CN105334171A - 水体cod在线监测系统及采用该系统监测水体cod的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水体COD在线监测系统和采用该系统监测水体COD的方法，以解决如何实现对水体COD的动态监测的问题。该系统包括：光源；光束转换模块；吸收池，包括待检测水体池和容置有参比水体的参比水体密封池，所述待检测水体池和所述参比水体密封池的排列方向与所述第一光束的传播方向垂直；分离模块，用于从透过所述吸收池的第一光束中分离出检测光束和参比光束；采集模块，用于将分离出的所述检测光束和所述参比光束转换为对应的光强电信号；处理模块，连接至所述采集模块，用于确定待检测水体的化学需氧量。本发明不需要采样，更不需要对待检测水体进行处理，直接将本发明放置在水体中便能实现对待检测水体的动态监测。

Description

水体COD在线监测系统及采用该系统监测水体COD的方法

技术领域

本发明涉及水体检测领域，尤其是涉及一种水体COD在线监测系统和采用该系统监测水体COD的方法。

背景技术

在工业废水处理过程中，需要实时监测水质的处理情况，以满足排放标准。在养殖水域中，水体化学需氧量(是指水体中能被氧化的物质进行化学氧化时消耗氧的量，简称COD)直接影响到水产养殖的产量和水产生物的健康状况，及时监控水体中COD的大小具有重要经济价值。在生态水环境研究中，水体COD作为环境保护污染物控制必测指标之一，能确保真实反映水体有机物污染状况，因此，对水体COD进行在线监测具有重要意义。

现有的水体COD检测方法一般需对水体进行采样，再经过加入试剂预处理水样以消除干扰物质的影响，通过高温消解法和比色法来测定水体中COD含量，该方法可以达到水体COD的测定目的，但由于需对样本进行处理，耗时较长，不能实现动态监测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何实现对水体COD的动态监测。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种水体COD在线监测系统和采用该系统监测水体COD的方法。

第一方面，该水体COD在线监测系统包括：

光源；

光束转换模块，用于从所述光源发出的光线中提取出预设波段的第一光束；

吸收池，包括待检测水体池和容置有参比水体的参比水体密封池，所述待检测水体池和所述参比水体密封池的排列方向与所述第一光束的传播方向垂直；

分离模块，用于从透过所述吸收池的第一光束中分离出检测光束和参比光束，所述检测光束为透过所述待检测水体池的第一光束，所述参比光束为透过所述参比水体密封池的第一光束；

采集模块，用于将分离出的所述检测光束和所述参比光束转换为对应的光强电信号，并对所述光强电信号进行预处理；

处理模块，连接至所述采集模块，用于根据预处理后的光强电信号计算待检测水体的吸光度，并根据所述吸光度确定待检测水体的化学需氧量。

进一步地，该系统还包括：

温度传感器，连接至处理模块，用于检测所述待检测水体池中待检测水体的温度值，并将所述温度值发送至所述处理模块；

所述处理模块还用于根据所述温度值对所述待检测水体的吸光度进行修正。

进一步地，该系统还包括：

PH传感器，连接至所述处理模块，用于检测所述待检测水体池中待检测水体的酸碱度，并将所述酸碱度发送至所述处理模块；

所述处理模块还用于根据所述酸碱度对所述待检测水体的吸光度进行修正。

进一步地，该系统还包括：

显示模块，连接至所述处理模块，用于向用户展示待检测水体的化学需氧量。

进一步地，该系统还包括：控制模块，用于控制所述采集模块、所述处理模块和/或所述显示模块完成相应的工作。

进一步地，所述分离模块为光斩波器。

进一步地，所述采集模块包括：

阵列式检测器，用于将分离出的所述检测光束和所述参比光束转换为对应的光强电信号；

缓冲器，与所述阵列式检测器连接，用于对所述阵列式检测器转换成的光强电信号进行缓存；

预处理器，与所述缓冲器连接，用于对所述缓冲器中的光强电信号进行预处理。

进一步地，所述预处理器包括：

滤波器，与所述缓冲器连接，用于对所述缓冲器中的光强电信号进行滤波处理；

放大器，与所述滤波器连接，用于对滤波处理后的光强电信号进行放大处理；

模数转换器，与所述放大器，用于将放大处理后的光强电信号数字化。

第二方面，该方法包括：

S1、在光源产生的光线中提取出预设波段的第一光束；

S2、将第一光束发射至所述待检测水体池和所述参比水体密封池；

S3、对从所述吸收池透出的第一光束进行分离，得到从所述待检测水体池中透出的检测光束和从所述参比水体密封池中透出的参比光束；

S4、将分离出的检测光束和参比光束转变为对应的光强电信号；

S5、将所述光强电信号进行滤波、放大和数字化；

S6、根据数字化的光强电信号，计算待检测水体的吸光度；

S7、根据待检测水体的吸光度，确定待检测水体化学需氧量的大小。

进一步地，采用以下公式计算待检测水体的吸光度：

其中，A为待检测水体的吸光度，I_{透射-检测光束}为从所述待检测水体池中透出的检测光束强度，I_{透射-参比光束}为从所述参比水体密封池中透出的参比光束强度，I_自然为关闭所述光源后待检测水体中的自然光强度。

本发明中检测光束为透过待检测水体池的光束，参比光束为透过参比水体密封池的光束，利用透过相应水体的检测光束和参比光束的强度计算待检测水体的吸光度，便可根据吸光度确定待检测水体的COD大小。本发明中的参比水体密封池为密封装置，因此可以将本发明放置在待检测水体中，使待检测水体池中浸入待检测水体进行监测。因此本发明不需要采样，更不需要对待检测水体进行处理，直接将本发明放置在水体中便能实现对待检测水体的动态监测。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征信息和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了根据本发明水体COD在线监测系统一实施例的结构示意图；

图2示出了根据本发明采用该系统监测水体COD的方法一实施例的流程示意图；

附图标记：

1-光源；2-光束转换模块；3-凸透镜；4-待检测水体池中的透镜；5-分离模块；6-清洁气孔；7-温度传感器；8-PH传感器；9-采集模块；10-处理模块；11-壳体；12-参比水体密封池。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明提供一种水体COD在线监测系统，如图1所示，该系统包括：

光源1；

光束转换模块2，用于从所述光源发出的光线中提取出预设波段的第一光束；

吸收池，包括待检测水体池和容置有参比水体的参比水体密封池12，所述待检测水体池和所述参比水体密封池的排列方向与所述第一光束的传播方向垂直；

分离模块5，用于从透过所述吸收池的第一光束中分离出检测光束和参比光束，所述检测光束为透过所述待检测水体池的第一光束，所述参比光束为透过所述参比水体密封池的第一光束；

采集模块9，用于将分离出的所述检测光束和所述参比光束转换为对应的光强电信号，并对所述光强电信号进行预处理；

处理模块10，连接至所述采集模块，用于根据预处理后的光强电信号计算待检测水体的吸光度，并根据所述吸光度确定待检测水体的化学需氧量。

其中，光源可采用高压短弧氙灯，采用加高压于惰性气体氙而放光的一种光源，可产生200-350nm波段的紫外光。如图1所示，光源1和光束转换模块2可集成在在一起。

吸收池可以采用光程可变的吸收池，吸收池的待检测水体池中两端设有透镜4，调节透镜的距离，便可改变吸收池的光程池，以适应检测不同氨氮浓度的水体。在图1中，参比水体密封池未示出，实际上参比水体密封池位于具有透镜4的待检测水体池的下方，图中的标记11为本发明监测系统的壳体。

容置有参比水体的参比水体密封池，是指容置有参比水体的池子为密封池。参比水体一般采用净水，对监测工作起到参比对照的作用。这里，所述待检测水体池和所述参比水体密封池的排列方向与所述第一光束的传播方向垂直，表明第一光束的部分光束可从待检测水体池中透射，部分光束可以从参比水体密封池中透射。

分离模块用于对透过吸收池的第一光束分离，以便获得透过不同水体的光束，进而根据不同光束的强度，进行后续的处理和计算。分离光束的装置有多种，例如光斩波器，可实际中自行选择。

本发明的原理是：水体中的有机物对光线具有一定的吸收作用，有机物的浓度会影响透过水体的光强。吸收度的强度反映出水体中有机物的浓度，进而反映出水体COD的量。

检测光束为透过待检测水体池的光束，参比光束为透过参比水体密封池的光束，利用透过相应水体的检测光束和参比光束的强度计算待检测水体的吸光度，便可根据吸光度确定待检测水体的COD大小。本发明中的参比水体密封池为密封装置，因此可以将本发明放置在待检测水体中，使待检测水体池中浸入待检测水体进行监测。因此本发明不需要采样，更不需要对待检测水体进行处理，直接将本发明放置在水体中便能实现对待检测水体的动态监测。

可选的，该系统还可包括：

温度传感器7，连接至处理模块，用于检测所述待检测水体池中待检测水体的温度值，并将所述温度值发送至所述处理模块；

所述处理模块还用于根据所述温度值对所述待检测水体的吸光度进行修正。

由于温度对光束的吸收强度会造成一定的影响，因此本发明利用温度传感器采集了待检测水体的温度后，再利用该温度对透射的待检测光束的强度进行补偿，进而减少了不同的温度对待检测水体的吸收度造成的影响，减小了因温度差异造成的误差。

可选的，该系统还可包括：

PH传感器8，连接至所述处理模块，用于检测所述待检测水体池中待检测水体的酸碱度，并将所述酸碱度发送至所述处理模块；

所述处理模块还用于根据所述酸碱度对所述待检测水体的吸光度进行修正。

由于酸碱度对光束的吸收强度会造成一定的影响，因此本发明利用PH传感器采集了待检测水体的酸碱度后，再利用相应水体的酸碱度对相应透射光强进行补偿，进而减少了不同的酸碱度对待检测水体的吸收度造成的影响，减小了因酸碱度差异造成的误差。

可选的，该系统还可包括：

显示模块，连接至所述处理模块，用于向用户展示待检测水体的化学需氧量。

利用显示模块显示待检测水体的化学需氧量，使得检测结果可视化。当然，还可以利用该显示模块显示利用温度传感器检测的温度值和利用PH传感器检测的酸碱度，帮助用户了解水体的有关情况。

可选的，该系统还可包括：

控制模块，用于控制所述采集模块、所述处理模块和/或所述显示模块完成相应的工作。

控制模块利用其内部程序控制采集模块的采集和预处理工作、控制处理模块的数据计算等工作、显示模块的显示工作，控制各模块之间的工作流程，协调各部分的运作。控制模块使得COD监测工作更加方便和快速。

可选的，所述光束转换模块包括光栅单色器，光栅单色器用于将从所述光源发出的光线中提取出第一光束。光栅单色器将光源的复合光分解出特定波段的光束，具体可以采用C-T型光栅单色器。

所述光束转换模块还可包括：

凸透镜3，凸透镜设置在吸收池的两侧，吸收池一端的凸透镜用于将点光束转换为平行光束。在某一时刻，通过斩波器得到参比光束，参比光束经过吸收池另一端的凸透镜后，光束聚合，便于收集。在另一时刻，通过斩波器后得到检测光束，检测光束经过吸收池另一端的凸透镜后，光束聚合，便于收集。因此，吸收池另一侧的凸透镜的作用为聚合光束。

可选的，所述采集模块可包括：

阵列式检测器，用于将分离出的所述检测光束和所述参比光束转换为对应的光强电信号；

缓冲器，与所述阵列式检测器连接，用于对所述阵列式检测器转换成的光强电信号进行缓存；

预处理器，与所述缓冲器连接，用于对所述缓冲器中的光强电信号进行预处理。

其中，缓冲器可采用PN结场效应输入缓冲器。

阵列式检测器将光信号转换为光强电信号，缓冲器对光强电信号缓存，预处理器对光强电信号进行预处理，便于后续的计算和分析。

其中，所述预处理器可包括：

滤波器，与所述缓冲器连接，用于对所述缓冲器中的光强电信号进行滤波处理；

放大器，与所述滤波器连接，用于对滤波处理后的光强电信号进行放大处理；

模数转换器，与所述放大器，用于将放大处理后的光强电信号数字化。

放大器可采用增益程控放大器。

本发明还可以在待检测水体池中开设清洁气孔6，通过外接高压气泵，并可利用高压气体对粘附在待检测水体池的透镜上的沉淀物进行清洗，以避免因检测水体池的透镜上粘附有过多沉淀物增加COD的监测误差。

本发明的监测系统在使用时放置在待检测水体中，因此可在不取样的情况下，在线快速测量水体中的COD浓度。系统简单便携，适合于养殖用水、水库、工业废水的COD浓度监测，相对于现有的技术，极大程度节约了人力、物力和时间。

基于上述在线监测系统，本发明还提供一种水体化学需氧量的在线监测方法，该方法包括：

S1、在光源产生的光线中提取出预设波段的第一光束；

S2、将第一光束发射至所述待检测水体池和所述参比水体密封池；

S3、对从所述吸收池透出的第一光束进行分离，得到从所述待检测水体池中透出的检测光束和从所述参比水体密封池中透出的参比光束；

S4、将分离出的检测光束和参比光束转变为对应的光强电信号；

S5、将所述光强电信号进行滤波、放大和数字化；

S6、根据数字化的光强电信号，计算待检测水体的吸光度；

S7、根据待检测水体的吸光度，确定待检测水体化学需氧量的大小。

其中，采用以下公式计算待检测水体的吸光度：

其中，A为待检测水体的吸光度，I_{透射-检测光束}为从所述待检测水体池中透出的检测光束强度，I_{透射-参比光束}为从所述参比水体密封池中透出的参比光束强度，I_自然为关闭所述光源后待检测水体中的自然光强度。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种水体COD在线监测系统，其特征在于，包括：

光源；

光束转换模块，用于从所述光源发出的光线中提取出预设波段的第一光束；

吸收池，包括待检测水体池和容置有参比水体的参比水体密封池，所述待检测水体池和所述参比水体密封池的排列方向与所述第一光束的传播方向垂直；

分离模块，用于从透过所述吸收池的第一光束中分离出检测光束和参比光束，所述检测光束为透过所述待检测水体池的第一光束，所述参比光束为透过所述参比水体密封池的第一光束；

采集模块，用于将分离出的所述检测光束和所述参比光束转换为对应的光强电信号，并对所述光强电信号进行预处理；

处理模块，连接至所述采集模块，用于根据预处理后的光强电信号计算待检测水体的吸光度，并根据所述吸光度确定待检测水体的化学需氧量。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

温度传感器，连接至处理模块，用于检测所述待检测水体池中待检测水体的温度值，并将所述温度值发送至所述处理模块；

所述处理模块还用于根据所述温度值对所述待检测水体的吸光度进行修正。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

PH传感器，连接至所述处理模块，用于检测所述待检测水体池中待检测水体的酸碱度，并将所述酸碱度发送至所述处理模块；

所述处理模块还用于根据所述酸碱度对所述待检测水体的吸光度进行修正。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

显示模块，连接至所述处理模块，用于向用户展示待检测水体的化学需氧量。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：控制模块，用于控制所述采集模块、所述处理模块和/或所述显示模块完成相应的工作。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分离模块为光斩波器。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述采集模块包括：

阵列式检测器，用于将分离出的所述检测光束和所述参比光束转换为对应的光强电信号；

缓冲器，与所述阵列式检测器连接，用于对所述阵列式检测器转换成的光强电信号进行缓存；

预处理器，与所述缓冲器连接，用于对所述缓冲器中的光强电信号进行预处理。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述预处理器包括：

滤波器，与所述缓冲器连接，用于对所述缓冲器中的光强电信号进行滤波处理；

放大器，与所述滤波器连接，用于对滤波处理后的光强电信号进行放大处理；

模数转换器，与所述放大器，用于将放大处理后的光强电信号数字化。

9.一种采用权利要求1-8任一所述的系统监测水体COD的方法，其特征在于，包括：

S1、在光源产生的光线中提取出预设波段的第一光束；

S2、将第一光束发射至所述待检测水体池和所述参比水体密封池；

S3、对从所述吸收池透出的第一光束进行分离，得到从所述待检测水体池中透出的检测光束和从所述参比水体密封池中透出的参比光束；

S4、将分离出的检测光束和参比光束转变为对应的光强电信号；

S5、将所述光强电信号进行滤波、放大和数字化；

S6、根据数字化的光强电信号，计算待检测水体的吸光度；

S7、根据待检测水体的吸光度，确定待检测水体化学需氧量的大小。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算待检测水体的吸光度：

其中，A为待检测水体的吸光度，I_{透射-检测光束}为从所述待检测水体池中透出的检测光束强度，I_{透射-参比光束}为从所述参比水体密封池中透出的参比光束强度，I_自然为关闭所述光源后待检测水体中的自然光强度。