CN109142247A - 光谱化学需氧量传感器及医疗废水中化学需氧量监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光谱化学需氧量传感器及医疗废水中化学需氧量监测系统。其中，一种光谱化学需氧量传感器，所述光谱化学需氧量传感器上配置有测试窗口，其特征在于，所述测试窗口外侧安装有清洁装置。其降低了测试数据的偏差，保证了检测数据的准确度。
Description
技术领域
本发明属于医疗废水化学需氧量监测领域，尤其涉及一种光谱化学需氧量传感器及医疗废水中化学需氧量监测系统。
背景技术
COD(Chemical Oxygen Demand，化学需氧量)，是废水、废水处理厂出水和受污染的水中，能被强氧化剂氧化的物质(一般为有机物)的氧当量。在河流污染和工业废水性质的研究以及废水处理厂的运行管理中，它是一个重要的而且能较快测定的有机物污染参数，常以符号COD表示。
传统的COD检测方法是利用高锰酸钾或重铬酸钾等化学试剂进行消解，然后再通过分光光度计测得COD的含量；其化学试剂有刺激性气味，色黄，对环境造成污染且对人体有害，测试一次需要半小时，测量准确度受人为因素影响大。
为了解决上述问题，可采用无需化学试剂、绿色环保、漂移小精度高的光谱COD传感器来对医疗废水中的COD进行检测。但是，现有的光谱COD传感器存在以下问题：
(1)现有的光谱COD传感器上配置有测试窗口，利用测试窗口接收光信号来对水样本进行检测。但是现有的光谱COD传感器的测试窗口外侧无清洁装置，当医疗废水的水质不好时，极易造成测试数据的偏差，无法测试准确，需每天对仪器进行维护保养，才能保证数据的准确度。
(2)若测试窗口加装清洁装置，清洁装置会可能被废水中的杂质或者风吹到水中的异物缠绕卡住的问题，这样导致水质监测数据不准，影响光谱COD传感器监测数据的准确性，进而影响医疗废水处理后的水质安全性。
(3)医疗废水主要是从医院的诊疗室、化验室、病房、洗衣房、X片照相室和手术室等排放的污水，其医院废水来源及成分十分复杂。医疗废水相对于江河湖泊中的水来说，存在较多的有机溶剂且强腐蚀性，对现有的光谱COD传感器的腐蚀性强，大大缩短了光谱COD传感器的使用寿命。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种光谱化学需氧量传感器，其降低了测试数据的偏差，保证了检测数据的准确度。
本发明的一种光谱化学需氧量传感器，所述光谱化学需氧量传感器上配置有测试窗口，所述测试窗口外侧安装有清洁装置。
进一步的，所述清洁装置包括清洁刷，所述清洁刷与驱动机构相连，所述驱动机构与控制器相连。
需要说明的是，清洁装置除了上述结构之外，还可以采用其他结构形式。
进一步的，所述光谱化学需氧量传感器的外侧设置有防护罩，所述清洁装置设置于防护罩内侧，所述防护罩外侧还加有过滤层。
进一步的，所述光谱化学需氧量传感器还包括光源，在光源发出的光线的主光轴上依次设置有第一光学透镜、第二光学透镜和分光器；水质样本设置于第一光学透镜和第二光学透镜之间；所述分光器用于将光源发出的光线一路透射至254nm接收器，另一路反射至550nm接收器；所述254nm接收器和550nm接收器均与化学需氧量处理器相连。
进一步的，所述化学需氧量处理器被配置为执行以下步骤：
接收254nm接收器所传送来的透射光强度，根据已知入射光强度与透射光强度比值求常对数，得到当前水样对应的吸光度；
根据预先存储的化学需氧量浓度和254nm波长光线的吸光度之间的关系，求取水样中化学需氧量的浓度信息。
进一步的，所述化学需氧量处理器被配置为执行以下步骤：
设置光谱化学需氧量传感器的校准参数分别为K和B；
采用一点方法来对其自身进行校准，其具体过程为：
将光谱化学需氧量传感器设置于M浓度的标准液中，待稳定后，获取光谱化学需氧量传感器检测到的浓度值Y；
根据公式K＝M/Y，计算K值，且设置参数B值为0，得到校准后的K值和B值。
进一步的，所述化学需氧量处理器被配置为执行以下步骤：
设置光谱化学需氧量传感器的校准参数分别为K和B；
采用两点方法来对其自身进行校准，其具体过程为：
将光谱化学需氧量传感器设置于M浓度的标准液中，待稳定后，获取光谱化学需氧量传感器检测到的浓度值Y；
根据公式K＝M/(Y-X)，B＝-K*X；计算得到校准后的K值和B值。
本发明的第二目的是提供一种医疗废水中化学需氧量监测系统。
本发明的一种医疗废水中化学需氧量监测系统，包括上述所述的光谱化学需氧量传感器。
进一步的，所述医疗废水中化学需氧量监测系统，还包括智能网关，所述智能网关被配置为：
解析接收到的光谱化学需氧量传感器传送来的化学需氧量浓度信息；
将解析后的所述化学需氧量浓度信息与预设化学需氧量浓度最大阈值比较：
若前者大于后者，则将化学需氧量浓度信息立即上报至云平台；否则，将化学需氧量浓度信息按照预先设定的时间间隔上报至云平台。
进一步的，所述智能网关还被配置为在解析接收到的化学需氧量浓度信息之前，检测光谱化学需氧量传感器是否发生故障，其判断标准为：在光谱化学需氧量传感器工作的过程中，若任一时刻智能网关接收到的数据字节为0时，则光谱化学需氧量传感器发生故障。
进一步的，所述云平台被配置为：当化学需氧量浓度信息大于预设化学需氧量浓度最大阈值时，产生告警信息并发送至相关客户终端。
进一步的，所述云平台被配置为：根据接收到的化学需氧量浓度信息形成化学需氧量浓度信息变化趋势图，并发送至相关客户终端。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明在光谱化学需氧量传感器的测试窗口增加了清洁装置，当窗口的光学透镜片附着有机生物，影响检测的准确度时，清洁装置会自动对镜片进行实时清洁，保证了光学透镜片的洁净度，从而保证了测量的精度，并且延长维保周期至1月一次即可，≥1.5年对清洁刷进行检查维护一次。
(2)为了避免清洁装置会可能被废水中的杂质或者风吹到水中的异物缠绕卡住问题的出现，本申请在光谱化学需氧量传感器的外侧设置有防护罩，清洁装置设置于防护罩内侧，防护罩外侧还加有过滤层，这样来提高光谱COD传感器监测数据的准确性，进而提高医疗废水处理后的水质安全性。
(3)本申请在光谱化学需氧量传感器的外侧设置有防护罩，清洁装置设置于防护罩内侧，防护罩外侧还加有过滤层，提高了光谱化学需氧量传感器的耐腐蚀和耐磨性，提高了光谱化学需氧量传感器的使用寿命，使得使用年限达3年。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是光谱化学需氧量传感器结构示意图。
图2是本发明的一种医疗废水中化学需氧量监测系统结构示意图。
图3是本发明的智能网关的工作流程图。
其中：1-254nm接收器；2-分光器；3-水样测试间隙；4-1-第一光学透镜；4-2-第二光学透镜；5-光源；6-550nm接收器。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明的一种光谱化学需氧量传感器，所述光谱化学需氧量传感器的外壁上开设有测试窗口，所述测试窗口外侧安装有清洁装置。
在具体实施中，所述清洁装置包括清洁刷，所述清洁刷与驱动机构相连，所述驱动机构与控制器相连。
其中，驱动机构可采用驱动电机来实现，控制器可采用51系列单片机或其他型号的单片机来实现。
需要说明的是，清洁装置除了上述结构之外，还可以采用其他结构形式。
例如：清洁装置还可采用以下形式来实现：清洁装置包括刮板，刮板与驱动机构相连，驱动机构与控制器相连，控制器来控制驱动机构运动，进而带动刮板对测试窗口进行清洁。
在具体实施中，所述光谱化学需氧量传感器的外侧设置有防护罩，所述清洁装置设置于防护罩内侧，所述防护罩外侧还加有过滤层。
具体地，防护罩采用防腐蚀性PVC材质，过滤层可采用20目的玻纤网。
需要说明的是，防护罩除了上述实现方式之外，还可采用其他抗腐蚀材质来实现。
过滤层也可采用与废水过滤要求相匹配的过滤网来实现。
在具体实施中，如图1所示，光谱化学需氧量传感器还包括光源5，在光源5发出的光线的主光轴上依次设置有第一光学透镜4-1、第二光学透镜4-2和分光器2；水质样本设置于第一光学透镜4-1和第二光学透镜4-2之间；第一光学透镜4-1和第二光学透镜4-2之间形成水样测试间隙3；水样测试间隙3的光程默认5mm，等同于比色皿；
分光器2用于将光源发出的光线一路透射至254nm接收器1，另一路反射至550nm接收器6；所述254nm接收器1和550nm接收器6均与化学需氧量处理器相连。
具体地所述化学需氧量处理器被配置为执行以下步骤：
接收254nm接收器所传送来的透射光强度，根据已知入射光强度与透射光强度比值求常对数，得到当前水样对应的吸光度；
根据预先存储的化学需氧量浓度和254nm波长光线的吸光度之间的关系，求取水样中化学需氧量的浓度信息。
为了更加准确地检测水样中化学需氧量，本发明还对光谱化学需氧量传感器进行校准。
具体地，采用如下两种方式：
第一种方式：
设置光谱化学需氧量传感器的校准参数分别为K和B；
采用一点方法来对其自身进行校准，其具体过程为：
将光谱化学需氧量传感器设置于M(例如：150mg/L)浓度的标准液中，待稳定后，获取光谱化学需氧量传感器检测到的浓度值Y；
根据公式K＝M/Y，计算K值，且设置参数B值为0，得到校准后的K值和B值。
第二种方式：
所述化学需氧量处理器被配置为执行以下步骤：
设置光谱化学需氧量传感器的校准参数分别为K和B；
采用两点方法来对其自身进行校准，其具体过程为：
将光谱化学需氧量传感器设置于M(例如：150mg/L)浓度的标准液中，待稳定后，获取光谱化学需氧量传感器检测到的浓度值Y；
根据公式K＝M/(Y-X)，B＝-K*X；计算得到校准后的K值和B值。
本发明的光谱化学需氧量传感器的工作原理为：
在254nm处有强烈的吸收峰，其浓度和吸收度成系数关系。通过测量254nm的吸收度可反映COD数值。在550nm处无吸收，所以用550nm光做色度和浊度补偿。
本发明的光谱化学需氧量传感器依据波长254nm的紫外光对水中有机污染物的吸收程度高，通过接收254nm接收器所传送来的透射光强度，根据已知入射光强度与透射光强度比值求常对数，得到当前水质对应的吸光度；根据预先存储的水质浓度和254nm波长光线的吸光度之间的关系，求取水质浓度信息；不同于传统的利用化学试剂消解进行测试的方法，无污染，更经济环保；漂移小，反应快速(秒级)，测量更精准(误差±5％F.S)；实时监测具有长期的稳定性；免维护，使用周期较长。
本发明在光谱化学需氧量传感器的测试窗口增加了清洁装置，当窗口的光学透镜片附着有机生物，影响检测的准确度时，清洁装置会自动对镜片进行实时清洁，保证了光学透镜片的洁净度，从而保证了测量的精度，并且延长维保周期至1月一次即可，≥1.5年对清洁刷进行检查维护一次。
为了避免清洁装置会可能被废水中的杂质或者风吹到水中的异物缠绕卡住问题的出现，本申请在光谱化学需氧量传感器的外侧设置有防护罩，清洁装置设置于防护罩内侧，防护罩外侧还加有过滤层，这样来提高光谱COD传感器监测数据的准确性，进而提高医疗废水处理后的水质安全性。
本申请在光谱化学需氧量传感器的外侧设置有防护罩，清洁装置设置于防护罩内侧，防护罩外侧还加有过滤层，提高了光谱化学需氧量传感器的耐腐蚀和耐磨性，提高了光谱化学需氧量传感器的使用寿命，使得使用年限≥3年。
图2是本发明的一种医疗废水中化学需氧量监测系统结构示意图。
如图2所示，本发明的一种医疗废水中化学需氧量监测系统，包括如图1所示的光谱化学需氧量传感器、智能网关和云平台。
如图3所示，智能网关的工作流程为：
解析接收到的光谱化学需氧量传感器传送来的化学需氧量浓度信息；
将解析后的所述化学需氧量浓度信息与预设化学需氧量浓度最大阈值比较：
若前者大于后者，则将化学需氧量浓度信息立即上报至云平台；否则，将化学需氧量浓度信息按照预先设定的时间间隔上报至云平台。
例如：光谱化学需氧量传感器所检测到的化学需氧量浓度为C0，水质状态为正常状态时的化学需氧量浓度最大为Cmax，若C0>Cmax，则将化学需氧量浓度C0立即上报至云平台；否则，将化学需氧量浓度C0按照预先设定的时间(比如：每隔5s)上报至云平台。
在具体实施中，所述智能网关还被配置为：
在解析接收到的化学需氧量浓度信息之前，检测光谱化学需氧量传感器是否发生故障，其判断标准为：在光谱化学需氧量传感器工作的过程中，若任一时刻智能网关接收到的数据字节为0时，则光谱化学需氧量传感器发生故障。
在另一实施例中，所述云平台被配置为：当化学需氧量浓度信息大于预设化学需氧量浓度最大阈值时，产生告警信息并发送至相关客户终端。
在另一实施例中，所述云平台被配置为：根据接收到的化学需氧量浓度信息形成化学需氧量浓度信息变化趋势图，并发送至相关客户终端。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种光谱化学需氧量传感器，所述光谱化学需氧量传感器上配置有测试窗口，其特征在于，所述测试窗口外侧安装有清洁装置。
2.如权利要求1所述的一种光谱化学需氧量传感器，其特征在于，所述清洁装置包括清洁刷，所述清洁刷与驱动机构相连，所述驱动机构与控制器相连。
3.如权利要求1所述的一种光谱化学需氧量传感器，其特征在于，所述光谱化学需氧量传感器的外侧设置有防护罩，所述清洁装置设置于防护罩内侧，所述防护罩外侧还加有过滤层。
4.如权利要求1所述的一种光谱化学需氧量传感器，其特征在于，所述光谱化学需氧量传感器还包括光源，在光源发出的光线的主光轴上依次设置有第一光学透镜、第二光学透镜和分光器；水质样本设置于第一光学透镜和第二光学透镜之间；所述分光器用于将光源发出的光线一路透射至254nm接收器，另一路反射至550nm接收器；所述254nm接收器和550nm接收器均与化学需氧量处理器相连。
5.如权利要求4所述的一种光谱化学需氧量传感器，其特征在于，所述化学需氧量处理器被配置为执行以下步骤：
接收254nm接收器所传送来的透射光强度，根据已知入射光强度与透射光强度比值求常对数，得到当前水样对应的吸光度；
根据预先存储的化学需氧量浓度和254nm波长光线的吸光度之间的关系，求取水样中化学需氧量的浓度信息。
6.如权利要求4所述的一种光谱化学需氧量传感器，其特征在于，所述化学需氧量处理器被配置为执行以下步骤：
设置光谱化学需氧量传感器的校准参数分别为K和B；
采用一点方法来对其自身进行校准，其具体过程为：
将光谱化学需氧量传感器设置于M浓度的标准液中，待稳定后，获取光谱化学需氧量传感器检测到的浓度值Y；
根据公式K＝M/Y，计算K值，且设置参数B值为0，得到校准后的K值和B值。
7.如权利要求4所述的一种光谱化学需氧量传感器，其特征在于，所述化学需氧量处理器被配置为执行以下步骤：
设置光谱化学需氧量传感器的校准参数分别为K和B；
采用两点方法来对其自身进行校准，其具体过程为：
将光谱化学需氧量传感器设置于M浓度的标准液中，待稳定后，获取光谱化学需氧量传感器检测到的浓度值Y；
根据公式K＝M/(Y-X)，B＝-K*X；计算得到校准后的K值和B值。
8.一种医疗废水中化学需氧量监测系统，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的光谱化学需氧量传感器。
9.如权利要求5所述的一种医疗废水中化学需氧量监测系统，其特征在于，还包括智能网关，所述智能网关被配置为：
解析接收到的光谱化学需氧量传感器传送来的化学需氧量浓度信息；
将解析后的所述化学需氧量浓度信息与预设化学需氧量浓度最大阈值比较：
若前者大于后者，则将化学需氧量浓度信息立即上报至云平台；否则，将化学需氧量浓度信息按照预先设定的时间间隔上报至云平台。
10.如权利要求9所述的一种医疗废水中化学需氧量监测系统，其特征在于，所述智能网关还被配置为在解析接收到的化学需氧量浓度信息之前，检测光谱化学需氧量传感器是否发生故障，其判断标准为：在光谱化学需氧量传感器工作的过程中，若任一时刻智能网关接收到的数据字节为0时，则光谱化学需氧量传感器发生故障；
或/和
所述云平台被配置为：当化学需氧量浓度信息大于预设化学需氧量浓度最大阈值时，产生告警信息并发送至相关客户终端；
或/和
所述云平台被配置为：根据接收到的化学需氧量浓度信息形成化学需氧量浓度信息变化趋势图，并发送至相关客户终端。
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