CN105259170B - 一种水中剩余氧化物在线分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水中剩余氧化物在线分析仪，主要包括水样池、玻璃比色皿、光照探测装置、试剂调配装置、试剂存储装置组、分析控制装置，水样池通过管路与玻璃比色皿、试剂调配装置依次连接在一起，光照探测装置安装在玻璃比色皿的侧壁上；试剂调配装置设有试剂进入口安装有截止阀组；水样池与玻璃比色皿之间安装有取样阀，玻璃比色皿与试剂调配装置之间安装有试剂泵，分析控制装置包括中央控制器和控制模块。本发明运用分析控制装置持续诊断，可以直接准确、简便、快速的测出水中剩余氧化物含量，避免看电极法造成的高成本和污染，简化了设备维护，具有良好的工业效果。

Description

一种水中剩余氧化物在线分析仪

技术领域

本发明涉及水处理过程中剩余氧化物的检测领域，尤其涉及一种水中剩余氧化物在线分析仪，适用于自来水、市政及工业废水、淡化海水、电解海水、船舶压载水等水处理领域的水质残余氧化物检测。

背景技术

在全球经济快速发展的今天，人类在不断取得日新月异发展的同时，对环境的影响也越来越大，也不断的增加了环境治理的难度，而与此同时各种氧化剂杀菌剂的应用也越来越广泛，但同时也是一把双刃剑。如自来水中保持一定量的余氯，以确保饮用水的微生物指标安全，但超过一定量氯便会对身体产生危害，严重的增大患癌的可能性；电镀行业中镀铜废水含有剧毒氰化物(CN-)、镀镍废水含有致癌物质六价铬等都需要用到氧化剂，如含氯氧化剂、臭氧等，如残余氧化物处理不善也势必污染环境和人体身心健康；船舶压载水处理行业中船舶在加装压载水的同时，当地的水生物也被装入到压载舱中，直至航程结束随压载水排放到目的地海域，为有效控制和防止船舶压载水传播有害水生物和病原体，一般向压载水中添加氧化型杀菌剂如次氯酸钠、二氧化氯、臭氧等物质，使水中的剩余氧化物(TotalResidualOxidants，简称TRO)达到一定水平，保持一定时间，以杀灭水中的有害物质。

诸如此类运用，这类氧化型物质在杀灭有害水生物或者氧化剧毒性致癌性物质的同时，排出的剩余氧化物(TRO)浓度可能超标，不仅对水域造成二次污染，而且还影响人类健康。针对这一系列问题，需要研制一种TRO在线分析仪，能够准确、简便、快速的测出TRO的含量。

目前在测定TRO分析仪中有以DPD(N,N-二乙基对苯二胺)为主的吸光光度法或电极法的残余氯浓度计。由于在污水和废水中含有较多结合残余氯，或以臭氧为氧化性物质时，臭氧与海水中的溴离子(Br-)反应后其衍生出复杂的次级产物，包含Cl₂、ClO-、ClO₂、Br₂、Br0-、NHCl、NH₂Cl、NH₂Br等，其中以BrO-占最大比例，这些产物的总和称之为残余氧化物(TRO)。而残余氯浓度计却不能直接测出BrO-、NHCl、NH₂Cl、NH2Br等，只能通过运算关系推算TRO含量，然而这种运算关系却不能在淡水和海水介质中同时成立。电极法采用电化学原理，成本较高，电极膜片易受损和污染，使用寿命短，设备维护较繁琐；而基于DPD方法的水中剩余氧化物(TRO)在线分析仪却不受影响，能准确、简便、快速的测出TRO的含量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以克服现有技术存在的不足，运用分析控制装置持续诊断，可以直接准确、简便、快速的测出水中剩余氧化物(TotalResidualOxidants，简称TRO)含量的在线TRO分析装置，避免看电极法造成的高成本和污染，简化了设备维护，具有良好的工业效果。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种水中剩余氧化物在线分析仪，主要包括水样池、玻璃比色皿、光照探测装置、试剂调配装置、试剂存储装置、分析控制装置，

所述水样池通过管路连接所述玻璃比色皿的取样孔，所述水样池与所述玻璃比色皿之间的管路上安装有取样阀，所述玻璃比色皿底部设有排空孔，所述排空孔处安装有排空阀；所述玻璃比色皿上设有测试试剂添加孔，所述测试试剂添加孔上设有测试试剂截止阀；

所述试剂调配装置通过管道与所述测试试剂截止阀连通，所述测试试剂截止阀与所述试剂调配装置之间的管路上安装有试剂泵，

所述光照探测装置安装在所述玻璃比色皿的侧壁上；

所述试剂调配装置上设有试剂进入口和试剂排出口，所述试剂进入口处安装有截止阀,所述试剂排出口处安装有三通阀，并与所述三通阀的一个端口连通；

所述试剂存储装置通过管路与所述试剂进入口处的截止阀连接；

所述分析控制装置包括可设定水样采集循环周期的中央控制器及用于输出运行指令的控制模块，所述中央控制器与所述控制模块信号线连接，所述控制模块分别与所述测试试剂截止阀、取样阀、排空阀、试剂泵、所述光照探测装置连接。

本发明的有益效果是：运用分析控制装置持续诊断，可以直接准确、简便、快速的测出水中剩余氧化物(TotalResidualOxidants，简称TRO)含量，避免看电极法造成的高成本和污染，简化了设备维护，具有良好的工业效果。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述玻璃比色皿上还设有设有溢流孔，所述溢流孔设于所述玻璃比色皿上端。

进一步，所述试剂进入口包括第一试剂进入口及第二试剂进入口，所述第一试剂进入口及第二试剂进入口处分别对应设置第一截止阀和第二截止阀；

所述试剂存储装置组包括缓冲溶液储存装置和指示试剂储存装置，所述缓冲溶液储存装置通过管路与第一试剂进入口连接；所述指示试剂储存装置通过管路与第二试剂进入口连接。

进一步，所述试剂调配装置设有用于将缓冲溶液和显色的指示试剂混合均匀的驱动泵；所述第一截止阀为缓冲溶液截止阀，所述第二截止阀为指示剂截止阀；所述驱动泵有两个，其中一个所述驱动泵的入口与第一截止阀的出口相连接，该驱动泵的出口与所述三通阀的其中一个入口相连接；另一个所述驱动泵的入口与第二截止阀的出口相连接，该驱动泵的出口与所述三通阀的另一个入口相连接；

第一试剂进入口为缓冲试剂入口和所述第二试剂进入口为指示剂入口，所述缓冲试剂入口与所述缓冲溶液储存装置通过管路相连接，所述缓冲试剂入口上安装有所述缓冲溶液截止阀，所述指示剂入口与所述指示试剂储存装置通过管路相连接，所述指示剂入口上安装有所述指示剂截止阀。

进一步，所述驱动泵为微型柱塞泵、注射泵或蠕动泵中的任意一种。

进一步，所述光照探测装置包括绿色发光二极管、红色发光二极管、白色发光二极管和光探测器，所述绿色发光二极管位于玻璃比色皿外侧壁且距离所述玻璃比色皿底部的高度范围为1/3-2/3，所述光探测器安装在所述绿色发光二极管相对的所述玻璃比色皿的侧壁上；红色发光二极管位于玻璃比色皿外侧壁且距离所述玻璃比色皿底部的高度至为所述玻璃比色皿整体高度的2/3-1；所述白色发光二极管固定在所述玻璃比色皿侧壁上且向上伸出至所述玻璃比色皿顶部上方，且所述白色发光二极管距玻璃比色皿顶部的高度小于所述白色发光二极管距所述玻璃比色皿的高度；所述光探测器通过线缆与所述中央控制器连接。

进一步，所述绿色发光二极管发出的光源波长为510nm～530nm。

进一步，所述取样阀和所述排空阀均为电磁阀。

进一步，所述玻璃比色皿底部呈弧形。

进一步，采用上述进一步技术方案的有益效果是：

所述试剂泵能从试剂存储装置抽取缓冲溶液和显色的指示试剂；所述试剂调配装置通过截止阀组的流量调节测试试剂从缓冲溶液储存装置和指示试剂储存装置中按比例分配取出。缓冲溶液储存装置内装有调节PH的缓冲溶液或瓶内再配有碘化钾；指示试剂储存装置内装有显色的指示试剂或瓶内再配有碘化钾，碘化钾以实际最佳优选测量效果选择和所述缓冲溶液或指示试剂进行配比。当水样中存在剩余氧化物时，这种指示试剂会变色。颜色深浅取决于水样中剩余氧化物的含量。当需要更换测试试剂时，按一个按键可将新的试剂推入系统中。试剂被推入系统是这样的：试剂泵以多个脉冲的形式从两个试剂瓶内抽取试剂并注入管路。

所述缓冲溶液能将测量水样保持在6.2～6.8的PH范围内；所述显色的指示试剂主要为DPD(N,N-二乙基对苯二胺)试剂或包含一些其他成份比例的DPD试剂。在PH6.2～6.8的条件下TRO与碘离子(I^-)反应，生成碘单质(I₂)，碘单质与DPD发生络合反应，生成红色络合物，在可见分光光度计510nm～530nm附近的波长范围内，测定其吸光度，得出水样中TRO浓度。

所述玻璃比色皿可更换，玻璃比色皿设有取样孔、排样孔、溢流孔；玻璃比色皿底部连接有截止阀，测试试剂通过截止阀进行添加，被测水样通过底部的取样孔流入玻璃比色皿，如果盛满可以通过溢流孔流出，溢出的水样可冲洗测量单元；底部的排样孔可排出测试水样，以便可以进行多次重复检测。

所述红色发光二极管用于液位和流量测量；测量单元内是开放可视的，所述白色发光二极管让测量单元内部可以被清晰的观测。当需要报警或操作失败时，白色发光二极管会闪烁以吸引注意。大部分的警告和失败通知会在显示屏幕上显示。测量过程中为了避免干扰，白色发光二极管会被关闭。

所述分析控制装置组元包括中央控制器及控制模块，中央控制器可设定水样采集循环周期，并通过光探测器接收的透过光强度与添加测试试剂之前水样测得的吸光度的差值，进行分析推算出水样中的TRO浓度，并设定TRO浓度的上下限数值；控制模块通过光纤与截止阀、取样阀、排空阀、试剂泵、发光二极管连接，根据预先设定的控制值对外输出控制指令，如输出电流信号(如4～20mA信号等)、电压信号(如0～5V信号等)、数字信号(如Rs-485信号等)、继电器输出信号等。

当需要更换测试试剂时，按一个按键可将新的试剂推入系统中。试剂被推入系统是这样的：按键后，CPU接收到信息并发出指令给控制模块，控制模块通过控制截止阀的流量调节测试试剂从缓冲溶液和显色的指示试剂瓶中按比例取出；控制模块控制试剂泵以多个脉冲的形式从两个试剂瓶内抽取试剂并注入到比色皿中。

附图说明

图1为本发明工作流程示意图；

图2为本发明测量原理示意图；

图3为本发明俯视示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、取样阀，2、溢流孔，3、排空阀，4、取样孔，5、截止阀，5-1、第一截止阀，5-2、第二截止阀，6、三通阀，7、测试试剂添加孔，8、测试试剂截止阀，9、试剂泵，10、缓冲溶液储存装置，11、指示试剂储存装置，12、白色发光二极管，13、试剂调配模块，13-1、驱动泵，14、水样池，15、分析控制装置，15-1、控制模块，15-2、中央控制器，16、玻璃比色皿，17、绿色发光二极管，18、光探测器，19、红色发光二极管，20、排空孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1至图3所示，一种水中剩余氧化物在线分析仪，主要包括水样池14、玻璃比色皿16、光照探测装置、试剂调配装置13、试剂存储装置、分析控制装置15，

所述水样池14通过管路连接所述玻璃比色皿16的取样孔4，所述水样池14与所述玻璃比色皿16之间的管路上安装有取样阀1，所述玻璃比色皿16底部设有排空孔20，所述排空孔20处安装有排空阀3；所述玻璃比色皿16上设有测试试剂添加孔7，所述测试试剂添加孔7上设有测试试剂截止阀8；

所述试剂调配装置13通过管道与所述测试试剂截止阀8连通，所述测试试剂截止阀8与所述试剂调配装置13之间的管路上安装有试剂泵9，

所述光照探测装置安装在所述玻璃比色皿16的侧壁上；

所述试剂调配装置13上设有试剂进入口和试剂排出口，所述试剂进入口处安装有截止阀5,所述试剂排出口处安装有三通阀6，并与所述三通阀6的一个端口连通；

所述试剂存储装置通过管路与所述试剂进入口处的截止阀5连接；

所述分析控制装置15包括可设定水样采集循环周期的中央控制器15-2及用于输出运行指令的控制模块15-1，所述中央控制器15-2与所述控制模块信号线连接，所述控制模块15-1分别与所述测试试剂截止阀8、取样阀1、排空阀3、试剂泵9、所述光照探测装置连接。

所述玻璃比色皿16上还设有设有溢流孔2，所述溢流孔2设于所述玻璃比色皿16上端。

所述试剂进入口包括第一试剂进入口及第二试剂进入口，所述第一试剂进入口及第二试剂进入口处分别对应设置第一截止阀5-1和第二截止阀5-2；

所述试剂存储装置组包括缓冲溶液储存装置10和指示试剂储存装置11，所述缓冲溶液储存装置10通过管路与第一试剂进入口连接；所述指示试剂储存装置11通过管路与第二试剂进入口连接。

所述试剂调配装置13设有用于将缓冲溶液和显色的指示试剂混合均匀的驱动泵13-1；所述第一截止阀5-1为缓冲溶液截止阀，所述第二截止阀5-2为指示剂截止阀；所述驱动泵13-1有两个，其中一个所述驱动泵13-1的入口与第一截止阀5-1的出口相连接，该驱动泵13-1的出口与所述三通阀6的其中一个入口相连接；另一个所述驱动泵13-1的入口与第二截止阀5-2的出口相连接，该驱动泵13-1的出口与所述三通阀6的另一个入口相连接；

第一试剂进入口为缓冲试剂入口和所述第二试剂进入口为指示剂入口，所述缓冲试剂入口与所述缓冲溶液储存装置10通过管路相连接，所述缓冲试剂入口上安装有所述缓冲溶液截止阀，所述指示剂入口与所述指示试剂储存装置11通过管路相连接，所述指示剂入口上安装有所述指示剂截止阀。

所述驱动泵13-1为微型柱塞泵、注射泵或蠕动泵中的任意一种。

如图2所示，所述光照探测装置包括绿色发光二极管17、红色发光二极管19、白色发光二极管12和光探测器18，所述绿色发光二极管17位于玻璃比色皿16外侧壁且距离所述玻璃比色皿底部的高度范围为1/3-2/3，所述光探测器18安装在所述绿色发光二极管17相对的所述玻璃比色皿16的侧壁上；红色发光二极管19位于玻璃比色皿16外侧壁且距离所述玻璃比色皿16底部的高度至为所述玻璃比色皿16整体高度的2/3-1；所述白色发光二极管12固定在所述玻璃比色皿16侧壁上且向上伸出至所述玻璃比色皿16顶部上方，且所述白色发光二极管12距玻璃比色皿16顶部的高度小于所述白色发光二极管12距所述玻璃比色皿16的高度；所述光探测器18通过线缆与所述中央控制器15-2连接。

所述绿色发光二极管17发出的光源波长为510nm～530nm。

所述取样阀1和所述排空阀3均为电磁阀。

所述玻璃比色皿16底部呈弧形。

如图3所示为本发明的工作流程示意图，本发明在正常运行时，会周期性的执行测量操作，其中，一个简单的周期由以下步骤组成：

1)冲洗：用被测水样持续冲洗玻璃比色皿16和管路；

2)排空：将排空阀3打开，将步骤1)中用于冲洗玻璃比色皿16和管路的水样放出；

3)零位校准：关闭排空阀3，玻璃比色皿16充满被测水样且无溢流；

4)添加试剂：试剂泵9做出一个脉冲操作，向试剂调配装置13中添加调节PH的缓冲溶液和显色的测试试剂；

5)混合水样：被测水样持续脉冲输入所述玻璃比色皿16，将玻璃比色皿16内的溶液充分混合均匀；

6)分析水样：玻璃比色皿16被充满且无溢流，本实用新型可基于DPD方法测量水样中的吸光度，并计算出水样中TRO浓度，并可反复进行TRO浓度测量的操作，能准确、简便、快速的在线测出TRO的含量；

7)排空：将排空阀3打开，将分析完毕的混合液从玻璃比色皿16中排出。

上述测量步骤是一个简化的描述，实际测量过程会复杂一些；本发明可以按键清空玻璃比色皿，停止被测水样的流入，清空所有错误报告信息。这提供了一个方便的方式来更换测试试剂或者玻璃比色皿。通过以上的操作所述TRO在线分析仪可基于DPD方法测量水样中的吸光度，并计算出水样中TRO浓度，并可反复进行TRO浓度测量的操作，能准确、简便、快速的在线测出TRO的含量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水中剩余氧化物在线分析仪，其特征在于，主要包括水样池(14)、玻璃比色皿(16)、光照探测装置、试剂调配装置(13)、试剂存储装置、分析控制装置(15)，

所述水样池(14)通过管路连接所述玻璃比色皿(16)的取样孔(4)，所述水样池(14)与所述玻璃比色皿(16)之间的管路上安装有取样阀(1)，所述玻璃比色皿(16)底部设有排空孔(20)，所述排空孔(20)处安装有排空阀(3)；所述玻璃比色皿(16)上设有测试试剂添加孔(7)，所述测试试剂添加孔(7)上设有测试试剂截止阀(8)；

所述试剂调配装置(13)通过管道与所述测试试剂截止阀(8)连通，所述测试试剂截止阀(8)与所述试剂调配装置(13)之间的管路上安装有试剂泵(9)，

所述光照探测装置安装在所述玻璃比色皿(16)的侧壁上；

所述试剂调配装置(13)上设有试剂进入口和试剂排出口，所述试剂进入口处安装有截止阀(5),所述试剂排出口处安装有三通阀(6)，并与所述三通阀(6)的一个端口连通；

所述试剂存储装置通过管路与所述试剂进入口处的截止阀(5)连接；

所述分析控制装置(15)包括可设定水样采集循环周期的中央控制器(15-2)及用于输出运行指令的控制模块(15-1)，所述中央控制器(15-2)与所述控制模块信号线连接，所述控制模块(15-1)分别与所述测试试剂截止阀(8)、取样阀(1)、排空阀(3)、试剂泵(9)、所述光照探测装置连接。

2.根据权利要求1所述一种水中剩余氧化物在线分析仪，其特征在于，所述玻璃比色皿(16)上还设有溢流孔(2)，所述溢流孔(2)设于所述玻璃比色皿(16)上端。

3.根据权利要求2所述一种水中剩余氧化物在线分析仪，其特征在于，

所述试剂进入口包括第一试剂进入口及第二试剂进入口，所述第一试剂进入口及第二试剂进入口处分别对应设置第一截止阀(5-1)和第二截止阀(5-2)；

所述试剂存储装置组包括缓冲溶液储存装置(10)和指示试剂储存装置(11)，所述缓冲溶液储存装置(10)通过管路与第一试剂进入口连接；所述指示试剂储存装置(11)通过管路与第二试剂进入口连接。

4.根据权利要求3所述一种水中剩余氧化物在线分析仪，其特征在于，所述试剂调配装置(13)设有用于将缓冲溶液和显色的指示试剂混合均匀的驱动泵(13-1)；所述第一截止阀(5-1)为缓冲溶液截止阀，所述第二截止阀(5-2)为指示剂截止阀；所述驱动泵(13-1)有两个，其中一个所述驱动泵(13-1)的入口与第一截止阀(5-1)的出口相连接，该驱动泵(13-1)的出口与所述三通阀(6)的其中一个入口相连接；另一个所述驱动泵(13-1)的入口与第二截止阀(5-2)的出口相连接，该驱动泵(13-1)的出口与所述三通阀(6)的另一个入口相连接；

第一试剂进入口为缓冲试剂入口和所述第二试剂进入口为指示剂入口，所述缓冲试剂入口与所述缓冲溶液储存装置(10)通过管路相连接，所述缓冲试剂入口上安装有所述缓冲溶液截止阀，所述指示剂入口与所述指示试剂储存装置(11)通过管路相连接，所述指示剂入口上安装有所述指示剂截止阀。

5.根据权利要求4所述一种水中剩余氧化物在线分析仪，其特征在于，所述驱动泵(13-1)为微型柱塞泵、注射泵或蠕动泵中的任意一种。

6.根据权利要求1所述一种水中剩余氧化物在线分析仪，其特征在于，所述光照探测装置包括绿色发光二极管(17)、红色发光二极管(19)、白色发光二极管(12)和光探测器(18)，所述绿色发光二极管(17)位于玻璃比色皿(16)外侧壁且距离所述玻璃比色皿底部的高度范围为1/3-2/3，所述光探测器(18)安装在所述绿色发光二极管(17)相对的所述玻璃比色皿(16)的侧壁上；红色发光二极管(19)位于玻璃比色皿(16)外侧壁且距离所述玻璃比色皿(16)底部的高度为所述玻璃比色皿(16)整体高度的2/3-1；所述白色发光二极管(12)固定在所述玻璃比色皿(16)侧壁上且向上伸出至所述玻璃比色皿(16)顶部上方；所述光探测器(18)通过线缆与所述中央控制器(15-2)连接。

7.根据权利要求6所述一种水中剩余氧化物在线分析仪，其特征在于，所述绿色发光二极管(17)发出的光源波长为510nm～530nm。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种水中剩余氧化物在线分析仪，其特征在于，所述取样阀(1)和所述排空阀(3)均为电磁阀。

9.根据权利要求1至7任一项所述一种水中剩余氧化物在线分析仪，其特征在于，所述玻璃比色皿(16)底部呈弧形。