CN109991384A - 一种水中重金属离子含量检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水中重金属离子含量检测装置，其特征在于：包含水中阳离子分离装置，该水中阳离子分离装置包括分离流道、附集电场正极片、附集电场负极片、分离电场正极片、分离电场负极片，及设置在分离流道的出口处的N块分流隔板；TDS检测元件，用来检测从最中间分流子出口流出的水中的TDS值，将该TDS检测元件的测量结果作为流经重金属离子含量检测装置的水中是否含有重金属离子的依据。与现有技术相比，本发明的优点在于：通过设置水中阳离子分离装置，将水中比荷不同的阳离子进行分离分流，再根据重金属离子比荷，对会从重金属离子比荷部分的分流的水进行TDS值检测，可以准确有效检测到水中是否含有重金属离子。
Description
技术领域
本发明涉及一种水中重金属离子含量检测装置。
背景技术
现有技术中，对水中是否含有重金属离子，大多通过测量水中TDS值来大致判断，但是TDS值不能准确表明水中是否含有重金属离子。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种能更灵敏的判断水中是否含有重金属离子的水中重金属离子含量检测装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种水中重金属离子含量检测装置，其特征在于：包含水中阳离子分离装置，该水中阳离子分离装置包括
分离流道，分离流道包括有入口和出口；
附集电场正极片，设置在分离流道内，靠近分离流道的入口，与第一外部稳压电源的正极电连接；
附集电场负极片，设置在分离流道内，靠近分离流道的入口，与第一外部稳压电源的负极电连接，并与附集电场正极片正对、且平行间隔设置，附集电场正极片和附集电场负极片之间的距离为d；
分离电场正极片，设置在分离流道内，靠近分离流道的出口，与附集电场负极片在同一直线上，与第二外部稳压电源的正极连接，且与附集电场负极片的后端部之间具有D间距，D大于0；第一外部稳压电源为脉冲式稳压电压。
分离电场负极片，设置在分离流道内，靠近分离流道的出口，与附集电场正极片在同一直线上，与第二外部稳压电源的负极连接，且与附集电场正极片的后端部之间具有D间距，D大于0；
分离流道的出口设有N块与分离电场负极片平行间隔设置的分流隔板，从而将分离流道的出口分为N+1个分流子出口，N的取值为大于等于2的自然数；将自分离电场负极片至分离电场正极片之间的分流隔板依次记为第一块分流隔板、第二块分流隔板、……第N块分流隔板；当N＝2时，将第一块分流隔板与第二块分流隔板之间形成的分流子出口记为检测出口；当N＝3时，将第一块分流隔板与第二块分流隔板之间形成的分流子出口记为检测出口，或将第二块分流隔板与第三块分流隔板之间形成的分流子出口记为检测出口；当N＝4时，将第二块分流隔板与第三块分流隔板之间形成的分流子出口记为检测出口，或将第三块分流隔板与第四块分流隔板之间形成的分流子出口记为检测出口；当N＝5以上的自然数时，将最中间的两个分流子出口中的任一个或两个混合后记为检测出口；
TDS检测元件，用来检测从检测出口流出的水中的TDS值，将该TDS检测元件的测量结果作为流经重金属离子含量检测装置的水中是否含有重金属离子的依据。
N块分流隔板之间的距离可以相同，即N块分流隔板将分离流道的出口分为N+1个大小相同的分流子出口。
作为优选，当N＝2时：
第一块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：其中K为小于1大于0的常数，U为第二外部稳压电源正负极之间的电压，l为分离电场正极片或分离电场负极片的长度，v为水流经分离流道的水流速度，d为分离电场正极片和分离电场负极片之间的距离；的范围为1/15～1/8；
第二块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为： 的范围为1/45～1/40；
当N＝3时：
第一块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：其中K为小于1大于0的常数，U为第二外部稳压电源正负极之间的电压，l为分离电场正极片或分离电场负极片的长度，v为水流经分离流道的水流速度，d为分离电场正极片和分离电场负极片之间的距离；的范围为1/15～1/8；
第二块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为： 的范围为1/28～1/20；
第三块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为： 的范围为：1/45～1/40。
为了有效附集和有效释放离子，所述第一外部稳压电源的脉冲式稳压电压中，加压时间小于不加压时间，即脉冲式稳压电压的占空比小于50％。
考虑到附集电场和分离电场的电压过大时，容易导致水的电解，为了不至于使水电解，所述第一外部稳压电源在加压时，正负极之间的电压小于等于2V；第二外部稳压电源正负极之间的电压小于等于2V。
作为优选，分离电场负极片长度与分离电场正极片长度相同，D与分离电场负极片长度相同。
较好的，所述分离流道的入口设置在附集电场正极片前端部和附集电场负极片前端部之间或附集电场正极片前端部和附集电场负极片前端之间形成所述分离流道的入口；分离电场正极片后端部和分离电场负极片后端部之间形成所述分离流道的出口。
作为改进，本发明还包括控制器，与第一外部稳压电源和第二外部稳压电源的正负极电压由该控制器提供；TDS检测元件与控制器连接；另外还包括与控制器连接的用于显示TDS检测元件检测结果的显示单元。
再改进，本发明还包括用于检测流入分离流道入口的水的流速的流量计，该流量计与控制器连接。
再改进，本发明还包括用于检测流入分离流道入口的水中TDS值的对比TDS检测元件，该对比TDS检测元件与控制器连接，如果TDS检测元件的检测结果大于对比TDS检测元件的检测结果，则表明流经重金属离子含量检测装置的水中含有重金属。
再改进，本发明还包括与控制器连接的报警器，及与控制器连接的操作输入单元。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过设置水中阳离子分离装置，将水中比荷不同的阳离子进行分离分流，再根据重金属离子比荷，对对其中的一个分流子出口的水进行TDS值检测，可以准确有效检测到水中是否含有重金属离子。
附图说明
图1为本发明实施例一中水中重金属离子含量检测装置模块图。
图2为本发明实施例一中水中阳离子分离装置。
图3为本发明实施例二中水中阳离子分离装置。
图4为本发明实施例三中水中阳离子分离装置。
图5为本发明实施例四中水中阳离子分离装置。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一
如图1所示的水中重金属离子含量检测装置，包括控制器7，及与控制器7电连接的水中阳离子分离装置。
其中水中阳离子分离装置包括，参见图2所示
分离流道1，分离流道包括有入口和出口；
附集电场正极片2，设置在分离流道内，靠近分离流道的入口，与第一外部稳压电源的正极电连接；
附集电场负极片3，设置在分离流道内，靠近分离流道的入口，与第一外部稳压电源的负极电连接，并与附集电场正极片正对、且平行间隔设置，附集电场正极片和附集电场负极片之间的距离为d；第一外部稳压电源为脉冲式稳压电压；
分离电场正极片4，设置在分离流道内，靠近分离流道的出口，与附集电场负极片在同一直线上，与第二外部稳压电源的正极连接，且与附集电场负极片的后端部之间具有D间距，D大于0；
分离电场负极片5，设置在分离流道内，靠近分离流道的出口，与附集电场正极片在同一直线上，与第二外部稳压电源的负极连接，且与附集电场正极片的后端部之间具有D间距，D大于0；
分离流道的出口设有N块与分离电场负极片5平行均匀间隔设置的分流隔板6，从而将分离流道的出口分为N+1个容量大小相同的分流子出口，N的取值为大于等于2的自然数，将自分离电场负极片至分离电场正极片之间的分流隔板依次记为第一块分流隔板、第二块分流隔板、……第N块分流隔板；当N＝2时，将第一块分流隔板与第二块分流隔板之间形成的分流子出口记为检测出口；当N＝3时，将第一块分流隔板与第二块分流隔板之间形成的分流子出口记为检测出口，或将第二块分流隔板与第三块分流隔板之间形成的分流子出口记为检测出口；当N＝4时，将第二块分流隔板与第三块分流隔板之间形成的分流子出口记为检测出口，或将第三块分流隔板与第四块分流隔板之间形成的分流子出口记为检测出口；当N＝5以上的自然数时，将最中间的两个分流子出口中的任一个或两个混合后记为检测出口；
TDS检测元件8，用来检测从检测出口流出的水中的TDS值，将该TDS检测元件8的测量结果作为流经重金属离子含量检测装置的水中是否含有重金属离子的依据，只要TDS检测元件检测的TDS值非零，则表明水中含有重金属。
本实施例中N＝3，当然，N可以取自然数中的任意值。
第一外部稳压电源和第二外部稳压电源的正负极电压由该控制器7提供；TDS检测元件8与控制器7连接；另外还包括与控制器连接的用于显示TDS检测元件检测结果的显示单元9，设置在分离流道入口前的与控制器连接的流量计10，用于检测流入分离流道入口的水中TDS值的对比TDS检测元件11，该对比TDS检测元件与控制器7连接；以及与控制器连接的报警器12，及与控制器连接的操作输入单元13另外。本实施例中，如果TDS检测元件的检测结果大于对比TDS检测元件的检测结果，也可以直接表明流经重金属离子含量检测装置的水中含有重金属。
水中阳离子分离装置的工作原理为：
水自分离流道的入口进入，在附集电场的作用下，水中的正离子附集在附集电场负极片附近，水中的负离子附集在附集电场正极片附近；附集电场采用脉冲式电压，加电压时，对水中的离子进行附集，不加电压时(断电时)让附集在附集电场正负极片附近的阴阳离子释放后进入后续离子的分离电场；只要附集电场的强度，脉冲时间，极片的间距，水流速度进行匹配，可以有效的的进行阴阳离子的分离附集，达到所有带电离子的初始位置一致(阳离子在负极片的附近)；由于不同的离子具有不同的电荷和不同的原子量，正常水中主要的阳离子大部分为钙(Ca2+\原子量为20)、镁(Mg2+\离子原子量为20)、钠(Na+\原子量为11)，还有其他一些微量的阳离子；但对于一些污染的水中，特别是重金属污染的水中，包含了大量的重金属离子，如铅(Pb2+\原子量为82)、汞(Hg2+\原子量为80)、银(Ag2+\原子量为47)、钡(Ba2+\原子量为56)、镉(Cd2+\原子量为48)等。不同的离子具有不同的比荷，如钙离子比荷为2/20,镉离子为2/48，铅离子为2/82，因此重金属离子的比荷相对比较小，特别是铅、汞等，而一般水中常见的阳离子如钙镁钠等比荷相对比较大。在相同的分离电场、相同初速度情况下，不同比荷的离子移动的距离关系与比荷比成比例关系，即移动的距离与q/m相关，相同电场下，比荷小的离子移动速度慢，只要确保比荷小的重金属正离子已附集在极片附近，就能保证比荷大的如钙镁离子也完全附集在正极片上，达到完全附集的效果；考虑有效附集和有效释放离子的因素，脉冲式电源附集的时间(加电压附集)<释放时间(不加电压)；考虑过高电压容易导致水的电解，因此优先考虑输入的附集电场电压和分离电场电压不能过大，一般应该低于2V以下。
相同的电场对不同的离子迁移能力是不同的，主要是根据不同的荷电比来决定，在相同均匀电场下，离子在水流的带动下进入分离电场，由于之前的附集电场的作用，使得阳离子都在附集电场负极片附近，使得阳离子的初始条件一致，在分离电场的作用下，水中的不同离子会在分离电场的作用下进行迁移，负离子向分离电场正极片运动，阳离子会向分离电场负极片运动，但由于不同的比荷，不同离子的偏移距离也不相同。水中钙镁离子在出水口附近时到达离子分离电场负极片附近，重金属离子由于比荷比较小，移动速度慢，因此重金属离子还处在了其他地方，通过出水口的分流槽，对水进行分流，从而可以对水中不同的阴阳离子进行分离，通过将第一块分流隔板与第二块分流隔板之间形成的分流子出口记为检测出口，就可以将大部分重金属离子分离并检测出来。为了防止附集电场对离子分离电场的影响，2个电场需要一定的距离，即分离电场正极片的前端不与附集电场负极片的后端部之间具有D间距，D大于0，分离电场负极片长度与分离电场正极片长度相同，D优选与分离电场负极片长度相同。
实施例二
与实施例一不同的是，三块分流隔板并非均匀间隔分布，参见图3所示，其中
第一块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：其中K为小于1大于0的常数，U为第二外部稳压电源正负极之间的电压，l为分离电场正极片或分离电场负极片的长度，v为水流经分离流道的水流速度，d为分离电场正极片和分离电场负极片之间的距离；的范围为1/15～1/8；这样，钙离子、钠离子等比荷在0至1/15～1/8之间的金属阳离子就可以从第一块分流隔板与分离流道内壁之间形成的分流子出口流出；
第二块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为： 的范围为1/28～1/20；这样，银离子、镉离子等比荷在1/15～1/8至1/28～1/20之间的金属阳离子就可以从第一块分流隔板与第二块分流隔板之间形成的分流子出口流出；
第三块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为： 的范围为：1/45～1/40；这样，钡离子、铅离子、汞离子等比荷在1/28～1/20至1/45～1/40之间的金属阳离子就可以从第二块分流隔板与第三块分流隔板之间形成的分流子出口流出。
此时，将第二块分流隔板与第三块分流隔板之间形成的分流子出口记为检测出口，能更精确有效检测水中的重金属离子。
实施例三
与实施例二不同的是，分流隔板设有四块，参见图4所示，其中第一块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：其中K为小于1大于0的常数，U为第二外部稳压电源正负极之间的电压，l为分离电场正极片或分离电场负极片的长度，v为水流经分离流道的水流速度，d为分离电场正极片和分离电场负极片之间的距离；的范围为1/15～1/8；
第二块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为： 的范围为1/28～1/20；
第三块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为： 的范围为：1/45～1/40；
第四块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为： 的范围为：1/60～1/58。
此时，将第二块分流隔板与第三块分流隔板之间形成的分流子出口记为检测出口，能更精确有效检测水中的重金属离子。
实施例四
与实施例二不同的是，分流隔板设有二块，参见图5所示，其中：
第一块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：其中K为小于1大于0的常数，U为第二外部稳压电源正负极之间的电压，l为分离电场正极片或分离电场负极片的长度，v为水流经分离流道的水流速度，d为分离电场正极片和分离电场负极片之间的距离；的范围为1/15～1/8；
第二块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为： 的范围为1/45～1/40。
此时，将第一块分流隔板与第二块分流隔板之间形成的分流子出口记为检测出口，也能较为精确有效检测水中的重金属离子。
Claims (10)
1.一种水中重金属离子含量检测装置，其特征在于：包含水中阳离子分离装置，该水中阳离子分离装置包括
分离流道，分离流道包括有入口和出口；
附集电场正极片，设置在分离流道内，靠近分离流道的入口，与第一外部稳压电源的正极电连接；
附集电场负极片，设置在分离流道内，靠近分离流道的入口，与第一外部稳压电源的负极电连接，并与附集电场正极片正对、且平行间隔设置，附集电场正极片和附集电场负极片之间的距离为d；
分离电场正极片，设置在分离流道内，靠近分离流道的出口，与附集电场负极片在同一直线上，与第二外部稳压电源的正极连接，且与附集电场负极片的后端部之间具有D间距，D大于0；第一外部稳压电源为脉冲式稳压电压；
分离电场负极片，设置在分离流道内，靠近分离流道的出口，与附集电场正极片在同一直线上，与第二外部稳压电源的负极连接，且与附集电场正极片的后端部之间具有D间距，D大于0；
分离流道的出口设有N块与分离电场负极片平行间隔设置的分流隔板，从而将分离流道的出口分为N+1个分流子出口，N的取值为大于等于2的自然数；将自分离电场负极片至分离电场正极片之间的分流隔板依次记为第一块分流隔板、第二块分流隔板、……第N块分流隔板；当N＝2时，将第一块分流隔板与第二块分流隔板之间形成的分流子出口记为检测出口；当N＝3时，将第一块分流隔板与第二块分流隔板之间形成的分流子出口记为检测出口，或将第二块分流隔板与第三块分流隔板之间形成的分流子出口记为检测出口；当N＝4时，将第二块分流隔板与第三块分流隔板之间形成的分流子出口记为检测出口，或将第三块分流隔板与第四块分流隔板之间形成的分流子出口记为检测出口；当N＝5以上的自然数时，将最中间的两个分流子出口中的任一个或两个混合后记为检测出口；
TDS检测元件，用来检测从检测出口流出的水中的TDS值，将该TDS检测元件的测量结果作为流经重金属离子含量检测装置的水中是否含有重金属离子的依据。
2.根据权利要求1所述的水中重金属离子含量检测装置，其特征在于：当N＝2时：
第一块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：其中K为小于1大于0的常数，U为第二外部稳压电源正负极之间的电压，l为分离电场正极片或分离电场负极片的长度，v为水流经分离流道的水流速度，d为分离电场正极片和分离电场负极片之间的距离；的范围为1/15～1/8；
第二块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为： 的范围为1/45～1/40；
当N＝3时：
第一块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为：其中K为小于1大于0的常数，U为第二外部稳压电源正负极之间的电压，l为分离电场正极片或分离电场负极片的长度，v为水流经分离流道的水流速度，d为分离电场正极片和分离电场负极片之间的距离；的范围为1/15～1/8；
第二块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为： 的范围为1/28～1/20；
第三块分流隔板与分离电场正极片之间的距离为： 的范围为：1/45～1/40，此时，将第一块分流隔板与第二块分流隔板之间形成的分流子出口记为检测出口。
3.根据权利要求1所述的水中阴阳离子分离装置，其特征在于：所述第一外部稳压电源的脉冲式稳压电压中，加压时间小于不加压时间，即脉冲式稳压电压的占空比小于50％。
4.根据权利要求1所述的水中阴阳离子分离装置，其特征在于：所述第一外部稳压电源在加压时，正负极之间的电压小于等于2V；第二外部稳压电源正负极之间的电压小于等于2V。
5.根据权利要求1所述的水中阴阳离子分离装置，其特征在于：分离电场负极片长度与分离电场正极片长度相同，D与分离电场负极片长度相同。
6.根据权利要求1所述的水中阴阳离子分离装置，其特征在于：所述分离流道的入口设置在附集电场正极片前端部和附集电场负极片前端部之间或附集电场正极片前端部和附集电场负极片前端之间形成所述分离流道的入口；分离电场正极片后端部和分离电场负极片后端部之间形成所述分离流道的出口。
7.根据权利要求1～6中任意一项权利要求所述的水中重金属离子含量检测装置，其特征在于：还包括控制器，与第一外部稳压电源和第二外部稳压电源的正负极电压由该控制器提供；TDS检测元件与控制器连接；另外还包括与控制器连接的用于显示TDS检测元件检测结果的显示单元。
8.根据权利要求7所述的水中重金属离子含量检测装置，其特征在于：还包括用于检测流入分离流道入口的水的流速的流量计，该流量计与控制器连接。
9.根据权利要求7所述的水中重金属离子含量检测装置，其特征在于：还包括用于检测流入分离流道入口的水中TDS值的对比TDS检测元件，该对比TDS检测元件与控制器连接，如果TDS检测元件的检测结果大于对比TDS检测元件的检测结果，则表明流经重金属离子含量检测装置的水中含有重金属。
10.根据权利要求7所述的水中重金属离子含量检测装置，其特征在于：还包括与控制器连接的报警器，及与控制器连接的操作输入单元。
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