CN102841060B - 一种在线水质快速检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线水质快速检测系统，属于工业废水水质检测领域。所述检测系统由检测装置、电源与信号转换处理装置、指示剂投加装置以及清洗装置四部分组成。本发明提供的系统，用于直接显色或指示显色工业废水水质检测，具有响应速度快（＜1秒）、抗腐蚀性强（无废水接触元件）、运行稳定（无活动检测元件）、使用寿命长、维护简单等优点。

Description

一种在线水质快速检测系统

技术领域

本发明属于工业废水水质检测领域，具体涉及一种利用CCD传感器技术，对直接显色或添加指示剂后显色的工业废水，进行连续、快速在线检测的装置。 

背景技术

在工业废水排放与净化处理过程中，为了采取有效处理方法、控制污染物排放浓度，广泛采用各种pH、COD、电导率、氨氮、重金属离子等在线检测仪器。这些仪器的使用有效地反映了被测水质浓度情况。但由于各种工业废水中污染物种类繁多、浓度差异大、腐蚀性强、干扰大、系统复杂难维护等问题，导致很多昂贵的检测仪器使用寿命短、检测结果不可靠。还有一些仪器(如COD)是模拟标准人工化验方法进行在线自动检测的，因而检测周期长、滞后大，无法满足净化处理过程控制需要。COD、氨氮等污染指标的人工化验分析，每批试验的操作时间要三小时左右，大部分自动在线仪器的取样检测时间也在30～120分钟之间。化学分析中经常要消耗硫酸、硫酸银、碘化汞、重铬酸钾等危险品和重金属污染药品，带来环境污染，很多工业废水都是有特定的颜色的，其分色结果及亮度与其部分污染指标，如COD、氨氮、重金属离子及特定污染物浓度之间，有一定的对应关系。也有一些工业废水本身没有颜色，但通过投加特定的指示剂后，也会显示出相应的颜色和亮度。目前，很多人工化学分析方法中用这种方法判别滴定终点，一些分析仪器(如分光光度计)采用这一原理，在特定波长下检测其透光率。这些方法直接用于现场在线检测，就存在系统复杂等诸多问题。 

目前，CCD图像传感器的技术已经成熟。CCD是一种半导体器件，它能够将感受到的光线分色亮度为数字信号，以便计算机进行快速处理。因此，利用工业废水直接或指示显色的特点，采用CCD与计算机技术结合，设计一种市场急需的，具有响应速度快、抗腐蚀性强、运行稳定、使用寿命长、维护简单的在线检测仪器便成为可能。 

发明内容

本发明提供一种利用CCD传感器技术，对直接显色或添加指示剂后显色、且其亮度与被测浓度有一定数量关系的工业废水，进行连续、快速在线检测的装置及方法。 

为了实现上述技术目的，本发明是通过以下技术方案予以实现的。 

一种在线水质快速检测系统，包括检测装置、电源与信号转换处理装置； 

所述的检测装置由基座、进样水管、进水阀、清洗管、透光玻璃、出样水管、螺栓以及 压盖组成；所述基座为主体，其下部中间设一孔接进样水管，管上装一进水阀，基座上部中间也开一孔，接出样水管，基座两侧各开一通透圆孔，其四周设置O型圈槽，在其中安放O型圈，在通透圆孔外放置透光玻璃后，用螺栓通过压盖固定透光玻璃，在压盖上与基座通透圆孔对应位置上开通孔，以便光线穿越； 

所述的电源与信号转换处理装置由计算机、光源、CCD传感器以及光纤管组成；光源发出的光线穿过透光玻璃和待测水样，由光纤管导入CCD传感器，CCD传感器进行光电转换成分色亮度数字信号，由通讯线路送至计算机进行处理； 

所述在线水质快速检测系统还包括指示剂投加装置，该装置由指示剂罐和调速计量泵组成；对于本身没有颜色，但能选配到合适指示剂的废水，在指示剂罐中投加指示液，由调速计量泵定量加入进样水管，混合反应显色后进入上述检测装置，实施检测。 

进一步的，所述在线水质快速检测系统还包括清洗装置，该装置由清洗罐、清洗泵、清洗管及管道连接而成；所述基座下部开一孔接清洗管，其出口斜对透光玻璃，在计算机控制下，定期脉冲冲洗。 

进一步的，在光源与压盖的通孔之间设置调光玻璃。 

进一步的，所述CCD传感器的电荷耦合元件采用并联方式连接。 

一种在线水质快速检测方法，该方法主要利用直接显色或添加指示剂后显色工业废水的分色亮度与其污染物浓度相关的特性，实现快速在线检测；该方法主要由检测装置、电源与信号转换处理装置、指示剂投加装置以及清洗装置四部分组合得以实施，所述检测装置中的水样在连续流动过程中，在稳定光源的作用下，显示其分色亮度；所述电源与信号转换处理装置中的CCD传感器与计算机联合完成分色光信号向数字信号的转换与处理；所述指示剂投加装置是将无色废水在指示剂作用下变为显色废水后用于水质检测；所述清洗装置是在计算机程序控制下，定期将清洗液打入上述检测装置中清洗积垢。 

本发明提供的系统和方法，用于直接显色或指示显色工业废水水质检测，具有响应速度快(<1秒)、抗腐蚀性强(无废水接触元件)、运行稳定(无活动检测元件)、使用寿命长、维护简单等优点。 

附图说明

图1为本发明的结构原理图。 

图中：1、基座，2、O型圈，3、透光玻璃，4、压盖，5、螺栓，6、进样水管，7、进水阀，8、出水管，9、电源控制器，10、光源，11、光纤管，12、CCD传感器，13、计算机，14、指示剂罐，15、调速计量泵，16、清洗液罐，17、清洗泵，18、清洗管，19、调光玻璃。 

具体实施方式

以下结合附图详述本发明。 

如图1所示，本发明一种在线水质快速检测系统由检测装置、电源与信号转换处理装置、指示剂投加装置以及清洗装置组成。检测装置由基座1、进样水管6、进水阀7、清洗管18、透光玻璃3、出样水管8、螺栓5以及压盖4组成；基座1为主体，其下部中间设一孔接进样水管6，管上装一进水阀7，基座1上部中间也开一孔，接出样水管8；基座1两侧各开一通透圆孔，在基座上围绕通透圆孔设置O型圈槽，在其中安放O型圈2；在通透圆孔外放置透光玻璃3后，用螺栓5通过压盖4固定透光玻璃3；在压盖4上与基座1通透圆孔对应位置上开通孔，以便光线穿越。电源与信号转换处理装置由计算机13、光源10、调速计量泵15、清洗泵17、CCD传感器12、调光玻璃19、以及光纤管11组成，它们彼此相连，由计算机13控制；光源10发出的光线透过调光玻璃19、透光玻璃3和待测水样，由光纤管11导入CCD传感器12，CCD传感器12进行光电转换成分色亮度数字信号，由通讯线路送至计算机13进行处理。指示剂投加装置由指示剂罐14和调速计量泵15组成；对于本身没有颜色，但能选配到合适指示剂的废水，在指示剂罐14中投加指示液，由调速计量泵15定量加入进样水管6，混合反应显色后进入检测管，实施检测。清洗装置由清洗罐16、清洗泵17、清洗管18及管道连接而成；在上述检测装置中的基座1下部开一孔接清洗管18，其出口斜对透光玻璃3，在计算机13控制下，定期脉冲冲洗。 

以下结合实施例详述本发明。 

本发明一种在线水质快速检测方法主要利用直接显色或添加指示剂后显色工业废水的分色亮度与其污染物浓度相关的特性，实现快速在线检测；该方法主要由检测装置、电源与信号转换处理装置、指示剂投加装置以及清洗装置四部分组合得以实施，具体实施步骤如下： 

(1)检测装置以基座1为主体，其下部开两孔，中间孔接进样水管6，管上装一进水阀7，另一孔接清洗管18，清洗管18管口斜对透光玻璃3；基座1上部中间开一孔，接出样水管8；基座1两侧各开一通透圆孔，其四周设置O型圈槽，安放O型圈2；基座1外均布四个螺栓孔，在放置透光玻璃3后，用螺栓5通过压盖4固定透光玻璃3，在压盖4上与基座1通透圆孔对应位置上开通孔，以便光线穿越。 

(2)供电电源控制器9输入电压为220伏，在计算机控制信号作用下，向调速计量泵15、清洗泵17、计算机13和CCD传感器12供电；光源选用LED等稳定灯泡/管，使光线透过调光玻璃19，经透光玻璃3和待测水样，到达光纤管11导入CCD传感器12，进行光电转换成分色亮度数字信号，由通讯线路送至计算机13端口，由计算机检测程序进行处理。 

(3)对于本身没有颜色，但能选配到合适指示剂的废水，可设置指示剂罐14投加指示液，由管道与调速计量泵15相连，调速计量泵15出口管与进样水管6相连，混合反应后进入基座1；调速计量泵15在计算机控制信号的作用下，定量加入指示液。 

(4)设置清洗罐16配制清洗液，清洗罐16由管道与清洗泵17连接，清洗泵17出口(含止回阀)与基座1相连，出口斜对透光玻璃3；在计算机控制信号的定期作用下，先关闭进水阀7，再间歇启动清洗泵17加入清洗液，清洗透光玻璃3上的积垢；清洗完成后，再打开进水阀7，恢复正常检测。 

(5)由于不同工业废水的分色亮度与其污染指标浓度之间的关系不同，具体测点的浓度与分色亮度关系需要采用化学分析方法进行标定，然后写入计算机检测程序中。对于容易积垢的工业废水，在两次清洗之间，积垢是逐渐增厚的，另外，光源随着使用时间的延长，亮度会逐渐衰减的。因此，要定期在清洗罐中用清水置换工业废水后进行测定，在计算机程序中进行光源衰减和积垢增长修正。 

为提高在线水质检测的实用性和精确性，本发明可根据废水亮度大小及时更换调光玻璃19以改变光源亮度，以满足不同亮度废水的浓度检测；所述CCD传感器12的电荷耦合元件采用并联方式连接，若干个并联电荷耦合元件可同时检测废水的分色亮度并转换成RGB三原色数字信号，取平均后，由通讯线路送至计算机13进行处理，从而保证了最终检测数据的精确度。 

实验结果1： 

按本发明试制的样机，用于某焦化废水水质检测，按照通常检测仪器校正方法，采用焦化原水进行不同倍率稀释，分别将样机检测的分色亮度与人工化学分析结果，一次线性拟合直线的相关系数为0.999，响应时间<1秒。 

实验结果2： 

按本发明试制的样机，用于某焦化废水水质检测，采用现场采集8个肉眼可分辨颜色的水样，分别将样机检测的分色亮度与人工化学分析结果，一次线性拟合直线的相关系数为0.815；二次拟合曲线的相关系数为0.923，响应时间<1秒，该样机(不含自动清洗功能)已在现场正常运行一年多。 

Claims (4)

1.一种在线水质快速检测系统，包括检测装置、电源与信号转换处理装置，其特征在于，

所述的检测装置由基座[1]、进样水管[6]、进水阀[7]、清洗管[18]、透光玻璃[3]、出样水管[8]、螺栓[5]以及压盖[4]组成；所述基座[1]为主体，其下部中间设一孔接进样水管[6]，管上装一进水阀[7]，基座[1]上部中间也开一孔，接出样水管[8]，基座[1]两侧各开一通透圆孔，其四周设置O型圈槽，在其中安放O型圈[2]，在通透圆孔外放置透光玻璃[3]后，用螺栓[5]通过压盖[4]固定透光玻璃[3]，在压盖[4]上与基座[1]通透圆孔对应位置上开通孔，以便光线穿越；

所述的电源与信号转换处理装置由计算机[13]、光源[10]、CCD传感器[12]以及光纤管[11]组成；光源[10]发出的光线穿过透光玻璃[3]和待测水样，由光纤管[11]导入CCD传感器[12]，CCD传感器[12]进行光电转换成分色亮度数字信号，由通讯线路送至计算机[13]进行处理；

该检测系统还包括指示剂投加装置，该装置由指示剂罐[14]和变频调速计量泵[15]组成；对于本身没有颜色，但能选配到合适指示剂的废水，在指示剂罐[14]中投加指示液，由变频调速计量泵[15]定量加入进水管[6]，混合反应显色后进入上述检测装置，实施检测。

2.如权利要求1所述的在线水质快速检测系统，其特征在于，还包括清洗装置，该装置由清洗罐[16]、清洗泵[17]、清洗管[18]及管道连接而成；所述基座[1]下部开一孔接清洗管[18]，其出口斜对透光玻璃[3]，在计算机[13]控制下，定期脉冲冲洗。

3.如权利要求1或2所述的在线水质快速检测系统，其特征在于，在光源[10]与压盖[4]的通孔之间设置调光玻璃[19]。

4.如权利要求1或2所述的在线水质快速检测系统，其特征在于，所述CCD传感器[12]的电荷耦合元件采用并联方式连接。