CN101000341A - 一种传感器式生化需氧量在线监测仪 - Google Patents
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Abstract
一种传感器式生化需氧量在线监测仪，它有采样单元A、信号采集处理及控制单元B；其特征在于，它还有测量单元C；所述的采样单元A中滤芯(54)中的样品通过取样泵(19)送至测量单元C的测量样品杯(12)中，测量单元C的微生物膜传感器(14)与信号采集、处理及控制单元B的电极接口(55)连接；微生物膜传感器(14)的测量信号，通过信号采集、处理及控制单元B的电极接口(55)，再经信号采集器、放大器，由仪器软件直接计算样品BOD结果，并可以实现打印及数据传输。它的恒温体系可以保证测定前缓冲溶液与样品温度相同、溶解氧量一致，空气饱和系统可以保证缓冲溶液在空气饱和过程中不被污染，测量实际水样的稳定性提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种水质生化需氧量(BOD)在线监测仪，具体涉及一种传感器式生化需氧量在线监测仪。
背景技术
生化需氧量是分析水体有机污染物含量的重要指标，是水质常规监测中最重要的参数之一。现行的标准稀释法(BOD5法)存在许多不足之处，如时间长、工作量大、操作繁琐、受干扰因素多、重复性差且不能及时反映水质变化，不能实现水质的在线监测。
近年来陆续出现了一些新的测定方法，其中以微生物膜传感器和微生物反应器为主。微生物反应器型快速BOD测定仪，代表性的商品如德国LAR公司生产的Biomonitor，它是通过样品在微生物反应器中被降解消耗氧来测量样品BOD的，而微生物种类及数量的变化将直接影响测量结果；微生物膜传感器技术的商品化仪器如德国ARAS，日本Nissin的BOD-3300。其中，ARAS采用的是静态测量方式，取样量小，而本底溶液体积大，样品浓度被稀释，导致检测下限升高，不适合于低BOD含量水样的检测；日本Nissin的BOD-3300，它具有自动取样系统，稀释系统以及排废系统，具有微生物膜传感器恒温装置，具有标准样品保存的低温化学库以及自动矫正、自动打印等系统，但样品温度变化会导致测量稳定性波动。
微生物膜传感器法检测水样BOD是利用样品或缓冲溶液流经微生物膜时其呼吸速率不同来测量的，而样品和缓冲溶液的本质区别在于样品中存在一定浓度的有机污染物。当缓冲溶液流经微生物膜时，微生物内源呼吸，消耗氧的量相当少，透过微生物膜到达氧电极的氧稳定在一个水平，输出一稳态信号；当样品流经微生物膜时，微生物外源呼吸加强，大量消耗样品中的氧导致到达氧电极的氧减少，输出信号达到另一稳态；当有机污染物浓度在一定范围内时，两个稳态差值与有机污染物含量线性相关，通过比较实际样品和标准样品响应信号的差别来计算样品BOD含量。因此，缓冲溶液和样品的溶解氧是否一致，直接关系到测量准确性及稳定性。天津赛普的BOD-220系列检测仪，虽然具有微生物膜传感器恒温罐，但它只能保证进入流通体系的样品或缓冲溶液具有相同的温度，维持微生物膜活性一致，对于调节二者溶解氧含量的一致性不起作用。
专利CN1790002A报道的反应器式生化需氧量快速测定仪扩大了线性测量范围，但从其给出的线性方程ΔDO＝0.0082×BOD可以看出，对于BOD含量是10mg/L的样品，其氧传感器DO差值不到0.1mg/L，这对DO仪的要求相当高，对于低含量样品的检测，其灵敏度必然也下降；专利CN2746392Y报道的微生物传感器恒温装置，采用金属铝块及恒温水浴对流通管路中的样品或缓冲溶液及微生物传感器加热，使之处于恒定的温度条件下，同样，这一方法也只是一种恒温不恒氧的方法；专利CN2747576Y报道的恒温装置及专利CN1709577A中报道的恒温恒氧装置均适用于特定的反应器式BOD测量仪。
发明内容
本发明的目的是提供一种传感器式BOD在线监测仪，它的测量单元可以提供恒温、恒流量的空气用于测定前缓冲溶液与样品的暴气，使二者在短时间内达到温度和溶解氧含量一致，简化了仪器管路设计，提高了测量实际水样的稳定性。
本发明提供的一种传感器式BOD在线监测仪，如图1所示，其构成如下，它有采样单元A、信号采集、处理及控制单元B，其特征在于，它还有测量单元C；
所述的采样单元A如图2所示，图中58是水源，56是取样泵，57是取样杯，59是取样管，54是滤芯；
取样泵56从水源地58抽取样品送至取样杯57中，杯满后水样经取水管59回流到水源地，滤芯54用于净化水样中大颗粒杂质，芯内存水作为样品，由测量单元C的取样泵19二次取样送到测量样品杯12中，用于仪器检测；
所述的信号采集、处理及控制单元B如图3所示，它由信号采集器、放大器、工控机、显示器、打印机、通讯器及控制器组成。图中，55是电极接口；
所述的采样单元A中滤芯54中的样品通过取样泵19送至测量单元C的测量样品杯12中，测量单元C的微生物膜传感器14与信号采集、处理及控制单元B的电极接口55连接；微生物膜传感器14的测量信号，通过信号采集、处理及控制单元B的电极接口55，再经信号采集器、放大器，由仪器软件直接计算样品BOD结果，并可以实现打印及数据传输。其中控制器的作用是控制整个仪器的各种阀、泵的工作；所述的信号采集器、放大器，仪器软件、打印及数据传输、控制器均采用已有的在线BOD监测仪的已有技术；
所述的测量单元C如图4所示，其构成如下：恒温控制器1，水槽2，电动泵3，循环水出口4，循环水进口5，加热电阻6，温度传感器7，空气泵8，微生物膜传感器固定夹9，固定支架10，缓冲溶液杯11，测量样品杯12，空气净化杯13，微生物膜传感器14，取样电磁阀15，排废电磁阀16，蠕动泵17，蠕动泵18，取样泵19，自溢管20，排废管21，进气管22，出气管23，出气管24，管路固定环25，管路固定环26，多孔暴气管27，多孔暴气管28，通水管29，通水管30，通水管31，侧耳32，侧耳33，侧耳34，侧耳35，侧耳36，侧耳37，软管38，软管39，软管40，软管41，软管42，软管43，软管44，管45，管46，管47，管48，管49，管50，缓冲溶液储备桶51，废液桶52，废液桶53，滤芯54，电极接口55；
水槽2是恒温控制器1的储水容器，它是一有底无盖的容器并与恒温控制器1密封连接；加热电阻6与恒温控制器1密封连接并固定于在水槽2的底部位置，温度传感器7固定在水槽2侧壁上；恒温控制器1接通电源时，加热电阻6开始加热，温度传感器7监测水浴温度到设定温度时，加热电阻6停止工作；电动泵3位于恒温控制器1内部，工作时，恒温器腔体2中的恒温水从循环水进口5进入到电动泵3，电动泵3把恒温水再通过循环水出口4排出到恒温器腔体2中，从而构成循环水浴，以保证整个水浴体系温度一致；通水管29，通水管30，通水管31分别穿过水槽2的底面并与底面密封，通水管29，通水管30分别与自溢管20，排废管21构成通路后用于缓冲溶液的自溢和剩余样品的排废；通水管31用于管50的排废，其高度应与恒温控制器1的高度大致相等，以保证水槽2内有足够的恒温水；微生物膜传感器固定夹9高度可调，固定在水槽2中；
缓冲溶液杯11与测量样品杯12为形状相同、体积相等的敞口储液容器，以保证杯内溶液溶解氧的一致；自溢管20密封贯穿缓冲溶液杯11的底面，其高度一定，以便维持缓冲溶液体积恒定，过量的缓冲溶液会自溢到缓冲溶液储备桶51中；自溢管20的末端与水槽2内的通水管29通过软管38连接，将水槽2外的通水管29连接软管39后放入缓冲溶液储备桶51中，自溢管20、软管38、通水管29、软管39构成的通路用于缓冲溶液的溢流；排废管21与测量样品杯12的底面密封连通，排废管21与水槽2内的通水管30通过软管40连接，水槽2外的通水管30与软管41连接，软管41由排废电磁阀16控制，排废管21、软管40、通水管30、软管41、排废电磁阀16构成的通路用于剩余样品的排废，排废电磁阀16由单元B中的控制器控制；
空气净化杯13是一带有密封盖的储液容器，空气净化杯的进气管22、出气管23和出气管24均穿过空气净化杯13的上盖，并通过密封圈密封，进气管22伸入空气净化杯13的液面以下，出气管23和出气管24在杯中的液面以上；进气管22与空气泵8出气口通过软管43连接，出气管23，出气管24分别与多孔暴气管27、多孔暴气管28通过软管42、软管44密封连接，并将连接好的多孔暴气管27放置在缓冲溶液杯11内，多孔暴气管28放置在测量样品杯12内；多孔暴气管27、多孔暴气管28末端有很多致密微孔提供大量气泡用于样品和缓冲溶液的空气饱和，并减小液面波动；
侧耳32、侧耳33、侧耳34、侧耳35、侧耳36、侧耳37分别固定在缓冲溶液杯11、空气净化杯13和测量样品杯12外壁两侧，缓冲溶液杯11、空气净化杯13和测量样品杯12分别通过侧耳32、侧耳33、侧耳34、侧耳35、侧耳36、侧耳37悬挂在固定支架10上，固定支架10稳定放置于水槽2中；
微生物膜传感器14通过微生物膜传感器固定夹9固定，可以通过调节微生物膜传感器固定夹9来调节其高度，并使微生物膜传感器14倾斜于水槽2中；微生物膜传感器14与单元B中的电极接口55连接；微生物膜传感器14的测量信号，通过信号采集、处理及控制单元B的电极接口55，再经信号采集器、放大器，由仪器软件直接计算样品BOD结果，并可以实现打印及数据传输；
取样电磁阀15是一个二位三通阀，三通方向分别接通管45、管46、管47后构成的两个通路与蠕动泵17一起用于缓冲溶液与样品的交替输送；蠕动泵18通过管48用于缓冲溶液杯11中的缓冲溶液的补充；取样泵19通过管49输送采样单元A中的滤芯54内的样品到测量样品杯12内；伸入缓冲溶液杯11的管45、管48由管路固定环25固定；伸入测量样品杯12的管46、管49由管路固定环26固定；取样电磁阀15，蠕动泵17，蠕动泵18及取样泵19均由单元B中的控制器控制。
所述的缓冲溶液杯11、测量样品杯12、空气净化杯13可采用玻璃，有机玻璃，陶瓷或不锈钢等导热快的材料制备；自溢管20、排废管21、空气净化杯进气管22、空气净化杯出气管23、空气净化杯出气管24、管路固定环25、管路固定环26、多孔暴气管27、多孔暴气管28可采用与缓冲溶液杯11、测量样品杯12、空气净化杯13相同的材料制备；所述的自溢管20、排废管21口径应合适，以有利于其功能的实现。
本发明提供的一种传感器式BOD在线监测仪，用于在线BOD检测的步骤及条件是：
先将空气净化杯13内加入蒸馏水，再将缓冲溶液杯11、空气净化杯13和测量样品杯12分别通过侧耳32、侧耳33、侧耳34、侧耳35、侧耳36、侧耳37悬挂在固定支架10上；自溢管20的末端与水槽2内的通水管29通过软管38连接，将水槽2外的通水管29连接软管39后放入缓冲溶液储备桶51中，自溢管20、软管38、通水管29、软管39构成的通路用于缓冲溶液的溢流；排废管21与水槽2内的通水管30通过软管40连接；水槽2外的通水管30与软管41连接，软管41由排废电磁阀16控制，废液由排废管21、软管40、通水管30、软管41、排废电磁阀16构成的通路排至废液桶52中，排废电磁阀16由单元B中的控制器控制；
空气净化杯13的进气管22与空气泵8出气口通过软管43连接，出气管23，出气管24分别与多孔暴气管27、多孔暴气管28通过软管42、软管44密封连接，并将连接好的多孔暴气管27放置在缓冲溶液杯11内，多孔暴气管28放置在测量样品杯12内；
取样电磁阀15是一个二位三通阀，三通方向分别接通管45、管46、管47后构成的两个通路与蠕动泵17一起用于缓冲溶液与样品的交替输送，其中，管45伸入缓冲溶液杯11中，管46伸入测量样品杯12中，管47固定在蠕动泵17后连接到微生物膜传感器14的进液口；蠕动泵18通过管48用于缓冲溶液杯11中的缓冲溶液的补充，管48的一端伸入缓冲溶液储备桶51中，另一端伸入缓冲溶液杯11中；取样泵19通过管49输送的样品到测量样品杯12内，管49的一端伸入采样单元A中的滤芯54中，另一端伸入测量样品杯12中；伸入缓冲溶液杯11的管45、管48由管固定环25固定；伸入测量样品杯12的管46、管49由管路固定环26固定；取样电磁阀15，蠕动泵17，蠕动泵18及取样泵19均由单元B中的控制器控制；
微生物膜传感器14通过微生物膜传感器固定夹9固定，调节微生物膜传感器固定夹9的高度使之与缓冲溶液杯11、空气净化杯13和测量样品杯12的高度基本一致，并使微生物膜传感器14倾斜于水槽2中，微生物膜传感器14的出液口通过软管50连接后伸入通水管31中，废液经通水管31一直流入废液桶53中；微生物膜传感器14与单元B中的电极接口55连接；
向水槽2内加水，待水槽2内的水面超过缓冲溶液杯11内自溢管20的高度时，停止加水；启动恒温控制器1及空气泵8的电源，设定需要水浴温度，整个测量单元准备工作完成；
启动传感器式BOD在线监测仪的电源，将活化好的微生物膜贴于微生物膜传感器14的电极表面，设定蠕动泵17和蠕动泵18的转速及方向，其中要求蠕动泵18的速度稍大于蠕动泵17的速度，缓冲溶液杯11液面高度超过自溢管20高度时，缓冲溶液自溢回缓冲溶液储备桶51中；蠕动泵17输送缓冲溶液流经微生物膜表面时，微生物膜传感器14输出一稳定的内源呼吸时的电流信号；当进入测量程序时，取样泵19迅速取样至测量样品杯12中，同时，单元B中的控制器控制排废电磁阀16开启，直至测量样品杯12用水样润洗完毕后关闭，当测量样品杯12中的取样体积与缓冲溶液杯11内缓冲溶液体积大致相等时，取样结束；根据所取样的温度设定暴气时间，一般在20min内即可达到样品与缓冲溶液的温度相同、溶解氧含量一致的要求；测量时，蠕动泵17输送样品流经微生物膜表面，微生物膜传感器14输出另一稳定的外源呼吸时的电流信号；微生物膜传感器14的电流信号，通过信号采集、处理及控制单元B的电极接口55，再经信号采集器、放大器，由仪器软件直接计算样品BOD结果，并可以实现打印及数据传输。
测量完毕后，排废电磁阀16开启，剩余样品经通水管30排至废液桶52内，完成一个测量周期。
本发明的有益效果：采用如上所述的传感器式BOD在线监测仪，测量单元内恒温水浴对待测样品与缓冲溶液进行恒温处理，在恒温、洁净的空气饱和作用下，短时间内可使二者在进入在线监测仪微生物膜传感器之前具有相同的温度、溶解氧浓度，提高了测量稳定性；增加了管路固定环，尽可能保证管路进样时不受到暴气的影响，同时，倾斜放置的微生物膜传感器，使可能进入的气泡顺利排除，防止影响测量结果；在线监测仪的管路在使用一段时间后，其内壁会附着大量微生物，对测量结果造成一定影响，因此需要定期更换，所设计的测量单元采用恒温水浴保温，免除了微生物膜传感器恒温罐内管路的预保温处理，减少了在线监测仪的管路使用，简化了管路设计的同时降低了副反应进行的程度；在线监测仪对待测水域的水样检测频繁，一般每日监测，因此缓冲溶液需要连续空气饱和，常规方法采用空气泵直接对缓冲溶液储备液进行空气饱和，使得缓冲溶液容易滋生微生物，本发明的测量单元采用去除了灰尘、微生物及可溶气体的净化空气对小体积的缓冲溶液进行空气饱和，实现了缓冲溶液即取即用，解决了缓冲溶液储备液可能被污染的问题。
附图说明
图1是本发明提供的一种传感器式BOD在线监测仪的结构示意图，它有采样单元A、信号采集、处理及控制单元B和测量单元C。图中，11是缓冲溶液杯，12是测量样品杯，14是微生物膜传感器，15是取样电磁阀，17是蠕动泵，19是取样泵，56是取样泵，57是取样杯。
此图也是说明书摘要的附图。
图2是采样单元A，图中58是水源，56是取样泵，57是取样杯，59是取样管，54是滤芯。
图3是信号采集、处理及控制单元B，它由信号采集器、放大器、工控机、显示器、打印机、通讯器及控制器组成。图中，55是电极接口。
图4是传感器式BOD在线监测仪的测量单元C。
图4中，1是恒温控制器，2是水槽，3是电动泵，4是循环水出口，5是循环水进口，6是加热电阻，7是温度传感器，8是空气泵，9是微生物膜传感器固定夹，10是固定支架，11是缓冲溶液杯，12是测量样品杯，13是空气净化杯，14是微生物膜传感器，15是取样电磁阀，16是排废电磁阀，17是蠕动泵，18是蠕动泵，19是取样泵，20是自溢管，21是排废管，22是进气管，23是出气管，24是出气管，25是管路固定环，26是管路固定环，27是多孔暴气管，28是多孔暴气管，29是通水管，30是通水管，31是通水管，32是侧耳，33是侧耳，34是侧耳，35是侧耳，36是侧耳，37是侧耳，38是软管，39是软管，40是软管，41是软管，42是软管，43是软管，44是软管，45是管，46是管，47是管，48是管，49是管，50是管，51是缓冲溶液储备桶，52是废液桶，53是废液桶，54是滤芯，55是电极接口。
具体实施方式
实施例1本发明提供的一种传感器式BOD在线监测仪。
本发明提供的一种传感器式BOD在线监测仪，它具有采样单元A、信号采集、处理及控制单元B和测量单元C。
图1是其结构示意图，图中，11是缓冲溶液杯，12是测量样品杯，14是微生物膜传感器，15是取样电磁阀，17是蠕动泵，19是取样泵，56是取样泵，57是取样杯；
所述的采样单元A如图2所示，图中58是水源，56是取样泵，57是取样杯，59是取样管，54是滤芯；
取样泵56从水源地58以100ml/s的速度抽取样品送至取样杯57中，杯满后水样经取水管59回流到水源地，滤芯54筛目数为35，用于净化水样中大颗粒杂质，芯内存水作为样品，由测量单元C的取样泵19二次取样送到测量样品杯12中，用于仪器检测；
所述的信号采集、处理及控制单元B如图3所示，它由信号采集器、放大器、工控机、显示器、打印机、通讯器及控制器组成。图中，55是电极接口；
所述的采样单元A中滤芯54中的样品通过取样泵19送至测量单元C的测量样品杯12中，测量单元C的微生物膜传感器14与信号采集、处理及控制单元B的电极接口55连接；微生物膜传感器14的测量信号，通过信号采集、处理及控制单元B的电极接口55，再经信号采集器、放大器，由仪器软件直接计算样品BOD结果，并可以实现打印及数据传输。其中控制器的作用是控制整个仪器的各种阀、泵的工作；所述的信号采集器、放大器，仪器软件、打印及数据传输、控制器均采用已有的在线BOD监测仪的已有技术；
所述的测量单元C如图4所示，其构成如下：恒温控制器1，水槽2，电动泵3，循环水出口4，循环水进口5，加热电阻6，温度传感器7，空气泵8，微生物膜传感器固定夹9，固定支架10，缓冲溶液杯11，测量样品杯12，空气净化杯13，微生物膜传感器14，取样电磁阀15，排废电磁阀16，蠕动泵17，蠕动泵18，取样泵19，自溢管20，排废管21，进气管22，出气管23，出气管24，管路固定环25，管路固定环26，多孔暴气管27，多孔暴气管28，通水管29，通水管30，通水管31，侧耳32，侧耳33，侧耳34，侧耳35，侧耳36，侧耳37，软管38，软管39，软管40，软管41，软管42，软管43，软管44，管45，管46，管47，管48，管49，管50，缓冲溶液储备桶51，废液桶52，废液桶53，滤芯54，电极接口55；
所述的取样电磁阀15型号为FFY23，蠕动泵17型号为BT00-100M，取样泵19型号为BT300-1J，取样泵35型号为JL350-1J。
实施例2传感器式在线BOD监测仪的测量单元
本发明提供的一种传感器式BOD在线监测仪，它具有采样单元A、信号采集、处理及控制单元B和测量单元C。其中，测量单元C如图4所示。包括恒温控制器1，水槽2，电动泵3，循环水出口4，循环水进口5，加热电阻6，温度传感器7，空气泵8，微生物膜传感器固定夹9，固定支架10，缓冲溶液杯11，测量样品杯12，空气净化杯13，微生物膜传感器14，取样电磁阀15，排废电磁阀16，蠕动泵17，蠕动泵18，取样泵19，自溢管20，排废管21，进气管22，出气管23，出气管24，管路固定环25，管路固定环26，多孔暴气管27，多孔暴气管28，通水管29，通水管30，通水管31，侧耳32，侧耳33，侧耳34，侧耳35，侧耳36，侧耳37，软管38，软管39，软管40，软管41，软管42，软管43，软管44，管45，管46，管47，管48，管49，管50，缓冲溶液储备桶51，废液桶52，废液桶53，滤芯54，电极接口55；
水槽2深12cm，体积4L，是恒温控制器1的储水容器，与恒温控制器1密封连接；它为一有底无盖的容器，采用不锈钢制备；加热电阻6电阻值500Ω，与恒温控制器1密封连接并固定于在水槽2的底部位置，温度传感器7固定在水槽2侧壁上；恒温控制器1接通电源时，加热电阻6开始加热，温度传感器7监测水浴温度到设定温度时，加热电阻6停止工作；电动泵3位于恒温控制器1内部，工作时，恒温器腔体2中的恒温水从循环水进口5进入到电动泵3，电动泵3把恒温水再通过循环水出口4排出到恒温器腔体2中，从而构成循环水浴，以保证整个水浴体系温度一致；通水管29，通水管30，通水管31分别穿过水槽2的底面并与底面密封，通水管29，通水管30分别与自溢管20，排废管21构成通路后用于缓冲溶液的自溢和剩余样品的排废；通水管31用于软管50的排废，高11cm；微生物膜传感器固定夹9高度可调，固定在水槽2中；
缓冲溶液杯11与测量样品杯12均为敞口圆柱型等高等体积储液容器，体积200ml。自溢管20密封贯穿缓冲溶液杯11的底面，在杯内高度7cm，保证杯内缓冲溶液体积150ml恒定；自溢管20的末端与水槽2内的通水管29通过软管38连接，将水槽2外的通水管29连接软管39后放入缓冲溶液储备桶51中，自溢管20、软管38、通水管29、软管39构成的通路用于缓冲溶液的溢流；排废管21与测量样品杯12的底面密封连通，排废管21与水槽2内的通水管30通过软管40连接，水槽2外的通水管30与软管41连接，软管41由排废电磁阀16控制，废液由排废管21、软管40、通水管30、软管41、排废电磁阀16构成的通路排至废液桶52中，排废电磁阀16由单元B中的控制器控制；
空气净化杯13是一带有密封盖的圆柱型储液容器，体积200ml，内有150ml的蒸馏水。空气净化杯的进气管22、出气管23和出气管24均穿过空气净化杯13的上盖，并通过密封圈密封，进气管22伸入空气净化杯13的液面下3cm，出气管23和出气管24在杯中的液面上2cm；进气管22与空气泵8出气口通过软管43连接，出气管23，出气管24分别与多孔暴气管27、多孔暴气管28通过软管42、软管44密封连接，并将连接好的多孔暴气管27放置在缓冲溶液杯11内，多孔暴气管28放置在测量样品杯12内；多孔暴气管27、多孔暴气管28末端有很多致密微孔提供大量气泡用于样品和缓冲溶液的空气饱和，并减小液面波动；
侧耳32、侧耳33、侧耳34、侧耳35、侧耳36、侧耳37分别固定在缓冲溶液杯11、空气净化杯13和测量样品杯12外壁两侧，缓冲溶液杯11、空气净化杯13和测量样品杯12分别通过侧耳32、侧耳33、侧耳34、侧耳35、侧耳36、侧耳37悬挂在固定支架10上，固定支架10高9cm，稳定放置于水槽2中；
微生物膜传感器14通过微生物膜传感器固定夹9固定，可以调节微生物膜传感器固定夹9的高度到9cm，并使微生物膜传感器14倾斜于水槽2中；微生物膜传感器14与单元B中的电极接口55连接；微生物膜传感器14的测量信号，通过信号采集、处理及控制单元B的电极接口55，再经信号采集器、放大器，由仪器软件直接计算样品BOD结果，并可以实现打印及数据传输。
取样电磁阀15是一个二位三通阀，三通方向分别接通管45、管46、管47后构成的两个通路与蠕动泵17一起用于缓冲溶液与样品的交替输送；蠕动泵18通过管48用于缓冲溶液杯11中的缓冲溶液的补充；取样泵19通过管49输送采样单元A中的滤芯54内的样品到测量样品杯12内；伸入缓冲溶液杯11的管45、管48由管路固定环25固定；伸入测量样品杯12的管46、管49由管路固定环26固定；取样电磁阀15，蠕动泵17，蠕动泵18及取样泵19均由单元B中的控制器控制；
所述的自溢管20，排废管21采用口径1cm的玻璃圆管制成；
所述的取样电磁阀15型号为FFY23，蠕动泵17、蠕动泵18型号为BT00-100M，取样泵19型号为BT300-1J；连接蠕动泵的软管为专用硅胶管，其它软管根据需要选择聚四氟、硅胶或塑料等材料；所述的缓冲溶液杯11、测量样品杯12、空气净化杯13及附属结构均采用玻璃制成；所述的通水管29，通水管30，通水管31采用不锈钢管。
实施例3使用传感器式在线BOD监测仪，用于在线BOD检测实施步骤
将缓冲溶液杯11、空气净化杯13和测量样品杯12分别通过侧耳32、侧耳33、侧耳34、侧耳35、侧耳36、侧耳37悬挂在固定支架10上；自溢管20的末端与水槽2内的通水管29通过软管38连接，将水槽2外的通水管29连接软管39后放入缓冲溶液储备桶51中，自溢管20、软管38、通水管29、软管39构成的通路用于缓冲溶液的溢流；排废管21与水槽2内的通水管30通过软管40连接；水槽2外的通水管30与软管41连接，软管41由排废电磁阀16控制，废液由排废管21、软管40、通水管30、软管41、排废电磁阀16构成的通路排至废液桶52中，排废电磁阀16由单元B中的控制器控制；
空气净化杯13的进气管22与空气泵8出气口通过软管43连接，出气管23，出气管24分别与多孔暴气管27、多孔暴气管28通过软管42、软管44密封连接，并将连接好的多孔暴气管27放置在缓冲溶液杯11内，多孔暴气管28放置在测量样品杯12内；
取样电磁阀15是一个二位三通阀，三通方向分别接通管45、管46、管47后构成的两个通路与蠕动泵17一起用于缓冲溶液与样品的交替输送，其中，管45伸入缓冲溶液杯11中，管46伸入测量样品杯12中，管47固定在蠕动泵17后连接到微生物膜传感器14的进液口；蠕动泵18通过管48用于缓冲溶液杯11中的缓冲溶液的补充，管48的一端伸入缓冲溶液储备桶51中，另一端伸入缓冲溶液杯11中；取样泵19通过管49输送的样品到测量样品杯12内，管49的一端伸入采样单元A中的滤芯54中，另一端伸入测量样品杯12中；伸入缓冲溶液杯11的管45、管48由管路固定环25固定；伸入测量样品杯12的管46、管49由管路固定环26固定；取样电磁阀15，蠕动泵17，蠕动泵18及取样泵19均由单元B中的控制器控制；
微生物膜传感器14通过微生物膜传感器固定夹9固定，调节微生物膜传感器固定夹9的高度到9cm，并使微生物膜传感器14倾斜于水槽2中，微生物膜传感器14的出液口通过软管50连接后伸入通水管31中，废液经通水管31一直流入废液桶53中；微生物膜传感器14与单元B中的电极接口55连接；
向水槽2内加水，使缓冲溶液杯11的自溢管20及微生物膜传感器14的进液口和出液口浸入液面以下即可；启动恒温控制器1，设定水浴温度30℃，启动空气泵8的电源，空气泵8开始以3L/min的速率向空气净化杯13中暴气，整个测量单元准备工作完成；
启动传感器式BOD在线监测仪的电源，将活化好的微生物膜贴于微生物膜传感器14的电极表面，设定蠕动泵17转速3.0ml/min，蠕动泵18转速3.1ml/min，取样泵19转速10ml/s及三者的工作方向，缓冲溶液杯11液面高度超过7cm时，缓冲溶液自溢回缓冲溶液储备桶51中；在清洗状态下，蠕动泵17输送缓冲溶液流经微生物膜表面时，微生物膜传感器14输出一稳定的内源呼吸时的电流信号；当进入测量程序时，单元B中的控制器控制排废电磁阀16开启，取样泵19从单元B的滤芯54内以10ml/s的速度取样至测量样品杯12中，120s时，管路剩余样品及测量样品杯12充分润洗完毕，排废电磁阀16关闭，135s时，测量样品杯12内样品体积大约有150ml，取样泵19停止工作；根据所取样的温度设定暴气时间，一般在20min内即可达到样品与缓冲溶液的温度相同、溶解氧含量一致的要求；测量开始时，蠕动泵17输送样品流经微生物膜表面，10min后，微生物膜传感器14输出另一稳定的外源呼吸时的电流信号；微生物膜传感器14的电流信号，通过信号采集、处理及控制单元B的电极接口55，再经信号采集器、放大器，由仪器软件直接计算样品BOD结果，并可以实现打印及数据传输。
测量完毕后，排废电磁阀16开启，剩余样品经通水管30排至废液桶52内，一个测量周期完成。
所述的空气泵3型号为AC0-5502，取样电磁阀15型号为FFY23，排废电磁阀16型号为QS2-5，蠕动泵17、蠕动泵18型号为BT00-100M，取样泵19型号为BT300-1J；连接蠕动泵的软管为专用硅胶管，其他软管根据需要选择聚四氟、硅胶或塑料等材料；
采用如上所述的传感器式BOD在线监测仪模拟现场监测，与测量单元内只有微生物膜传感器恒温罐的仪器对比，就标准样品和污水样品进行了测试，结果如下：
表1传感器式BOD在线监测仪与对比仪器测量样品稳定性比较
| 样品 | 传感器式BOD在线监测仪BOD mg/L | RSD％ | 样品 | 对比仪器BOD mg/L | RSD％ |
| 标准样品1-a标准样品2+a污水样品1-a污水样品2-a | 8.6、8.5、9.0、9.1、9.4、8.820.3、21.9、21.4、22.4、22.5、21.031.2、29.8、27.6、31.7、32.5、29.654.5、51.5、53.7、53.8、54.5、53.0 | 3.83.95.82.1 | 标准样品1-b标准样品2-b污水样品1-b污水样品2-b | 9.8、11.0、8.1、9.0、8.9、9.317.2、20.0、23.8、17.5、15.3、21.526.4、28.3、30.1、26.1、23.4、30.047.8、51.0、53.2、53.5、52.7、56.5 | 10.516.39.55.5 |
由比对数据可以看出，传感器式BOD在线监测仪测量的相对标准偏差小于6％，均好于对比仪器测量结果。这一数据来源于实验室测量，反映的是当样品与缓冲溶液二者温度差异不大(≤3℃)时的区别。当在线监测仪用于监测站现场检测，而室内温度显著高于(≥6℃)室外温度时，水样中的溶解氧含量便明显高于缓冲溶液中的溶解氧含量，此时，若不采用恒温装置预先将二者溶解氧平衡到同一水平，在线监测仪所测量的结果将严重偏低，甚至出现零值或负值；而当室外温度显著高于室内温度时，测量结果偏高。
Claims (1)
1、一种传感器式生化需氧量在线监测仪，它有采样单元A、信号采集处理及控制单元B；所述的采样单元A有取样泵(56)，取样杯(57)，取样管(59)，滤芯(54)；所述的信号采集处理及控制单元B，由信号采集器、放大器、工控机、显示器、打印机、通讯器及控制器组成；其中，(55)是电极接口；其特征在于，它还有测量单元C；
所述的测量单元C，其构成如下：恒温控制器(1)，水槽(2)，电动泵(3)，循环水出口(4)，循环水进口(5)，加热电阻(6)，温度传感器(7)，空气泵(8)，微生物膜传感器固定夹(9)，固定支架(10)，缓冲溶液杯(11)，测量样品杯(12)，空气净化杯(13)，微生物膜传感器(14)，取样电磁阀(15)，排废电磁阀(16)，蠕动泵(17)，蠕动泵(18)，取样泵(19)，自溢管(20)，排废管(21)，进气管(22)，出气管(23)，出气管(24)，管路固定环(25)，管路固定环(26)，多孔暴气管(27)，多孔暴气管(28)，通水管(29)，通水管(30)，通水管(31)，侧耳(32)，侧耳(33)，侧耳(34)，侧耳(35)，侧耳(36)，侧耳(37)，软管(38)，软管(39)，软管(40)，软管(41)，软管(42)，软管(43)，软管(44)，管(45)，管(46)，管(47)，管(48)，管(49)，管(50)，缓冲溶液储备桶(51)，废液桶(52)，废液桶(53)，滤芯(54)，电极接口(55)；
水槽(2)是恒温控制器(1)的储水容器，它是一有底无盖的容器并与恒温控制器(1)密封连接；加热电阻(6)与恒温控制器(1)密封连接并固定于在水槽(2)的底部位置，温度传感器(7)固定在水槽(2)侧壁上；电动泵(3)位于恒温控制器(1)内部；通水管(29)，通水管(30)，通水管(31)分别穿过水槽(2)的底面并与底面密封，通水管(29)，通水管(30)分别与自溢管(20)，排废管(21)构成通路后用于缓冲溶液的自溢和剩余样品的排废；通水管(31)用于管(50)的排废，其高度应与恒温控制器(1)的高度相等；微生物膜传感器固定夹(9)高度可调，固定在水槽(2)中；
缓冲溶液杯(11)与测量样品杯(12)为形状相同、体积相等的敞口储液容器；自溢管(20)密封贯穿缓冲溶液杯(11)的底面，其高度一定；自溢管(20)的末端与水槽(2)内的通水管(29)通过软管(38)连接，将水槽(2)外的通水管(29)连接软管(39)后放入缓冲溶液储备桶(51)中，自溢管(20)、软管(38)、通水管(29)、软管(39)构成的通路用于缓冲溶液的溢流；排废管(21)与测量样品杯(12)的底面密封连通，排废管(21)与水槽(2)内的通水管(30)通过软管(40)连接，水槽(20)外的通水管(30)与软管(41连接，软管(41)由排废电磁阀(16)控制，排废管(21)、软管(40)、通水管(30)、软管(41)、排废电磁阀(16)构成的通路用于剩余样品的排废，排废电磁阀(16)由单元B中的控制器控制；
空气净化杯(13)是一带有密封盖的储液容器，空气净化杯的进气管(22)、出气管(23)和出气管(24)均穿过空气净化杯(13)的上盖，并通过密封圈密封，进气管(22)伸入空气净化杯(13)的液面以下，出气管(23)和出气管(24)在杯中的液面以上；进气管(22)与空气泵(8)出气口通过软管(43)连接，出气管(23)，出气管(24)分别与多孔暴气管(27)、多孔暴气管(28)通过软管(42)、软管(44)密封连接，并将连接好的多孔暴气管(27)放置在缓冲溶液杯(110内，多孔暴气管(28)放置在测量样品杯(12)内；多孔暴气管(27)、多孔暴气管(28)末端有很多致密微孔；
侧耳(32)、侧耳(33)、侧耳(34)、侧耳(35)、侧耳(36)、侧耳(37)分别固定在缓冲溶液杯(11)、空气净化杯(13)和测量样品杯(12)外壁两侧，缓冲溶液杯(11)、空气净化杯(13)和测量样品杯(12)分别通过侧耳(32)、侧耳(33)、侧耳(34)、侧耳(35)、侧耳(36)、侧耳(37)悬挂在固定支架(10)上，固定支架(10)稳定放置于水槽(2)中；
微生物膜传感器(14)通过微生物膜传感器固定夹(9)固定，可以通过调节微生物膜传感器固定夹(9)来调节其高度，并使微生物膜传感器(14)倾斜于水槽(2)中；微生物膜传感器(14)与单元B中的电极接口(55)连接；微生物膜传感器(14)的测量信号，通过信号采集、处理及控制单元B的电极接口(55)，再经信号采集器、放大器，由仪器软件直接计算样品BOD结果，并可以实现打印及数据传输；
取样电磁阀(15)是一个二位三通阀，三通方向分别接通管(45)、管(46)、管(47)后构成的两个通路与蠕动泵(17)一起用于缓冲溶液与样品的交替输送；蠕动泵(18)通过管(48)用于缓冲溶液杯(11)中的缓冲溶液的补充；取样泵(19)通过管(49)输送采样单元A中的滤芯(54)内的样品到测量样品杯(12)内；伸入缓冲溶液杯(11)的管(45)、管(48)由管路固定环(25)固定；伸入测量样品杯(12)的管(46)、管(49)由管固定环(26)固定；取样电磁阀(15)，蠕动泵(17)，蠕动泵(18)及取样泵(19)均由单元B中的控制器控制。
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