CN105259129A - 一种探头式水质多参数在线监测仪及其监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种环境在线监测仪及其监测方法。一种探头式水质多参数在线监测仪，该监测仪包括表头控制器、传输线缆和探头本体，所述的探头本体包含光源模块、检测模块和流通样品室。本发明还公开了采用上述任一技术方案所述的监测仪的监测方法。本发明由于采用了上述的技术方案，可以同时测量化学需氧量(COD)，浊度和色度三个参数。同时，通过精确的浊度测量，来补偿最终的紫外吸收法COD的测量结果。

Description

一种探头式水质多参数在线监测仪及其监测方法
技术领域
本发明涉及一种环境在线监测仪及其监测方法。
背景技术
化学需氧量(COD)是环保监测中的主要指标，COD和浊度是地表水、地下水监测中的重要指标。传统的监测方法，需要独立的两台设备，同时COD的监测过程会使用到化学反应过程，需要高温高压和毒性化学物质，存在测量周期长，二次污染高，维护量大的问题。
用于地表水监测时，采用化学比色法的传统COD在线监测仪，体积大，存在二次污染风险，不适合地表水监测。且不能很好的与浊度、色度等监测参数整合。
水体中的有机污染物浓度对特定波长紫外光的吸收遵循朗伯-比尔定律。这表明特定波长光的吸光度可以作为水中有机物浓度的替代参数。通过特定的标定，可以通过该方法，对水中的COD、BOD、TOC等指标进行检测。该类检测设备，也具有单独的机箱，或探头结构。
浊度测量根据国际标准ISO7027和美国环保标准EPA180.1，采用880nm光源，利用90度散射光强度来测量浊度值。这种监测方法，可以准确测量低浓度浊度值。
传统的色度测定采用铂钻比色法，该方法使用目视法判断，过程过于复杂，不适用于在线监测。国内外多项研究表明，350nm～390nm的吸光度和铂钻比色法得到的色度值有很好的相关性。
传统的紫外双光路COD在线监测仪，一般采用汞灯光源，低压汞灯的发光特性决定了智能选择254nm光谱进行COD测量，采用546nm光谱进行浊度补偿，然而，254nm处测量COD，由于254nm光谱吸收过大，限制了测试量程。而546nm处于可见光波段，用作浊度补偿，会受到色度的干扰，影响浊度补偿的效果。
发明内容
针对以上提出问题，本发明的一个目的在于提供一种便携可靠的光谱吸收水质在线监测仪，同时测量化学需氧量(COD)，浊度和色度三个参数。同时，通过精确的浊度测量，来补偿最终的紫外吸收法COD的测量结果。本发明的另外一个目的是提供采用上述的监测仪的监测方法。
为了实现上述的第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种探头式水质多参数在线监测仪，该监测仪包括表头控制器、传输线缆和探头本体，所述的探头本体包含光源模块、检测模块和流通样品室；表头控制器通过传输线缆分别连接探头本体内的光源模块和检测模块擦洗装置；所述的流通样品室设置在探头本体中部，为探头本体上的一个凹形口；所述的光源模块设置在流通样品室的一侧，包括光源恒温模块、化学需氧量测定的第一LED光源、浊度补偿的第二LED光源和色度测定的第三LED光源，所述的第一LED光源、第二LED光源和第三LED光源由光源恒温模块控制温度；所述的检测模块包括全波长透射检测器和近红外散射检测器，全波长透射检测器设置在光源模块的正对面用于分时接收第一LED光源、第二LED光源和第三LED光源的透射光，近红外散射检测器流通样品室的侧边并与全波长透射检测器成90°角设置，近红外散射检测器用于接收第三LED光源的散射光，并在近红外散射检测器前端设置有滤光片，滤光片用于滤除非第三LED光源发出的光。
作为优选，所述的第一LED光源选用紫外区275nmLED光源。
作为优选，所述的第二LED光源选用紫外区375nmLED光源。
作为优选，所述的第三LED光源选用近红外区选880nmLED光源。
作为优选，该监测仪还包括擦洗装置，擦洗装置包含电机和刮片，电机设置在探头本体上，刮片与电机轴相连接，刮片设置在流通样品室内，电机与表头控制器相连接。
为了实现上述的第二个目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种探头式水质多参数在线监方法，该方法采用上述任一技术方案所述的监测仪，包括以下的步骤：
1)将探头本体浸入被测水体，液面没过整个流通样品室；
2)启动第一LED光源，关闭其他两个波长的LED，并通过全波长透射检测器进行信号采集；
3)启动第二LED光源，关闭其他两个波长的LED，并通过全波长透射检测器进行信号采集；
4)启动第三LED光源，关闭其他两个波长的LED，并通过全波长透射检测器和近红外散射检测器分别进行信号采集；
5)根据2)、3)、4)过程中采集的信号，分别计算吸光度值，以及散射光强值，并计算最终化学需氧量、色度与浊度检测值；
6)表头控制器显示检测结果；
7)结束流程，等待下次测量。
作为优选，该方法步骤2)之前还包括擦洗步骤，擦洗步骤如下转动电机，带动刮片对流通样品室2进行擦洗；重复该过程三次后，电机复位。
本发明由于采用了上述的技术方案，可以同时测量化学需氧量(COD)，浊度和色度三个参数。同时，通过精确的浊度测量，来补偿最终的紫外吸收法COD的测量结果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的左视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。
一种探头式水质多参数在线监测仪，该监测仪包括表头控制器9、传输线缆8、擦洗装置和探头本体7，所述的探头本体7包含光源模块6、检测模块和流通样品室2；表头控制器9通过传输线缆8分别连接探头本体7内的光源模块和检测模块擦洗装置；所述的流通样品室2设置在探头本体7中部，为探头本体7上的一个凹形口；浸入水体过程中，水样可以充满样品室2，作为被检测对象。所述的光源模块6设置在流通样品室2的一侧，包括光源恒温模块5、化学需氧量测定的第一LED光源、浊度补偿的第二LED光源和色度测定的第三LED光源，所述的第一LED光源、第二LED光源和第三LED光源温度由光源恒温模块5控制温度，保证LED光源信号稳定。所述的第一LED光源选用紫外区275nmLED光源，所述的第二LED光源选用紫外区375nmLED光源，第三LED光源选用近红外区选880nmLED光源；所述的检测模块包括全波长透射检测器1和近红外散射检测器3，全波长透射检测器1设置在光源模块6的正对面用于分时接收第一LED光源、第二LED光源和第三LED光源的透射光，测量化学需氧量及色度。近红外散射检测器4流通样品室2的侧边并与全波长透射检测器1成90°角设置，近红外散射检测器3用于接收第三LED光源的散射光，精确测量浊度。并在近红外散射检测器4前端设置有滤光片3，滤光片3用于滤除870nm～890nm以外的光，以降低环境光干扰。擦洗装置包含电机11和刮片10，电机11设置在探头本体7上，刮片10与电机轴相连接，刮片10设置在流通样品室2内，电机11与表头控制器9相连接。
本发明由表头控制器9控制进行的测量程序步骤如下：
1.将探头本体7浸入被测水体，液面没过整个流通样品室22；
2.转动电机11，带动刮片10对流通样品室22进行擦洗；
3.重复1)过程三次后，电机11复位；
4.启动光源模块6中的275nmLED，关闭其他两个波长的LED，并通过全波长透射检测器1进行信号采集；
5.启动光源模块6中的375nmLED，关闭其他两个波长的LED，并通过全波长透射检测器1进行信号采集；
6.启动光源模块6中的880nmLED，关闭其他两个波长的LED，并通过全波长透射检测器1和近红外散射检测器4分别进行信号采集；
7.根据5)、6)、7)过程中采集的信号，分别计算275nm，375nm，880nm的吸光度值，以及880nm散射光强值，并计算最终化学需氧量、色度与浊度检测值；
8.表头控制器9显示检测结果；
9.结束流程，等待下次测量。

Claims (7)

1.一种探头式水质多参数在线监测仪，其特征在于该监测仪包括表头控制器(9)、传输线缆(8)和探头本体(7)，所述的探头本体(7)包含光源模块(6)、检测模块和流通样品室(2)；表头控制器(9)通过传输线缆(8)分别连接探头本体(7)内的光源模块(6)和检测模块擦洗装置；所述的流通样品室(2)设置在探头本体(7)中部，为探头本体(7)上的一个凹形口；所述的光源模块(6)设置在流通样品室(2)的一侧，包括光源恒温模块(5)、化学需氧量测定的第一LED光源、浊度补偿的第二LED光源和色度测定的第三LED光源，所述的第一LED光源、第二LED光源和第三LED光源由光源恒温模块(5)控制温度；所述的检测模块包括全波长透射检测器(1)和近红外散射检测器(4)，全波长透射检测器(1)设置在光源模块(6)的正对面用于分时接收第一LED光源、第二LED光源和第三LED光源的透射光，近红外散射检测器(4)流通样品室(2)的侧边并与全波长透射检测器(1)成90°角设置，近红外散射检测器(4)用于接收第三LED光源的散射光，并在近红外散射检测器(4)前端设置有滤光片(3)，滤光片(3)用于滤除非第三LED光源发出的光。
2.根据权利要求1所述的一种探头式水质多参数在线监测仪，其特征在于第一LED光源选用紫外区275nmLED光源。
3.根据权利要求1所述的一种探头式水质多参数在线监测仪，其特征在于第二LED光源选用紫外区375nmLED光源。
4.根据权利要求1所述的一种探头式水质多参数在线监测仪，其特征在于第三LED光源选用近红外区选880nmLED光源。
5.根据权利要求1所述的一种探头式水质多参数在线监测仪，其特征在于该监测仪还包括擦洗装置，擦洗装置包含电机(11)和刮片(10)，电机(11)设置在探头本体(7)上，刮片(10)与电机轴相连接，刮片(10)设置在流通样品室(2)内，电机(11)与表头控制器(9)相连接。
6.一种探头式水质多参数在线监方法，其特征在于该方法采用权利要求1～5任意一项权利要求所述的监测仪，包括以下的步骤：
1)将探头本体(7)浸入被测水体，液面没过整个流通样品室(2)；
2)启动第一LED光源，关闭其他两个波长的LED，并通过全波长透射检测器(1)进行信号采集；
3)启动第二LED光源，关闭其他两个波长的LED，并通过全波长透射检测器(1)进行信号采集；
4)启动第三LED光源，关闭其他两个波长的LED，并通过全波长透射检测器(1)和近红外散射检测器(4)分别进行信号采集；
5)根据2)、3)、4)过程中采集的信号，分别计算吸光度值，以及散射光强值，并计算最终化学需氧量、色度与浊度检测值；
6)表头控制器(9)显示检测结果；
7)结束流程，等待下次测量。
7.根据权利要求6所述的一种探头式水质多参数在线监方法，其特征在于该方法步骤2)之前还包括擦洗步骤，擦洗步骤如下转动电机(11)，带动刮片(10)对流通样品室(2)进行擦洗；重复该过程三次后，电机(11)复位。
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