen in water (Fig. 1) (without dilution) works as follows.
В проточную амперометрическую ячейку 1 подают с постоянной скоростью - расходом анализируемую воду. На период времени τ (фиг. 2г), с первого выхода таймера 12 (фиг. 1) электрический сигнал подают на вход блока коммутации 7, которым подключают анод - корпус амперометрической ячейки 1 к выходу потенциостата 8, а катод 2 - электрод 33-01 с окислительным потенциалом +1,4в, соединяют с входом блока измерения и индикации 11. С других выходов потенциостата 8, 9 электрический сигнал подают на электрод сравнения 3 - амперометрический датчик растворенного кислорода. С помощью блока измерения и индикации 11 измеряют ток Io1=mCo1 восстановления растворенного в воде кислорода, при бихроматном окислительном потенциале +1,4b, где m - коэффициент пропорциональности; Co1 - концентрация растворенного кислорода. С первого выхода блока измерения и индикации 11 электрический сигнал, пропорциональный катодному току Io1, восстановления кислорода подают на блок памяти 13, где этот сигнал запоминают на время τ. После истечения времени τ. также с первого выхода таймера 12 электрический сигнал подают на вход блока коммутации 7, которым отключают от потенциостата 8 анод 1 и подключают его к потенциостат 9 с потенциалом окисления -0,1b на катоде 2 (фиг. 2г) и с помощью блока измерения и индикации 11 измеряют катодный ток Io2=mCo2 восстановления кислорода, где m - коэффициент пропорциональности; Co2 - концентрация растворенного кислорода. С второго выхода блока измерения и индикации 11 электрический сигнал, пропорциональный катодному току Io2 восстановления кислорода, подают на второй вход блока памяти 13 и на вход вычислителя химического потребления кислорода (ХПК) 14, на другой вход которого из блока памяти 13 подают электрический сигнал, пропорциональный катодному току Io1 восстановления кислорода.In flowing amperometric cell 1 serves at a constant speed - flow rate of the analyzed water. For a period of time τ (Fig. 2d), from the first output of timer 12 (Fig. 1), an electrical signal is fed to the input of switching unit 7, which connects the anode - housing of the amperometric cell 1 to the output of potentiostat 8, and cathode 2 - electrode 33-01 with an oxidizing potential of + 1.4V, connected to the input of the measurement and indication unit 11. From other outputs of the potentiostat 8, 9, an electric signal is supplied to the reference electrode 3 - amperometric sensor of dissolved oxygen. Using the measuring and indicating unit 11, the current I o1 = mC o1 of the reduction of oxygen dissolved in water is measured at a bichromate oxidation potential of + 1.4b, where m is the proportionality coefficient; C o1 is the concentration of dissolved oxygen. From the first output of the measurement and indication unit 11, an electric signal proportional to the cathode current I o1 , oxygen reduction is supplied to the memory unit 13, where this signal is stored for a time τ. After the expiration of time τ. also from the first output of timer 12, an electric signal is fed to the input of switching unit 7, which is disconnected from potentiostat 8 of anode 1 and connected to potentiostat 9 with an oxidation potential of -0.1b at cathode 2 (Fig. 2d) and using a measurement and indication unit 11 measure the cathode current I o2 = mC o2 of oxygen reduction, where m is the coefficient of proportionality; C o2 is the concentration of dissolved oxygen. From the second output of the measuring and indicating unit 11, an electric signal proportional to the cathode current I o2 of oxygen reduction is supplied to the second input of the memory unit 13 and to the input of the chemical oxygen consumption (COD) calculator 14, to the other input of which an electric signal is supplied from the memory unit 13, proportional to the cathodic current I o1 oxygen reduction.
Вычислителем ХПК 14 производят вычисление бихроматной окисляемости (ХПК) по формуле ХПК= Io2-Io1=m(Co2-Co1)=mCo, где m - коэффициент пропорциональности; Co - количество кислорода, идущего на окисление органических и неорганических примесей, содержащихся в анализируемой воде.The COD calculator 14 calculates the bichromate oxidizability (COD) according to the formula COD = I o2 —I o1 = m (C o2 —C o1 ) = mC o , where m is the proportionality coefficient; C o - the amount of oxygen going to the oxidation of organic and inorganic impurities contained in the analyzed water.
С выхода вычислителя ХПК 14 электрический сигнал, пропорциональный величине ХПК, подают на устройство индикации блока измерения и индикации 11, где воспроизводят численное значение величины ХПК-бихроматной окисляемости в мг O2/л.From the output of the COD 14 calculator, an electric signal proportional to the COD value is supplied to the indicating device of the measurement and indication unit 11, where the numerical value of the COD-dichromate oxidation value in mg O 2 / L is reproduced.
По истечении времени τ+τ = 2τ, с таймера 12 на вход генератора электроимпульсного тока 10 подают электрический сигнал, которым включают генератор в работу на время τ1, и на металлических электродах 4 возникают электроимпульсные искровые разряды, дающие электрогидравлический эффект, стимулирующий быстрый рост количества микроорганизмов, поглощающих кислород (фиг. 2б), т.е. получают своеобразный "бактериальный взрыв" после окончания работы генератора электроимпульсного тока 10, по истечении времени τ1. В течение времени t1 - первого бактериального взрыва, за счет роста количества микроорганизмов, поглощающих растворенный в анализируемой воде кислород, его концентрацию снижают с Co2 до Ck1 (фиг. 2б, в). Одновременно, с третьего выхода блока измерения и индикации 11 электрический сигнал, пропорциональный текущему значению концентрации Ckx растворенного кислорода, подают на вычислитель БПК 15, которым вычисляют текущее значение БПК по формуле БПК = Co2-Ckx, и на блок вычисления и сравнения 16, где вычисляют производную по времени от текущего значения концентрации растворенного кислорода и приравнивают ее нулю, т.е. dCk1/dt=0, а также сравнивают текущее значение концентрации растворенного кислорода с нулем и текущее значение БПК с величиной 9 мгO2/л. Со второго выхода вычислителя БПК 15 электрический сигнал, пропорциональный текущему значению БПК, подают на блок вычисления и сравнения 16. Таким образом выполняют условие:
[CK1 = 0, d CK1/dt=0, БПК≤9 мгO2/л, если CK1 ≠0, то с выхода блока вычисления и сравнения 16 электрический сигнал подают на вход таймера 13, с выхода которого электрическим сигналом включают второй раз генератор электроимпульсного тока 10 на время τ1.
После окончания работы генератора, за время t2 - второго бактериального взрыва, концентрацию растворенного кислорода уменьшают с CK1 до CK2. Блоком вычисления и сравнения 16 опять проверяют выполнение условия: [CK2=0, d CK2/dt=0, БПК≤9 мг O2/л], если CK2≠0, то с выхода блока вычисления и сравнения 16 электрический сигнал подают на вход таймера 12, выходным электрическим сигналом которого включают третий раз генератор электроимпульсного тока 10 на время τ. После окончания работы генератора, за время t3 - третьего бактериального взрыва, концентрацию растворенного кислорода снижают с CK2 до CK3 ≈0. Так как условие: [CK3≈0, dCK3/dt=0, БПК≤9 мгO2/л] выполнено, то с второго выхода блока вычисления и сравнения 16 электрический сигнал подают на третий вход вычислителя БПК 15, с первого выхода которого электрический сигнал, пропорциональный конечному значению биохимического потребления кислорода (БПК), подают на устройство индикации блока измерения и индикации 11, где воспроизводят численное значение величины БПК в мгО2/л.After the time τ + τ = 2τ has elapsed, an electric signal is supplied from the timer 12 to the input of the electric pulse current generator 10, which turns the generator on for a time τ 1 , and electric pulse sparks occur on the metal electrodes 4, which give an electro-hydraulic effect that stimulates a rapid increase in the quantity oxygen-absorbing microorganisms (Fig. 2b), i.e. get a kind of "bacterial explosion" after the end of the electric pulse current generator 10, after a time τ 1 . During time t 1 - the first bacterial explosion, due to the increase in the number of microorganisms absorbing oxygen dissolved in the analyzed water, its concentration is reduced from C o2 to C k1 (Fig. 2b, c). At the same time, from the third output of the measurement and display unit 11, an electric signal proportional to the current value of the concentration C kx of dissolved oxygen is supplied to the BOD computer 15, which calculates the current BOD value by the formula BOD = C o2 -C kx , and to the calculation and comparison unit 16 where the time derivative of the current value of the concentration of dissolved oxygen is calculated and equated to zero, i.e. dC k1 / dt = 0, and also compare the current value of the concentration of dissolved oxygen with zero and the current value of BOD with a value of 9 mgO 2 / L. From the second output of the BOD computer 15, an electric signal proportional to the current value of the BOD is supplied to the calculation and comparison unit 16. Thus, the condition is fulfilled:
[C K1 = 0, d C K1 / dt = 0, BOD≤9 mgO 2 / l, if C K1 ≠ 0, then from the output of the calculation and comparison unit 16, the electrical signal is fed to the input of timer 13, from the output of which the electric signal is turned on the second time, the pulse generator 10 for a time τ 1 .
After the generator is finished, during t 2 - the second bacterial explosion, the concentration of dissolved oxygen is reduced from C K1 to C K2 . The calculation and comparison unit 16 again checks the fulfillment of the condition: [C K2 = 0, d C K2 / dt = 0, BOD ≤9 mg O 2 / l], if C K2 ≠ 0, then the output of the calculation and comparison unit 16 is an electrical signal fed to the input of the timer 12, the output electric signal of which is turned on for the third time to generate an electric pulse current generator 10 for a time τ. After the generator is finished, during t 3 - the third bacterial explosion, the concentration of dissolved oxygen is reduced from C K2 to C K3 ≈0. Since the condition: [C K3 ≈0, dC K3 / dt = 0, BOD ≤9 mgO 2 / L] is fulfilled, then from the second output of the calculation and comparison unit 16, an electric signal is supplied to the third input of the BOD 15 calculator, from the first output of which an electrical signal proportional to the final value of the biochemical oxygen consumption (BOD) is supplied to the indicating device of the measurement and indication unit 11, where the numerical value of the BOD value in mgO 2 / L is reproduced.
Через время t = 2τ+3τ1+t1+t2+t3, с первого выхода таймера 12 подают электрический сигнал на вход блока коммутации 7, которым отключают от потенциостата 9 анод 1 и подключают его снова к потенциостату 8 на период времени τ и цикл определения ХПК и БПК повторяют.After a time t = 2τ + 3τ 1 + t 1 + t 2 + t 3 , from the first output of timer 12, an electrical signal is supplied to the input of switching unit 7, which disconnect the anode 1 from potentiostat 9 and reconnect it to potentiostat 8 for a period of time τ and the cycle for determining COD and BOD is repeated.
Определение биохимического потребления кислорода (БПК) с разбавлением анализируемой воды. Determination of biochemical oxygen consumption (BOD) with dilution of the analyzed water.
В блоке вычисления и сравнения 16 выполняют условие:
[БПК>9 мгО2/л, CK3≈0, dCk3/dt= 0] , если БПК>9 мгО2/л и CK3 ≈0, а dCK3/dt≠0, то с выхода блока вычисления и сравнения 16 электрический сигнал подают на вход таймера 12, с третьего выхода которого электрический сигнал подают на вход цифроаналогового преобразователя 17, с которого выходным электрическим сигналом включают на время τ2 регулирующее устройство 18 дозирования разбавляющей воды. Через время τ2 со второго выхода таймера 12 электрическим сигналом включают на время τ1 генератор электроимпульсного тока 10.In the unit of calculation and comparison 16, the condition:
[BOD> 9 mgO 2 / L, C K3 ≈0, dC k3 / dt = 0], if BOD> 9 mgO 2 / L and C K3 ≈ 0, and dC K3 / dt ≠ 0, then from the output of the calculation unit and comparing the electrical signal 16 is input to the timer 12, the output of which the third electrical signal is input to the digital to analog converter 17, from which output an electrical signal comprise at time τ 2 a control device 18, dosing of dilution water. After a time τ 2 from the second output of the timer 12, the electric signal for a time τ 1 includes an electric pulse current generator 10.
Процедуру определения БПК в разбавленной анализируемой воде применяют ту же, и что и анализируемой воде без разбавления. Если, после первого разбавления БПК>9 мгО2/л и CK3≈0, а dCK3/dt≠0, то процедурой, описанной выше, включают на время τ2 второй раз регулирующее устройство 18 дозирования разбавляющей воды. Если, после второго разбавления, также dCK3/dt≠0, при БПК>9 мгО2/л и CK3 ≈0, то включают на время τ2 третий раз регулирующее устройство 18 дозирования разбавляющей воды. Данную процедуру выполняют до тех пор, пока не будет полностью выполнено условие: [БПК >9 мгО2/л, CK3≈0, dCK3/dt=0] . Данное условие выполняют за суммарное время nτ2 - включения регулирующего устройства 18 дозирования разбавляющей воды.The procedure for determining BOD in diluted test water is the same as that for test water without dilution. If, after the first dilution of BOD> 9 mgO 2 / L and C K3 ≈ 0, and dC K3 / dt ≠ 0, then by the procedure described above, for a second time τ 2, a regulation device 18 for dosing dilution water is turned on for a second time. If, after the second dilution, also dC K3 / dt ≠ 0, with a BOD> 9 mgO 2 / L and C K3 ≈ 0, then for a time τ 2 the regulation device 18 for dosing dilution water 18 is turned on for the third time. This procedure is performed until the condition is fully satisfied: [BOD> 9 mgO 2 / L, C K3 ≈0, dC K3 / dt = 0]. This condition is fulfilled for the total time nτ 2 - turning on the regulating device 18 for dispensing dilution water.
После выполнения данного условия с второго выхода блока вычисления и сравнения 16 электрический сигнал подают на третий вход вычислителя БПК 15, с первого выхода которого электрический сигнал, пропорциональный конечному значению биохимического потребления кислорода (БПК), подают на устройство индикации блока измерения и индикации 11, где воспроизводят численное значение величины БПК в мгО2/л.After fulfilling this condition, from the second output of the calculation and comparison unit 16, the electric signal is fed to the third input of the BOD computer 15, from the first output of which an electric signal proportional to the final value of the biochemical oxygen consumption (BOD) is fed to the indicating device of the measurement and indication unit 11, where reproduce the numerical value of the value of BOD in mgO 2 / L.
Через время to= 2τ+nτ2+3τ1+t1+t2+t3, с первого выхода таймера 12 подают электрический сигнал на вход блока коммутации 7, которым отключают от потенциостата 9 анод 1 и подключают его снова к потенциостату 8 на период времени τ и цикл определения ХПК и БПК повторяют.After a time t o = 2τ + nτ 2 + 3τ 1 + t 1 + t 2 + t 3 , from the first output of timer 12, an electrical signal is supplied to the input of switching unit 7, which disconnect anode 1 from potentiostat 9 and reconnect it to potentiostat 8 for a period of time τ and the cycle for determining COD and BOD is repeated.
Блок коммутации 7, потенциостат 8, 9, таймер 12, вычислитель ХПК 14, вычислитель БПК 15, блок вычисления и сравнения 16, блок памяти 13, цифроаналоговый преобразователь 17, схема измерения блока измерения и индикации 11, могут быть выполнены на микросхемах [7]. The switching unit 7, the potentiostat 8, 9, the timer 12, the COD 14 calculator, the BOD 15 calculator, the calculation and comparison unit 16, the memory unit 13, the digital-to-analog converter 17, the measurement circuit of the measurement and indication unit 11 can be performed on microcircuits [7] .
Индикаторное устройство блока измерения и индикации 11 может быть выполнено на ЖКИ - жидкокристаллических индикаторах. The indicator device of the measuring and indication unit 11 can be performed on LCDs - liquid crystal indicators.
Регулирующее устройство 18 дозирования может быть выполнено на регулирующем клапане. The metering adjusting device 18 may be performed on a control valve.
Генератор электроимпульсного тока 10 может быть выполнен на выпрямителе-трансформаторе с импульсными высоковольтными конденсаторами, а токопроводящие металлические электроды 4 могут быть выполнены из стального прутка со стеклянным, фарфоровым или пластмассовым электроизоляционным покрытием [2]. The electric pulse current generator 10 can be performed on a rectifier-transformer with pulsed high-voltage capacitors, and the conductive metal electrodes 4 can be made of steel rod with a glass, porcelain or plastic insulating coating [2].
В предлагаемом экспресс-анализаторе отсутствует дозирование в анализируемую воду каких-либо химических веществ и микроорганизмов. In the proposed express analyzer, there is no dosing of any chemicals and microorganisms into the analyzed water.
Литература
1. "Методы исследования качества воды водоемов" Новиков Ю.В., Ласточкина К.О., Болдина З.Н., Москва, "Медицина", 1990 г., стр. 50, 55-56, 57-61.Literature
1. "Methods of researching the water quality of water bodies" Novikov Yu.V., Lastochkina K.O., Boldina Z.N., Moscow, "Medicine", 1990, pp. 50, 55-56, 57-61.
2. "Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности" Юткин Л.А., Ленинград, 1986 г., стр. 214-217. 2. "Electro-hydraulic effect and its application in industry" Yutkin LA, Leningrad, 1986, pp. 214-217.
3. а.с. N 1157940, СССР "Изобретения стран мира", N 8, 1986 г. 3. A.S. N 1157940, USSR "Inventions of the World", N 8, 1986
4. а.с. N 1187063, СССР "Изобретения стран мира", N 2, 1986 г. 4. a.s. N 1187063, USSR "Inventions of the World", N 2, 1986
5. Свидетельство РФ N 3333 на полезную модель прибора "АСХ-01-Амперометрический сигнализатор концентрации свободного остаточного хлора в питьевой воде", опубликовано в бюл. N 12, 1996 г. 5. RF certificate N 3333 for a utility model of the device "ASX-01-Amperometric detector of the concentration of free residual chlorine in drinking water", published in bull. N 12, 1996
Патент РФ N 2090879 "АСХ-01-Амперометрический сигнализатор концентрации свободного остаточного хлора в питьевой воде", опубликован в бюл. N 26, 1997 г. RF patent N 2090879 "ASX-01-Amperometric detector of the concentration of free residual chlorine in drinking water", published in bull. N 26, 1997
6. "Химия и микробиология воды", Доливо-Добровольский Л.Б., Кульский Л. А., Накорчевская В.Ф., Киев, 1971 г., стр. 288
7. "Интегральные микросхемы. Справочник" Москва, "Энергоатомиздат", 1985 г., стр. 484 - 522.6. "Chemistry and Microbiology of Water", Dolivo-Dobrovolsky LB, Kulsky L. A., Nakorchevskaya V.F., Kiev, 1971, p. 288
7. "Integrated circuits. Handbook" Moscow, "Energoatomizdat", 1985, p. 484-522.
8. Техническая документация на измерители растворенного кислорода (оксиметры):
"Промышленный анализатор растворенного кислорода АЖ-1026".8. Technical documentation for dissolved oxygen meters (oximeters):
"Industrial analyzer of dissolved oxygen AZh-1026".
"Кислородомер портативный АЖА-101", Москва, "Внешторгиздат", 1989 г. Portable oxygen meter AZHA-101, Moscow, Vneshtorgizdat, 1989
"Микропроцессорные водонепроницаемые оксиметры Н1 9143/Н1 914. Н1 9142, Н1 9141/Н1 91410" - производства НПП "Доза", ГП "ВНИИФТРИ", п/о Менделеево, Московская обл., 1997 г. "Microprocessor waterproof oximeters H1 9143 / H1 914. H1 9142, H1 9141 / H1 91410" - manufactured by NPP "Dose", SE "VNIIFTRI", post office Mendeleevo, Moscow region, 1997
9. "Количественный анализ", Бабко А.К., Пятницкий И.В., Москва, 1968 г., стр. 214 - 218. 9. "Quantitative analysis", Babko AK, Pyatnitsky IV, Moscow, 1968, pp. 214 - 218.
10. "Справочник по аналитической химии", Лурье Ю.Ю., "Химия", Москва, 1965 г., стр. 344 - 345. 10. "Handbook of analytical chemistry", Lurie, Yu.Yu., "Chemistry", Moscow, 1965, pp. 344 - 345.
11. "Химия воды и микробиология", Возная Н.Ф., Москва, 1967 г., стр. 109. 11. "Water chemistry and microbiology", Voznaya N.F., Moscow, 1967, p. 109.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98115143A RU2139530C1 (en) | 1998-08-04 | 1998-08-04 | Proximity analyzer of chemical and biochemical consumption of oxygen dissolved in water |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98115143A RU2139530C1 (en) | 1998-08-04 | 1998-08-04 | Proximity analyzer of chemical and biochemical consumption of oxygen dissolved in water |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2139530C1 true RU2139530C1 (en) | 1999-10-10 |
Family
ID=20209390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98115143A RU2139530C1 (en) | 1998-08-04 | 1998-08-04 | Proximity analyzer of chemical and biochemical consumption of oxygen dissolved in water |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2139530C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2510021C2 (en) * | 2012-01-31 | 2014-03-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт водных проблем Российской академии наук (ИВП РАН) | Method and device for continuous measurement of biochemical consumption of oxygen, biochemical demand for oxygen and speed of biochemical oxidation |
| RU2608443C2 (en) * | 2015-05-28 | 2017-01-18 | ООО "НПФ "Альфа БАССЕНС" | Method for rapid analysis of biochemical consumption of oxygen and device therefor |
-
1998
- 1998-08-04 RU RU98115143A patent/RU2139530C1/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2510021C2 (en) * | 2012-01-31 | 2014-03-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт водных проблем Российской академии наук (ИВП РАН) | Method and device for continuous measurement of biochemical consumption of oxygen, biochemical demand for oxygen and speed of biochemical oxidation |
| RU2608443C2 (en) * | 2015-05-28 | 2017-01-18 | ООО "НПФ "Альфа БАССЕНС" | Method for rapid analysis of biochemical consumption of oxygen and device therefor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI118393B (en) | Method and apparatus for controlling the supply of water treatment chemicals by means of a voltametric sensor | |
| US3676321A (en) | Electrochemical oxygen demand system | |
| Larsen et al. | Fast responding biosensor for on-line determination of nitrate/nitrite in activated sludge | |
| US4323092A (en) | Apparatus and process for detecting free chlorine | |
| US5324666A (en) | Process for determining oxidizable substances contained in an aqueous sample liquid | |
| US3224837A (en) | Process and device for the determination of organic substances contained in water | |
| AU752613B2 (en) | Apparatus and method for measuring NOx and nitrification/ denitrification rates in biochemical processes | |
| RU2139530C1 (en) | Proximity analyzer of chemical and biochemical consumption of oxygen dissolved in water | |
| JPS6221599B2 (en) | ||
| JP3330068B2 (en) | Electrolytic COD sensor and method for measuring COD using the sensor | |
| US20210033590A1 (en) | Method for determining a chemical intake capacity of a process medium in a measuring point and measuring point for determining a chemical intake capacity of a process medium | |
| Pungor et al. | The flat surfaced membrane coated mercury electrode as analytical tool in the continuous voltammetric analysis | |
| JP2004004045A (en) | Concentration managing method and concentration management device of chemical for water treatment | |
| JP3837765B2 (en) | Nitric acid concentration measuring device | |
| WO1999045376A1 (en) | Method for regulating the sensitivity of a microsensor, and a microsensor that makes use of this method | |
| KR101758823B1 (en) | The method for analysis of Chemical Oxygen Demand | |
| KR20030003849A (en) | Copper electrode-based electrochemical sensor for measurement of COD and the method of measuring of COD and the automatic analyzer thereof | |
| Roesler et al. | Variables to be measured in wastewater treatment plant monitoring and control | |
| KR200334941Y1 (en) | Chemical Oxygen Demand On Electrochemical Sensor By Using Metal Oxidation Electrode And Measurement System Use Thereof | |
| Morrow | Residual‐Chlorine Determination With Dual Polarizable Electrodes | |
| JPS6287847A (en) | Method for measuring phosphoric acid | |
| KR20050003770A (en) | Chemical Oxygen Demand On Electrochemical Sensor By Using Metal Oxidation Electrode And Measurement System Use Thereof | |
| JPH07209231A (en) | Apparatus for measuring concentration of chlorine | |
| RU2094799C1 (en) | Device for determination of oxidized substances | |
| RU2178886C2 (en) | Method and apparatus for detecting concentration of active chlorine in electrolyte solution |