CN108051382A - 一种环境水体总氮自动监测系统 - Google Patents
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Abstract
一种水质总氮自动监测系统，其通过紫外微波消解系统将水体中的含氮化合物氧化成最高价的硝酸盐，通过镉柱水样中的硝酸盐还原成亚硝酸盐，对于水样中的亚硝酸盐进行检测，根据亚硝酸盐的检测结果确定水样中总氮含量。本发明的水质总氮自动监测系统，能够实现在线、快速的现场监测，同时提高总氮监测的精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动监测系统，尤其是涉及一种环境水体总氮自动监测系统。
背景技术
近年来，随着我国工农业的快速发展和城市化进程的加速，大量工农业废水和生活污水被排入江河、湖泊和水库中，导致很多地区出现了水质富营养化、污染物超标等问题，给自然环境和人类身体健康带来严重危害。目前，我国水资源污染问题严重，导致很多江河、湖泊和水库水体富营养化问题突出，频发大规模藻类水华事件。
水体富营养化破坏了水体原有的生态系统的平衡，将导致藻类的大量繁殖；
藻类的大量繁殖会阻塞水道、使水体生色、透明度降低、鱼类生存空间缩小，而
且藻类的分泌物又能引起水体的臭味，增加了水处理的难度；而有机物、特别是
藻类死亡后分泌的藻毒素，对生物体、人体产生较大的毒害作用；对水厂的正常
运行也将产生严重的影响，使饮用水的质量无法保证。
总氮是水中所含氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和有机氮之和的总称，是表征水质富营养化程度的重要指标之一，研究水质总氮的检测系统对预防和治理水体富营养化显得尤为重要。
实验室常用的总氮检测方法是先把各种含氮化合物氧化成最高价的硝酸盐，然后再用分光光度法、极普法、色谱法等实验方法进行总氮的测定。偶氮染料染色分光光度法是一种消解后的总氮的检测方法，其通过镉柱还原硝酸盐，偶氮染料染色后进行分光光度检测确定消解后的总氮。但是，该方法需要保证镉柱中水样的还原效率，否则会影响总氮检测结果的精度。
发明内容
本发明提供一种环境水体总氮自动监测系统，能够提高总氮检测结果的精度。
作为本发明的一个方面，提供一种水质总氮自动监测系统，包括：进液管路，消解系统，多通阀，镉柱，试剂瓶，测量系统以及控制器；所述进液管路将水样输入消解系统；所述消解系统用于对水样进行消解，将水样中含氮化合物氧化为硝酸盐；所述多通阀分别与流动管路中的组件连通，用于控制流动管路中组件的液体流动；所述镉柱通过多通阀接收通过消解系统的水样以及试剂瓶中的试剂，用于将水样中的硝酸盐还原成亚硝酸盐；所述测量系统通过多通阀接收还原后的水样，对于水样中的亚硝酸盐进行检测，根据亚硝酸盐的检测结果确定水样中总氮含量；其特征在于：所述试剂瓶包括隔离液试剂，所述隔离液试剂为密度小于水的液体；所述镉柱设置液位传感器，其能够将检测到的镉柱液位传送给所述控制器；所述控制器控制所述镉柱输入输出液体的流动，在进行水样检测时，进行如下操作：（1）保持所述镉柱的隔离液位处于第一高度，关闭所述镉柱的输出；（2）开启所述镉柱的水样输入，使输入水样后镉柱中的液位处于第二高度；（3）关闭所述镉柱的水样输入，保持特定时间，使镉柱中的液体分层，从而位于下层的水样在镉柱中充分进行还原反应；（4）开启所述镉柱的输出直到镉柱中的液位处于略高于第一高度的第三高度，将输出液体到测量系统中进行检测；（5）开启所述镉柱的隔离液输入，使镉柱中的液位处于第三高度和第二高度中间的高度；（6）关闭所述镉柱的隔离液输入，开启所述镉柱的输出至废液瓶，直到所述镉柱中的液位处于第一高度。
优选的，所述消解系统为紫外微波消解系统。
优选的，所述紫外微波消解系统消解时，在200s内逐渐升高到140℃，紫外灯功率总和为40 W，在该温度下消解780s，消解后的试样流入电子冷凝器中，进行冷却降温。
优选的，所述紫外微波消解系统使用过硫酸钾和氢氧化钠的混合液作为消解液，使用无氨水定容。
优选的，所述水质总氮自动监测系统中设置蠕动泵，用于系统中液体的泵送。
优选的，所述测量系统通过偶氮染料染色分光光度法测定水样中的亚硝酸盐，根据亚硝酸盐的的检测结果确定水样中总氮含量。
优选的，所述第一高度和第二高度之间的液体体积小于所述镉柱中镉粒部分能够容纳的液体体积，从而使镉柱中液体分层后水样完全处于镉柱中的镉粒部分。
优选的，所述镉柱中镉粒的粒径为600μm¬800μm。
优选的，所述镉柱上方设置排气孔。
优选的，所述特定时间为5到10分钟。
优选的，所述镉柱中还设置搅拌装置，在步骤（3）中对于镉柱中镉粒上层液体进行搅拌。
附图说明
图1是本发明实施例水质总氮自动监测系统的系统结构示意图。
图2是本发明实施例的水质总氮自动监测系统中镉柱内液体不同状态的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将使用实施例对本发明进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些实施例获取其他的技术方案，也属于本发明的公开范围。
本发明实施例的水质总氮自动监测系统，参见图1，包括进液管路10，多通阀20，镉柱30，试剂瓶40，测量系统50，控制器60，废液瓶70以及消解系统90。
进液管路10用于将被检测水体中的水样实时输入监测系统，为了避免水样中颗粒物以及沉积物对于系统的影响，可以在进液管路10中设置过滤装置，用于过滤水样中的固体杂质。
消解系统90用于对水样进行消解，将水样中含氮化合物氧化为硝酸盐。消解系统90可以是紫外微波消解系统，使用过硫酸钾和氢氧化钠的混合液作为消解液，使用无氨水定容。消解系统90消解时，在200s内逐渐升高到140℃，紫外灯功率总和为40 W，在该温度下消解780s，消解后的试样流入电子冷凝器中，进行冷却降温。
多通阀20分别与监测系统流动管路中的组件连通，用于控制流动管路中组件的液体流动。监测系统中可以设置蠕动泵，用于对于流动管路中的液体进行泵送。
试剂瓶40包括多个试剂瓶，用于存放不同种类的试剂。试剂瓶40包括隔离液瓶以及再生溶液瓶，隔离液瓶内存放密度低于水样的隔离液试剂，并且隔离液试剂为不影响水样中硝酸根检测的试剂，可以是例如苯。再生溶液瓶内存放再生溶液，通过多通阀20能够将再生溶液输送通过镉柱30，对镉柱30中的镉粒进行活化再生。再生溶液可以是例如盐酸。试剂瓶40中还包括用于测量系统50中反应测量的试剂，可以是磺胺显色剂以及N－1－萘乙二胺盐酸盐。
镉柱30通过多通阀20接收经过消解系统90消解后的水样以及试剂瓶40中的试剂，用于将通过镉柱20的水样中的硝酸盐还原成亚硝酸盐。镉柱30为竖直设置，其内设置粒径为600μm¬800μm的镉粒，镉粒两端设置脱脂棉。镉柱30上端设置排气孔以及液位传感器80，能够检测镉柱30内的液面高度。
控制器60通过控制阀门控制监测系统中组件的液体输入输出。其中，参见图2中镉柱中液体的液位信息，控制器60接收镉柱30中液位传感器80的液位参数，在进行水样检测时，进行如下操作：（1）保持镉柱30的隔离液位处于第一高度31，关闭镉柱30的输出；参见图2（a），此时镉柱30中仅存在隔离液；（2）开启镉柱30的水样输入，使输入水样后镉柱中的液位处于第二高度32，其中第一高度31和第二高度32之间的液体体积小于镉柱30中镉粒部分能够容纳的液体体积；此时镉柱中液体状态参见图2（b）；（3）关闭镉柱30的水样输入，保持特定时间，使镉柱30中的液体分层，从而使位于水样完全进入镉柱30的镉粒部分，使水样在镉柱30中充分进行还原反应，此时镉柱中的液体状态参见图2（c）；优选的，可以设置搅拌装置或者摇动装置，将镉柱中液体摇晃后静置，加快液体分层速度；（4）开启镉柱30的输出直到镉柱30中的液位处于略高于第一高度31的第三高度33，将输出液体到测量系统50中进行检测，此时镉柱中的液体状态参见图2（d）；（5）开启镉柱30的隔离液输入，使镉柱30中的液位处于第三高度33和第二高度32中间的高度，此时镉柱30中的液体状态参见图2（e）；（6）关闭镉柱30的隔离液输入，开启镉柱30的输出至废液瓶，直到镉柱30中的液位处于第一高度31，参见图2（f）此时镉柱中的液体重新回到初始状态。
控制器60可以间隔特定的周期，将再生溶液瓶中的溶液输送通过镉柱30，用于对镉柱30中的镉粒进行还原再生。
测量系统50通过多通阀20接收镉柱30还原后的水样，通过试剂瓶40输入检测试剂，对于水样中的亚硝酸盐进行检测，根据亚硝酸盐的检测结果确定水样中总氮含量。测量系统50可以使用偶氮染料染色分光光度法测量水样中的亚硝酸盐含量，其中亚硝酸盐与磺胺重氮化，再与盐酸N-(1-萘基)乙二胺偶合，形成玫瑰红色的偶氮染料，用光度计在540nm处进行测定。
通过本发明技术方案的设置，使本发明水质总氮自动监测系统中镉柱的水样能够完全处于镉粒中足够长时间进行还原，从而提高水样的还原效率，增加检测精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。本发明中描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。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，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种水质总氮自动监测系统，包括：进液管路，消解系统，多通阀，镉柱，试剂瓶，测量系统以及控制器；所述进液管路将水样输入消解系统；所述消解系统用于对水样进行消解，将水样中含氮化合物氧化为硝酸盐；所述多通阀分别与流动管路中的组件连通，用于控制流动管路中组件的液体流动；所述镉柱通过多通阀接收通过消解系统的水样以及试剂瓶中的试剂，用于将水样中的硝酸盐还原成亚硝酸盐；所述测量系统通过多通阀接收还原后的水样，对于水样中的亚硝酸盐进行检测，根据亚硝酸盐的检测结果确定水样中总氮含量；其特征在于：所述试剂瓶包括隔离液试剂，所述隔离液试剂为密度小于水的液体；所述镉柱设置液位传感器，其能够将检测到的镉柱液位传送给所述控制器；所述控制器控制所述镉柱输入输出液体的流动，在进行水样检测时，进行如下操作：（1）保持所述镉柱的隔离液位处于第一高度，关闭所述镉柱的输出；（2）开启所述镉柱的水样输入，使输入水样后镉柱中的液位处于第二高度；（3）关闭所述镉柱的水样输入，保持特定时间，使镉柱中的液体分层，从而位于下层的水样在镉柱中充分进行还原反应；（4）开启所述镉柱的输出直到镉柱中的液位处于略高于第一高度的第三高度，将输出液体到测量系统中进行检测；（5）开启所述镉柱的隔离液输入，使镉柱中的液位处于第三高度和第二高度中间的高度；（6）关闭所述镉柱的隔离液输入，开启所述镉柱的输出至废液瓶，直到所述镉柱中的液位处于第一高度。
2.根据权利要求1所述的水质总氮自动监测系统，其特征在于：所述消解系统为所述紫外微波消解系统。
3.根据权利要求2所述的水质总氮自动监测系统，其特征在于：所述紫外微波消解系统消解时，在200s内逐渐升高到140℃，紫外灯功率总和为40 W，在该温度下消解780s，消解后的水样流入电子冷凝器中，进行冷却降温。
4.根据权利要求3所述的水质总氮自动监测系统，其特征在于：所述紫外微波消解系统使用过硫酸钾和氢氧化钠的混合液作为消解液，使用无氨水定容。
5.根据权利要求4所述的水质总氮自动监测系统，其特征在于：所述水质总氮自动监测系统中设置蠕动泵，用于系统中液体的泵送。
6.根据权利要求3－5所述的水质总氮自动监测系统，其特征在于：所述测量系统通过分光光度法测定水样中的亚硝酸盐，根据亚硝酸盐的的检测结果确定水样中总氮含量。
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2017
- 2017-12-02 CN CN201711252963.0A patent/CN108051382B/zh active Active
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