CN111380825A - 一种紫外水质在线监测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种紫外水质在线监测仪，包括有中空的壳体，所述壳体内设有样品池，所述样品池内设有检测室，所述检测室两侧侧面分别设有检测窗，所述样品池的一侧设有第一检测器，所述样品池的另一侧设有透镜、第二检测器、第一光照单元、第二光照单元。本发明进一步提供一种紫外水质在线监测方法。本发明提供的一种紫外水质在线监测仪，可以检测出水质的COD参数，可长时间自运行，维护成本低，光路简化、小型便捷、能量波长稳定、灵敏度及检测周期满足行业应用需求，实现对水质的实时快速监测。
Description
技术领域
本发明属于水质监测的技术领域，涉及一种紫外水质在线监测仪。
背景技术
人类的生活和生产活动均离不开水，为了防止引用水中混进各种污染物受到污染。通常检验污水的指标有以下几个：COD、BOD、色度、悬浮物、重金属等。其中，化学含氧量(COD)，是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等，但主要的是有机物。因此，化学含氧量(COD)通常作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学含氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。
COD的测量方法主要有化学法和物理法两种。物理法主要是基于Lambert-Beer定律的紫外吸光度法，即UV(Ultraviolet)法。化学法是用强氧化剂将水样中的还原性物质氧化，再计算氧化剂的消耗量，最后折算成消耗氧的量。重铬酸钾和高锰酸钾指数法是目前化学法中测量COD的典型方法。高锰酸钾法多用于分析较干净的地表水、地下水、饮用水，即低浓度COD测量：重铬酸钾法多用于工业废水和生活污水的分析，即较高浓度的COD测量。广泛用于实验室COD测量的还有库伦滴定法、比色法、催化消解法、TOC换算法、微波消解法等等。目前，COD化学测试法多采用重铬酸钾方法，这种测试方法的仪器在应用时必定引入二次化学污染，反应时间长不能做到实时监测。污水物理参数测试方法目前都用传感器在线测试，光学测试能高速、实时检测，是水质COD在线监测的发展方向。具体如对水体的COD进行测量的小型装置，例如中国专利文献CN201974376U公开了一种COD在线水质分析仪，通过水样颜色的变化测出化学含氧量值。
当前，还没有一种使用双波长紫外LED灯小型在线监测COD性能参数的紫外光学测试的测试仪及测试方法。因此设计LED紫外COD在线水质监测便携式装置，对于掌握其COD性能参数、提高生活水质快速监测效果有重要的意义。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种紫外水质在线监测仪，将监测水质的紫外部件整合在小型结构内，用于解决现有技术中缺乏无需任何试剂和样品预处理，分析时间短，能量稳定性高，测量过程准确可靠，能实时、高效检测COD污水参数的紫外水质在线监测仪的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种紫外水质在线监测仪，包括有中空的壳体，所述壳体内设有样品池，所述样品池的两端分别与壳体的两侧侧面相连通，所述样品池内设有检测室，所述检测室两侧侧面分别设有检测窗，所述检测窗分别贯穿样品池的两侧侧面，所述样品池的一侧设有第一检测器，所述样品池的另一侧设有透镜、第二检测器、第一光照单元、第二光照单元，所述第一光照单元、第二光照单元、透镜、检测窗、第一检测器沿第一光照单元及第二光照单元发射紫外光的第一光路依次设置，所述第二检测器设于沿第一光照单元及第二光照单元发射紫外光的第二光路上。
优选地，所述壳体呈矩形，所述壳体包括有两两相对的长边侧面和短边侧面，两两相对的所述长边侧面之间设置样品池，所述样品池的两端分别与两两相对的长边侧面相连通。
优选地，所述壳体通过边角位置的螺栓连接为一体。
更优选地，所述长边侧面与短边侧面的长度之比为80-85：50-55。
进一步优选地，所述长边侧面与短边侧面的长度之比为82：52。
优选地，所述壳体的高度与长边侧面的长度之比为30-40：80-85。
更优选地，所述壳体的高度与长边侧面的长度之比为34：82。
优选地，所述壳体中样品池两侧面积之比为1:2-4。
更优选地，所述壳体中样品池两侧面积之比为1:3。
优选地，所述样品池的一端设有进样口，所述样品池的另一端设有出样口。
更优选地，所述进样口与样品池之间设有进样臂，所述进样臂中空且所述进样臂两端分别与进样口、样品池相连通。
进一步优选地，所述进样臂与短边侧面的长度之比为25-30：50-55。
更进一步优选地，所述进样臂与短边侧面的长度之比为28：52。
更优选地，所述出样口与样品池之间设有出样臂，所述出样臂中空且所述出样臂两端分别与出样口、样品池相连通。
进一步优选地，所述出样臂与短边侧面的长度之比为25-30：50-55。
更进一步优选地，所述出样臂与短边侧面的长度之比为28：52。
进一步优选地，所述进样臂与出样臂的长度相等。
更优选地，所述进样口经污水管与污水池相连通。所述污水池用于放置待检测的污水。
更优选地，所述出样口与出水管相连通。
优选地，所述检测室的形状为圆柱形。所述检测室起到了连通池的作用。所述检测室为黑色不透光金属盒子。
优选地，所述检测室的直径大于进样臂的内径，且所述检测室的直径大于出样臂的内径。
优选地，所述检测窗分别位于检测室的两侧侧面的相对位置。
优选地，所述检测窗的形状为圆形。所述检测窗便于第一光源、第二光源发射的紫外光透过，并使检测室中的水路能够被紫外光照射到。
优选地，所述检测窗的直径与短边侧面的的长度之比为25-30：50-55。
更优选地，所述检测窗的直径与短边侧面的长度之比为26：52。
优选地，所述检测窗的材质为石英玻璃。更优选地，所述检测窗的材质为紫外光学石英玻璃(JGS1)。
优选地，所述第一检测器及第二检测器均为光电检测器。所述光电检测器为常规使用的紫外探测器,可在市场上购买获得。具体来说，所述光电检测器具有天然的紫外频段选择性而不需要加装滤波片，响应波段覆盖UVA、UVB和UVC光谱范围。所述光电检测器可工作在光伏模式下，具有耐高温、灵敏度高、响应速度快、暗电流低等特点。具体如OSIOptoelectronics公司生产uv035DQ型号的光电检测器。
优选地，所述透镜为紫外准直平凸透镜。所述紫外准直平凸透镜的入射面为平面，出射面为聚光的凸透镜。
优选地，所述透镜的材质为石英玻璃。更优选地，所述透镜的材质为紫外光学石英玻璃(JGS1)。所述紫外光学石英玻璃是用高纯度氢氧熔化的光学石英玻璃。具有优良的透紫外性能，特别是在短波紫外区，其透过性能远远地胜过所有其他玻璃，在185nm处的透过率可达90％，是185-2500nm波段范围内的优良光学材料。
优选地，所述第一光照单元包括有第一光源、第一挡板，所述第一光源固定在第一挡板上；所述第二光照单元包括有第二光源、第二挡板，所述第二光源固定在第二挡板上，所述第二挡板上设有第一透光孔、第二透光孔；所述第一光源分别经第一透光孔、第二透光孔发射紫外光，所述第一透光孔设于第一光源发射紫外光的第二光路上，所述第二透光孔设于第一光源发射紫外光的第一光路上。
更优选地，所述第一挡板与第二挡板平行，所述第一挡板及第二挡板的两端分别与壳体内相邻的长边侧面及短边侧面相连接。
更优选地，所述第一挡板和第二挡板之间的垂直距离，与短边侧面的长度之比为10-15：50-55。
最优选地，所述第一挡板和第二挡板之间的垂直距离，与短边侧面的长度之比为13：52。
更优选地，所述第一挡板与短边侧面的长度之比为25-35：50-55。
最优选地，所述第一挡板与短边侧面的长度之比为30：52。
更优选地，所述第二挡板与短边侧面的长度之比为45-50：50-55。
最优选地，所述第二挡板与短边侧面的长度之比为48：52。
更优选地，所述第一挡板与长边侧面之间的夹角为55-65°。
最优选地，所述第一挡板与长边侧面之间的夹角为60°。
更优选地，所述第一透光孔的孔径与检测室的直径之比为0.9-1.1：25-30。
最优选地，所述第一透光孔的孔径与检测室的直径之比为1：26。
更优选地，所述第二透光孔的孔径与检测室的直径之比为0.9-1.1：25-30。
最优选地，所述第二透光孔的孔径与检测室的直径之比为1：26。
更优选地，所述第一透光孔与第二透光孔的孔径相等。
更优选地，所述第一光源及第二光源为LED灯光源。所述LED灯为常规使用的LED灯，可在市场上购买获得。具体如，青岛杰生公司生产257nm型号的LED灯。
更优选地，所述第一光源的波长为397-399nm。进一步优选地，所述第一光源的波长为398nm。所述第一光源的波长能够产生浊度的吸光度。所述第一光源的波长的光强度用于补偿浊度的影响，其能基本上不被有机物吸收而只表征浊度的含量，因此可通过测定此波长处的消光值来对第二光源的消光值进行浊度校正，通过计算得出有机物的正确含量。
更优选地，所述第二光源的波长为253-258nm。进一步优选地，所述第二光源的波长为257nm。所述第二光源的波长能够产生紫外光的总吸光度。将上述紫外光的总吸光度减去浊度的吸光度，即得待测成分对紫外光的实际吸光度。
更优选地，所述第一光源及第二光源外接有电源开关。用于开启或关闭第一光源及第二光源。
优选地，所述第一光路中，所述第一光照单元中的第一光源、第二光照单元中的第二透光孔及第二光源、透镜中心点、检测室中检测窗的中心轴、第一检测器中心位置在同一水平线上。
更优选地，所述第二透光孔和透镜之间的垂直距离，与短边侧面的长度之比为10-11：50-55。
最优选地，所述第二透光孔和透镜之间的垂直距离，与短边侧面的长度之比为10.5：52。
更优选地，所述透镜和检测室之间的垂直距离，与短边侧面的长度之比为2.2-2.6：50-55。
最优选地，所述透镜和检测室之间的垂直距离，与短边侧面的长度之比为2.4：52。
优选地，所述第二光路中，所述第一透光孔位于所述第二检测器的焦点上。
更优选地，所述第一透光孔和第二检测器之间的垂直距离，与短边侧面的长度之比为41-45：50-55。
最优选地，所述第一透光孔和第二检测器之间的垂直距离，与短边侧面的长度之比为43：52。
优选地，所述第一检测器及第二检测器外接有输入输出模块。所述输入输出模块选自显示屏、键盘、鼠标或触摸屏中一种或多种组合。所述输入输出模块用于输入检测指令，并接收第一检测器及第二检测器输出的检测结果数据。
更优选地，所述输入输出模块与电源开关相连接。所述输入输出模块控制第一光源及第二光源开启或关闭。
所述紫外水质在线监测仪的测量原理是基于水中有机物对紫外线的吸收，即紫外光通过样品池(检测室)被吸收，从而检测和分析水体中的物质。其根据比尔-朗伯(BeerLambert)定律A＝KCL进行计算，该定律中，A为吸光度，C为溶液浓度，L为液层厚度，K为比例常数。其以不饱和有机分子在一定的紫外线(UV)波长处的吸收为基础，由于水体中的化学含氧量(COD)在紫外区有很强的光谱吸收，可测量出紫外光的吸收量，进而分析水体中不饱和有机分子的含量，即化学含氧量(COD)含量。该定律中A与C成正比，通过测定一个已知C溶液的A得到比例系数K，A与C之间线性直线确定，只要知道吸光度值就可以得到浓度值。通过该定律，通过测定一组多个不同浓度水样的吸光值，以吸光度为横坐标，COD为纵坐标用线性回归法拟合数据，并计算相关系数。实验证明它们有良好的线性关系。
本发明第二方面提供一种紫外水质在线监测方法，采用上述紫外水质在线监测仪进行检测，包括以下步骤：
1)将污水输入样品池流过检测室后，排出壳体；
2)启动第一光照单元及第二光照单元，发射紫外光经第一光路上的透镜后，透过检测室上的检测窗，通过第一检测器检测后获得污水的总吸光度数据；
3)同时，紫外光经第二光路上的第二检测器后获得污水浊度的吸光度数据；
4)将污水的总吸光度数据减去污水浊度的吸光度数据，即得污水对紫外光的实际吸光度数据，从而计算获得污水中COD含量。
优选地，步骤1)中，所述污水由污水池经污水管通过进样口输入样品池。
优选地，步骤1)中，所述污水通过出样口经出水管排出。
优选地，步骤2)中，所述第一光照单元通过第一光源发射紫外光，所述第二光照单元通过第二光源发射紫外光，所述第一光源及第二光源的紫外光发射方式为连续发射。
优选地，步骤2)中，所述第一光照单元通过第一透光孔及第二透光孔进行分光。
更优选地，所述第一透光孔或第二透光孔的分光比为40～60％。
优选地，步骤2)中，所述检测室内充满流动的液体。
优选地，步骤2)中，所述透镜的透光率≥90％。
优选地，步骤4)中，所述污水中COD含量的计算公式为C＝A/KL＝(A1-A2)/KL，其中，C为COD成分的含量，A为COD成分对紫外光的实际吸光度值，A1为COD成分对紫外光的总吸光度值，A2为COD成分的浊度的吸光度值，K为比例常数，L为液层厚度。
如上所述，本发明提供的一种紫外水质在线监测仪，具有以下有益效果：
(1)本发明提供的一种紫外水质在线监测仪，利用UV法测定有机物的吸收特征，采用紫外LED灯作为光源，比传统的氙灯汞灯要稳定、光束质量可靠。同时采用两个LED灯发出两束紫外光，波长分别为253-258nm和397-399nm的光路设计新思路，得到两束不同波长的单色光，利用精巧的光路设计和开关使两束光以一定频率交替照射同一吸收池，然后分别被检测器接收。信号经处理系统计算得出两个波长的吸光度差值，吸光度差即与被测样品浓度成正比。其解决汞灯光源波长和能量稳定性差的问题。
(2)本发明提供的一种紫外水质在线监测仪，体积小使得机械设计小型化，使用便携简单，其采用的LED灯体积小使得机械设计小型化，使用便携简单。
(3)本发明提供的一种紫外水质在线监测仪，可在不引入二次污染的情况下快速、准确的表征水中有机物含量，无需任何试剂和样品预处理，分析时间短，测量周期较短，适用性较强，测量过程准确可靠，并且分析物的颜色、光泽等因素对检测的影响比较小。
(4)本发明提供的一种紫外水质在线监测仪，可长时间自运行，维护成本低，满足行业应用需求，进而实现对水质的实时快速监测。
(5)本发明提供的一种紫外水质在线监测仪，选择波长峰值为253-258nm，优选为257nm的紫外线光谱，此波段具有很高的能量，可破坏微生物的核酸结构，具有强烈的杀菌作用，从而达到消毒的目的，能满足居民和市政饮水、废水处理、工业用水、游泳池和其他休闲设施用水的特殊需要和安装要求。
附图说明
图1显示为本发明的一种紫外水质在线监测仪的原理示意图。
图2显示为本发明的一种紫外水质在线监测仪的整体结构示意图。
图3显示为实施例6中采用紫外水质在线监测仪测定的线性关系图。
附图标记
1 壳体
11 长边侧面
12 短边侧面
2 样品池
21 检测室
211 检测窗
22 进样口
23 进样臂
24 出样口
25 出样臂
3 第一检测器
4 透镜
5 第二检测器
6 第一光照单元
61 第一光源
62 第一挡板
7 第二光照单元
71 第二光源
72 第二挡板
73 第二透光孔
74 第一透光孔
A 第一光路
B 第二光路
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1-2所示，本发明提供一种紫外水质在线监测仪，包括有中空的壳体，所述壳体内设有样品池，所述样品池的两端分别与壳体的两侧侧面相连通，所述样品池内设有检测室，所述检测室两侧侧面分别设有检测窗，所述检测窗分别贯穿样品池的两侧侧面，所述样品池的一侧设有第一检测器，所述样品池的另一侧设有透镜、第二检测器、第一光照单元、第二光照单元，所述第一光照单元、第二光照单元、透镜、检测窗、第一检测器沿第一光照单元及第二光照单元发射紫外光的第一光路依次设置，所述第二检测器设于沿第一光照单元及第二光照单元发射紫外光的第二光路上。
在一个优选的实施例中，如图1-2所示，所述壳体呈矩形，所述壳体包括有两两相对的长边侧面和短边侧面，两两相对的所述长边侧面之间设置样品池，所述样品池的两端分别与两两相对的长边侧面相连通。其中，所述壳体通过边角位置的螺栓连接为一体。
进一步地，所述长边侧面与短边侧面的长度之比为80-85：50-55，优选为82：52。
在一个优选的实施例中，如图1-2所示，所述壳体的高度与长边侧面的长度之比为30-40：80-85，优选为34：82。
在一个优选的实施例中，如图1-2所示，所述壳体中样品池两侧面积之比为1:2-4，优选为1:3。
在一个优选的实施例中，如图2所示，所述样品池的一端设有进样口，所述样品池的另一端设有出样口。
进一步地，如图2所示，所述进样口与样品池之间设有进样臂，所述进样臂中空且所述进样臂两端分别与进样口、样品池相连通。具体来说，所述进样臂与短边侧面的长度之比为25-30：50-55，优选为28：52。
进一步地，如图2所示，所述出样口与样品池之间设有出样臂，所述出样臂中空且所述出样臂两端分别与出样口、样品池相连通。具体来说，所述出样臂与短边侧面的长度之比为25-30：50-55，优选为28：52。
进一步地，如图2所示，所述进样臂与出样臂的长度相等。
进一步地，所述进样口经污水管与污水池相连通。所述污水池用于放置待检测的污水。所述出样口与出水管相连通。
在一个优选的实施例中，如图1-2所示，所述检测室的形状为圆柱形。所述检测室起到了连通池的作用。所述检测室为黑色不透光金属盒子。
在一个优选的实施例中，如图1-2所示，所述检测室的直径大于进样臂的内径，且所述检测室的直径大于出样臂的内径。
在一个优选的实施例中，如图1-2所示，所述检测窗分别位于检测室的两侧侧面的相对位置。
在一个优选的实施例中，如图1-2所示，所述检测窗的形状为圆形。所述检测窗便于第一光源、第二光源发射的紫外光透过，并使检测室中的水路能够被紫外光照射到。所述检测窗的直径与短边侧面的的长度之比为25-30：50-55，优选为26：52。所述检测窗的材质为石英玻璃，优选为紫外光学石英玻璃(JGS1)。
在一个优选的实施例中，所述第一检测器及第二检测器均为光电检测器。所述光电检测器为常规使用的紫外探测器,可在市场上购买获得。具体来说，所述光电检测器具有天然的紫外频段选择性而不需要加装滤波片，响应波段覆盖UVA、UVB和UVC光谱范围。所述光电检测器可工作在光伏模式下，具有耐高温、灵敏度高、响应速度快、暗电流低等特点。具体如OSI Optoelectronics公司生产uv035DQ型号的光电检测器。
在一个优选的实施例中，所述透镜为紫外准直平凸透镜。所述紫外准直平凸透镜的入射面为平面，出射面为聚光的凸透镜。所述透镜的材质为石英玻璃，优选为紫外光学石英玻璃(JGS1)。
在一个优选的实施例中，如图1-2所示，所述第一光照单元包括有第一光源、第一挡板，所述第一光源固定在第一挡板上；所述第二光照单元包括有第二光源、第二挡板，所述第二光源固定在第二挡板上，所述第二挡板上设有第一透光孔、第二透光孔；所述第一光源分别经第一透光孔、第二透光孔发射紫外光，所述第一透光孔设于第一光源发射紫外光的第二光路上，所述第二透光孔设于第一光源发射紫外光的第一光路上。
进一步地，如图1-2所示，所述第一挡板与第二挡板平行，所述第一挡板及第二挡板的两端分别与壳体内相邻的长边侧面及短边侧面相连接。
进一步地，所述第一挡板和第二挡板之间的垂直距离，与短边侧面的长度之比为10-15：50-55，优选为13：52。所述第一挡板与短边侧面的长度之比为25-35：50-55，优选为30：52。所述第二挡板与短边侧面的长度之比为45-50：50-55，优选为48：52。所述第一挡板与长边侧面之间的夹角为55-65°，优选为60°。
进一步地，所述第一透光孔的孔径与检测室的直径之比为0.9-1.1：25-30，优选为1：26。所述第二透光孔的孔径与检测室的直径之比为0.9-1.1：25-30，优选为1：26。所述第一透光孔与第二透光孔的孔径相等。
进一步地，如图1-2所示，所述第一光源及第二光源为LED灯光源。
进一步地，所述第一光源的波长为397-399nm，优选为398nm。所述第一光源的波长能够产生浊度的吸光度。所述第一光源的波长的光强度用于补偿浊度的影响，其能基本上不被有机物吸收而只表征浊度的含量，因此可通过测定此波长处的消光值来对第二光源的消光值进行浊度校正，通过计算得出有机物的正确含量。
进一步地，所述第二光源的波长为253-258nm，优选为257nm。所述第二光源的波长能够产生紫外光的总吸光度。将上述紫外光的总吸光度减去浊度的吸光度，即得待测成分对紫外光的实际吸光度。
进一步地，所述第一光源及第二光源外接有电源开关。用于开启或关闭第一光源及第二光源。
在一个优选的实施例中，如图1-2所示，所述第一光路中，所述第一光照单元中的第一光源、第二光照单元中的第二透光孔及第二光源、透镜中心点、检测室中检测窗的中心轴、第一检测器中心位置在同一水平线上。
进一步地，如图1-2所示，所述第二透光孔和透镜之间的垂直距离，与短边侧面的长度之比为10-11：50-55，优选为10.5：52。所述透镜和检测室之间的垂直距离，与短边侧面的长度之比为2.2-2.6：50-55，优选为2.4：52。
在一个优选的实施例中，如图1-2所示，所述第二光路中，所述第一透光孔位于所述第二检测器的焦点上。
进一步地，如图1-2所示，所述第一透光孔和第二检测器之间的垂直距离，与短边侧面的长度之比为41-45：50-55，优选为43：52。
在一个优选的实施例中，所述第一检测器及第二检测器外接有输入输出模块。所述输入输出模块选自显示屏、键盘、鼠标或触摸屏中一种或多种组合。所述输入输出模块用于输入检测指令，并接收第一检测器及第二检测器输出的检测结果数据。所述输入输出模块与电源开关相连接。所述输入输出模块控制第一光源及第二光源开启或关闭。
本发明第二方面提供一种紫外水质在线监测方法，采用上述紫外水质在线监测仪进行检测，包括以下步骤：
1)将污水输入样品池流过检测室后，排出壳体；
2)启动第一光照单元及第二光照单元，发射紫外光经第一光路上的透镜后，透过检测室上的检测窗，通过第一检测器检测后获得污水的总吸光度数据；
3)同时，紫外光经第二光路上的第二检测器后获得污水浊度的吸光度数据；
4)将污水的总吸光度数据减去污水浊度的吸光度数据，即得污水对紫外光的实际吸光度数据，从而计算获得污水中COD含量。
实施例1
提供本发明中的一种紫外水质在线监测仪，其尺寸如下：
壳体的长边侧面的长度为80-85mm，短边侧面的长度为50-55mm。壳体的高度为30-40mm。壳体中样品池两侧面积之比为1:2-4。进样臂的长度为25-30mm，出样臂的长度为25-30mm，进样臂与出样臂的长度相等。检测窗的直径为25-30mm。第一挡板与第二挡板之间的垂直距离为10-15mm。第一挡板的长度为25-35mm，第二挡板的长度为45-50mm。第一挡板与长边侧面之间的夹角为55-65°。第一透光孔的孔径为0.9-1.1mm，第二透光孔的孔径为0.9-1.1mm，第一透光孔与第二透光孔的孔径相等。第一光源的波长为397-399nm，第二光源的波长为253-258nm。第二透光孔与透镜之间的垂直距离为10-11mm。所述透镜与检测室之间的垂直距离为2.2-2.6mm。第一透光孔与第二检测器之间的垂直距离为41-45mm。
实施例2
提供本发明中的一种紫外水质在线监测仪，其尺寸如下：
壳体的长边侧面的长度为82mm，短边侧面的长度为52mm。壳体的高度为34mm。壳体中样品池两侧面积之比为1:3。进样臂的长度为28mm，出样臂的长度为28mm，进样臂与出样臂的长度相等。检测窗的直径为26mm。第一挡板与第二挡板之间的垂直距离为13mm。第一挡板的长度为30mm，第二挡板的长度为48mm。第一挡板与长边侧面之间的夹角为60°。第一透光孔的孔径为1mm，第二透光孔的孔径为1mm，第一透光孔与第二透光孔的孔径相等。第一光源的波长为398nm，第二光源的波长为257nm。第二透光孔与透镜之间的垂直距离为10.5mm。所述透镜与检测室之间的垂直距离为2.4mm。第一透光孔与第二检测器之间的垂直距离为43mm。
实施例3
选用实施例1中尺寸的紫外水质在线监测仪，将污水由污水池经污水管通过进样口输入壳体内，由进样臂输入样品池，污水流过检测室后，通过出样臂由出样口经出水管排出，在流动过程中检测室内充满流动的污水样品。在上述过程中，启动第一光照单元及第二光照单元，先通过第一光源及第二光源点亮后连续发射方式发射紫外光，经第一光路上的透镜后，透过检测室的检测窗，通过第一检测器检测后获得污水的总吸光度数据。再通过第二光源点亮后连续发射方式发射紫外光，经第二光路上的第二检测器后获得污水浊度的吸光度数据。其中，第一光源及第二光源为LED灯光源，第一光源的波长为397-399nm，第二光源的波长为253-258nm。在照射过程中，第一光照单元通过第一透光孔及第二透光孔进行分光，第一透光孔或第二透光孔的分光比为40～60％。透镜的透光率≥90％。
然后，将污水的总吸光度数据减去污水浊度的吸光度数据，即得污水对紫外光的实际吸光度数据，并根据计算公式计算获得污水中COD含量。污水中COD含量的计算公式为C＝A/KL＝(A1-A2)/KL，其中，C为COD成分的含量，A为COD成分对紫外光的实际吸光度值，A1为COD成分对紫外光的总吸光度值，A2为COD成分的浊度的吸光度值，K为比例常数，L为液层厚度。
实施例4
选用实施例2中尺寸的紫外水质在线监测仪，将污水样品1#由污水池经污水管通过进样口输入壳体内，由进样臂输入样品池，污水流过检测室后，通过出样臂由出样口经出水管排出，在流动过程中检测室内充满流动的污水样品。在上述过程中，启动第一光照单元及第二光照单元，先通过第一光源及第二光源点亮后连续发射方式发射紫外光，经第一光路上的透镜后，透过检测室的检测窗，通过第一检测器检测后获得污水的总吸光度数据。再通过第二光源点亮后连续发射方式发射紫外光，经第二光路上的第二检测器后获得污水浊度的吸光度数据。其中，第一光源及第二光源为LED灯光源，第一光源的波长为398nm，第二光源的波长为257nm。在照射过程中，第一光照单元通过第一透光孔及第二透光孔进行分光，第一透光孔或第二透光孔的分光比为50％。透镜的透光率为95％。
然后，将污水的总吸光度数据减去污水浊度的吸光度数据，即得污水对紫外光的实际吸光度数据，并根据计算公式计算获得污水中COD含量。污水中COD含量的计算公式为C＝A/KL＝(A1-A2)/KL，其中，C为COD成分的含量，A为COD成分对紫外光的实际吸光度值，A1为COD成分对紫外光的总吸光度值，A2为COD成分的浊度的吸光度值，K为比例常数，L为液层厚度。
实施例5
测定实施例4中采用的紫外水质在线监测仪的指标参数，其重复性/零点漂移/量程漂移均不超过2％，该装置检测的可行性高。
实施例6
取2份500mL生活污水水样，分别将其按照10％，20％，40％，50％，70％，80％和100％进行稀释，作为代测水样使用。选取1组水样采用实验室化学法进行测定COD值，另1组水样采用本发明中的紫外水质在线监测仪进行测定COD值，具体选用实施例2中尺寸的紫外水质在线监测仪，按实施例4的检测条件进行测定。两者水样分析结果见表1。
表1
再将表1中的2组水样的测试数据按照最小二乘法进行拟合，找出其线性关系，拟合后的结果见图3(x值为COD在线监测仪测试结果，y值为化学测试结果)。对比测试得出线性回归方程为y＝1.0613x+2.3721，其相关系数为0.9964。表明2种测试方法的精确度较高，得出的数据相关性较好。
实施例7
使用邻苯二甲基氢钾分别配置COD浓度为50、100、200mg/L的标准溶液，采用实施例2中尺寸的紫外水质在线监测仪，按实施例4的检测条件进行测定3种溶液的浓度，测试结果见表2。
表2
| 真实值(mg/L) | 测量值(mg/L) | 相对误差(％) | 环保部规定误差值(％) |
| 50 | 51.3 | 2.6 | ≤±10 |
| 100 | 102 | 2.0 | ≤±10 |
| 200 | 205 | 2.5 | ≤±10 |
由表2可知，采用本发明中的紫外水质在线监测仪测定结果的相对误差数据较好，小于环保部规定误差值。
综上所述，本发明提供的一种紫外水质在线监测仪，可以检测出水质的COD参数，可长时间自运行，维护成本低，光路简化、小型便捷、能量波长稳定、灵敏度及检测周期满足行业应用需求，实现对水质的实时快速监测。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种紫外水质在线监测仪，其特征在于，包括有中空的壳体(1)，所述壳体(1)内设有样品池(2)，所述样品池(2)的两端分别与壳体(1)的两侧侧面相连通，所述样品池(2)内设有检测室(21)，所述检测室(21)两侧侧面分别设有检测窗(211)，所述检测窗(211)分别贯穿样品池(2)的两侧侧面，所述样品池(2)的一侧设有第一检测器(3)，所述样品池(2)的另一侧设有透镜(4)、第二检测器(5)、第一光照单元(6)、第二光照单元(7)，所述第一光照单元(6)、第二光照单元(7)、透镜(4)、检测窗(211)、第一检测器(3)沿第一光照单元(6)及第二光照单元(7)发射紫外光的第一光路(A)依次设置，所述第二检测器(5)设于沿第一光照单元(6)及第二光照单元(7)发射紫外光的第二光路(B)上。
2.根据权利要求1所述的一种紫外水质在线监测仪，其特征在于，所述壳体(1)呈矩形，所述壳体(1)包括有两两相对的长边侧面(11)和短边侧面(12)，两两相对的所述长边侧面(11)之间设置样品池(2)，所述样品池(2)的两端分别与两两相对的长边侧面(11)相连通。
3.根据权利要求1所述的一种紫外水质在线监测仪，其特征在于，所述样品池(2)的一端设有进样口(22)，所述样品池(2)的另一端设有出样口(24)。
4.根据权利要求4所述的一种紫外水质在线监测仪，其特征在于，所述进样口(22)与样品池(2)之间设有进样臂(23)，所述进样臂(23)中空且所述进样臂(23)两端分别与进样口(22)、样品池(2)相连通；所述出样口(24)与样品池(2)之间设有出样臂(25)，所述出样臂(25)中空且所述出样臂(25)两端分别与出样口(24)、样品池(2)相连通。
5.根据权利要求4所述的一种紫外水质在线监测仪，其特征在于，所述进样口(22)经污水管与污水池相连通；所述出样口(24)与出水管相连通。
6.根据权利要求1所述的一种紫外水质在线监测仪，其特征在于，所述第一光照单元(6)包括有第一光源(61)、第一挡板(62)，所述第一光源(61)固定在第一挡板(62)上；所述第二光照单元(7)包括有第二光源(71)、第二挡板(72)，所述第二光源(71)固定在第二挡板(72)上，所述第二挡板(72)上设有第一透光孔(74)、第二透光孔(73)；所述第一光源(61)分别经第一透光孔(74)、第二透光孔(73)发射紫外光，所述第一透光孔(74)设于第一光源(61)发射紫外光的第二光路(B)上，所述第二透光孔(73)设于第一光源(61)发射紫外光的第一光路(A)上。
7.根据权利要求6所述的一种紫外水质在线监测仪，其特征在于，所述第一挡板(62)与第二挡板(72)平行，所述第一挡板(62)及第二挡板(72)的两端分别与壳体(1)内相邻的长边侧面(11)及短边侧面(12)相连接。
8.根据权利要求6所述的一种紫外水质在线监测仪，其特征在于，所述第一光源(61)的波长为397-399nm；所述第二光源(71)的波长为253-258nm。
9.一种紫外水质在线监测方法，由权利要求1-8任一所述的紫外水质在线监测仪进行检测，包括以下步骤：
1)将污水输入样品池流过检测室后，排出壳体；
2)启动第一光照单元及第二光照单元，发射紫外光经第一光路上的透镜后，透过检测室上的检测窗，通过第一检测器检测后获得污水的总吸光度数据；
3)同时，紫外光经第二光路上的第二检测器后获得污水浊度的吸光度数据；
4)将污水的总吸光度数据减去污水浊度的吸光度数据，即得污水对紫外光的实际吸光度数据，从而计算获得污水中COD含量。
10.根据权利要求9所述的一种紫外水质在线监测方法，其特征在于，步骤4)中，所述污水中COD含量的计算公式为C＝A/KL＝(A1-A2)/KL，其中，C为COD成分的含量，A为COD成分对紫外光的实际吸光度值，A1为COD成分对紫外光的总吸光度值，A2为COD成分的浊度的吸光度值，K为比例常数，L为液层厚度。
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Publications (1)
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2018
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