CN101865833A

CN101865833A - 一种水质总磷总氮在线监测方法及监测系统

Info

Publication number: CN101865833A
Application number: CN200910188424A
Authority: CN
Inventors: 王富生; 舒易强; 元德仿; 廖小卿
Original assignee: Universtar Science and Technology Shenzhen Co Ltd
Current assignee: Universtar Science and Technology Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2009-11-24
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2010-10-20

Abstract

本发明涉及一种水质总磷总氮在线监测方法及监测系统。监测方法为：a、采集水样；b、将采集好的水样依照紫外消解紫外吸收法原理进行紫外消解；c、消解后的水样再放入比色皿中进行通过紫外光进行紫外吸收，同时通过光敏传感器计算光强度得出污染物浓度。检测系统包括PLC、CPU、样品前处理器、多通采样阀、注射器、反应器、检测器、人机界面和通信接口，样品前处理器、注射器、反应器、检测器分别用管线连接到多通采样阀。本发明能高效迅速地、稳定准确地对总氮、总磷浓度进行连续检测、存储、转发，具有测量精度高、性能稳定、效率高、体积小、重量轻、安装调试方便、成本低、能耗低、能独立使用、长期连续工作等优点。

Description

一种水质总磷总氮在线监测方法及监测系统

技术领域：

本发明涉及一种水质在线监测方法，特别是一种水质总磷总氮在线监测方法及监测系统。

背景技术：

目前我国面临水污染日益严重和水环境恶化趋势，为了有效开展水污染控制和提高科学管理决策水平，水和废水在线分析技术的研究及应用势在必行。氮、磷营养物质的富集容易造成水体富营养化，引起藻类及其他浮游生物的迅速繁殖，使水体溶解氧含量下降，最终造成藻类、浮游生物、水生生物衰亡甚至绝迹，因此总磷(TP)、总氮(TN)一直是水质常规分析的重要指标。我国的《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)规定了湖库、河流的总磷和总氮水质标准与分析方法，同时还在《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中规定了工业废水、污水处理厂排放废水、生活废水等污染源的排放标准与分析方法。但是传统的总磷、总氮分析采用手工采样和实验室人工分析的方法，测量周期比较长，手工操作复杂，而且不能达到实时监测的目标。

目前国内水质在线分析仪器的研发生产存在以下问题：(一)大部分在线分析仪器为单一参数在线分析仪器，只能分析总磷或者总氮的其中一种；(二)一些关键部件故障率高，维修、更换比较麻烦；(三)倾向于采用电化学分析方法，分辨率更高的光度分析方法很少被采用；(四)将现有分析方法中的加热、压力消解、清洗等操作“强行”仪器化，长期工作的可靠性很差；(五)一些技术性指标如分析精度、故障率、零点漂移等比不上国外的仪器。

随着环境污染问题日益严重，建立和发展连续、在线、快速的现场分析体系尤其重要。水质在线自动分析仪是近几年为适应环境管理的需要实施的一项水质分析技术路线，国内的应用情况尚处于发展的初期阶段。TN、TP作为水质分析系统的重要组成部分，面对国外价格高昂的进口仪器，急需开展国内总氮、总磷在线自动分析仪器的国产化研究以填补该类仪器的空白。

发明内容：

本发明的水质在线总磷总氮监测方法，在研究现有的国内外TN、TP分析技术基础上，自行设计和研发一套总磷、总氮在线自动分析系统，实现了水质TN、TP的快速、安全和稳定的在线分析，对提高水质分析的分析水平以及减少引进国外价格昂贵的分析仪器等极具重要意义。

本发明是通过以下技术手段实现的：

一种水质总磷总氮在线监测方法，包括以下步骤：a、采集水样；b、将采集好的水样依照紫外消解-紫外吸收法原理进行紫外消解；c、消解后的水样再放入比色皿中进行通过紫外光进行紫外吸收，同时通过光敏传感器计算光强度得出污染物浓度。

所述的步骤b与步骤c采用紫外消解-磷钼蓝光度法原理从而可查得磷的含量。

所述的步骤b与步骤c是通过抽取水样和试剂进行反应，采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法原理，计算出水中的总氮浓度值。

一种适用上述水质总磷总氮在线监测方法的检测系统，所述检测系统包括PLC、CPU、样品前处理器、多通采样阀、注射器、反应器、检测器、人机界面和通信接口，样品前处理器、注射器、反应器、检测器分别用管线连接到多通采样阀；所述的PLC与样品前处理器、多通采样阀、注射器、反应器、检测器、CPU、人机界面和通信接口互联通信。

上述的样品前处理器接有自来水进水管和排水管。

上述的多通采样阀为8通阀，共有二个，分别连接注射器、样品液、量程校准液、稀释水、试剂、反应器、检测器、废液桶等。

上述的反应器设有作为辅助消解的催化氧化器的紫外灯插入石英制样品反应器中，反应器外围设有加热用电阻丝。

上述的CPU，是通过设定自由通信协议，对整个水质在线监测实施自动控制，并实现PLC与个人计算机、打印机、触摸屏等的互联通信。

上述的通信接口与打印机、传真机等记录仪器电连接。

本发明的总磷总氮在线分析仪性能指标如下：

1.测量项目：总氮(TN)、总磷(TP)

2.测量范围：TP：0~0.5/1/2/5/10/20/50/100mgP/L

TN：0~2/5/10/20/50/100/200mgN/L

3.检出下限：TP：0.02mg/L

TN：0.06mg/L

4.重现性：TP：±3％F.S.以内(满量程20mg/L以下)

±5％F.S.以内(满量程50mg/L以上)

TN：±3％F.S.以内(满量程50mg/L以下)

±5％F.S.以内(满量程100mg/L以上)

5.测量精度：TP在20mg/L，TN在50mg/L以内为±3％F.S.以内

TP在50mg/L，TN在100mg/L以上为±5％F.S.以内

6.模拟输出：4~20mA，0~10VDC

7.通信接口：RS232或RS485

本发明的一种水质在线监测方法及总氮总磷在线分析仪，能高效迅速地、稳定准确地对总氮、总磷浓度进行连续检测、存储、转发，具有测量精度高、性能稳定、效率高、体积小、重量轻、安装调试方便、成本低、能耗低、能独立使用、长期连续工作等优点。

附图说明：

图1是本发明的系统原理图。

图2是本发明的光学检测原理图。

具体实施方式：

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明的一种水质在线监测方法的检测系统主要由样品前处理器、多通采样阀、注射器、反应器、检测器、系统控制器(CPU)、人机界面(HMI)和通信接口等几部分组成：

(1).系统控制器

负责对整个分析仪的自动控制和与外部的通信。系统控制由PLC控制器完成，其性能可靠、指令丰富、内置功能强、通讯能力强和较高的性价比等特点，其突出特点是自由口通讯功能。通过设定自由通信协议，可实现PLC与个人计算机、打印机、触摸屏等的互联通信。

(2).反应器

将一定功率的紫外灯作为辅助消解的催化氧化器插入石英制样品反应器中，样品外围采用电阻丝加热。

(3).多通采样阀及注射器

本检测系统包括自动和离线的校准功能模块、定量进样功能模块和循环清洗功能模块，其核心部件为2个8通阀和1个注射器。2个8通阀分别连接注射器、样品液、标准液、稀释水、化学试剂、反应器、检测器、排水口等。

(4).检测器

检测器主要由光源、单色器、样品池，光电流检测器等部分组成。光电流检测器的光电管装有一个阴极和一个阳极，阴极是用对光敏感的金属做成，当光射到阴极且达到一定能量时，金属原子中电子发射出来。光愈强，光波的振幅愈大，电子放出愈多。电子是带负电的，被吸引到阳极上而产生电流。光电管产生电流很小，需要送到I/O板放大后再送到PLC处理。根据朗勃特-比尔定律：Xe灯光源发出的光(I₀)照射溶液时，一部分光(I)通过溶液，而另一部分光被溶液吸收了，这种吸收是与溶液中物质的浓度和液层的厚度成正比。

(5)人机界面(HMI)

触摸屏的主要功能包括对分析仪的自动/手动控制、历史数据的查询、基本参数设定、警报显示及确认等。

(6)通信接口

通信接口与打印机、传真机等记录仪器电连接。

实施时，系统控制器负责对整个分析仪的自动控制和与外部的通信；样品前处理器负责对采集到的水样进行预处理；八通采样阀和注射器可以精确定量抽取水样和试剂进行反应；反应器对混合样液进行紫外消解；检测器通过光度吸收，分析水样中污染物的浓度；人机界面用来操作分析仪，通讯接口和其他设备进行外部通讯。

水质在线监测的自动控制：一是通过PLC控制多通采样阀和注射器抽取水样和试剂进行反应，采用紫外消解-磷钼蓝光度法原理，并计算出水样中的总磷浓度值。

二是通过PLC控制多通采样阀和注射器抽取水样和试剂进行反应，采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法原理，计算出水中的总氮浓度值。

本发明的一种水质在线监测方法及一种总氮总磷分析仪，其检测效果与设计要求相符；八通阀、步进电机、氙灯、紫外消解灯、PLC、触摸屏等元器件没有出现损坏的现象；现场对比实验时，现场调试人员记录和实际水样污染物浓度相配匹，没有出现大范围跳变的现象；经过和其他现场对比发现，使用总氮总磷分析仪的现场数据一直非常准确。另外，该总氮总磷分析仪基本不需要维护，而且全部功能可远程操作。而且本发明的总氮总磷在线分析仪还具有测量精度高、性能稳定、可长期连续工作等优点。

这里需要指出的是，尽管已经对本发明的一种水质在线监测方法及进行了详细的描述，但是就本领域工作人员来说，在这个基础上做出的类似和相似的修改都应该属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种水质总磷总氮在线监测方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：a、采集水样；b、将采集好的水样依照紫外消解-紫外吸收法原理进行紫外消解；c、消解后的水样再放入比色皿中进行通过紫外光进行紫外吸收，同时通过根据朗勃特-比尔定律及光敏传感器计算光强度得出污染物浓度。

2.根据权利要求1所述的水质总磷总氮在线监测方法，其特征在于：所述的步骤b与步骤c采用紫外消解-磷钼蓝光度法原理从而上查得磷的含量。

3.根据权利要求1所述的水质总磷总氮在线监测方法，其特征在于：所述的步骤b与步骤c是通过抽取水样和试剂进行反应，采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法原理，计算出水中的总氮浓度值。

4.一种适用权利要求1所述水质总磷总氮在线监测方法的检测系统，其特征在于所述检测系统包括PLC、CPU、样品前处理器、多通采样阀、注射器、反应器、检测器、人机界面和通信接口，样品前处理器、注射器、反应器、检测器分别用管线连接到多通采样阀；所述的PLC与样品前处理器、多通采样阀、注射器、反应器、检测器、CPU、人机界面和通信接口互联通信。

5.根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于：所述的样品前处理器接有自来水进水管和排水管。

6.根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于：所述的多通采样阀为8通阀，共有二个，分别连接注射器、样品液、量程校准液、稀释水、试剂、反应器、检测器、废液桶等。

7.根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于：所述的反应器设有作为辅助消解的催化氧化器的紫外灯插入石英制样品反应器中，反应器外围设有加热用电阻丝。

8.根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于：所述的人机界面是触摸控制屏。

9.根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于：所述的CPU，是通过设定自由通信协议，对整个水质在线监测实施自动控制，并实现PLC与个人计算机、打印机、触摸屏等的互联通信。