CN113917068A - 水中碳的检测系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了水中碳的检测系统和方法，所述水中碳的检测系统包括二氧化碳检测单元，还包括：顺序注射单元用于将水样和酸液分时间地送入曝气池，以及将曝气池内的水样送雾化室；曝气池连接所述顺序注射单元以及曝气气源，所述曝气气源提供的气体不含碳；雾化室的连通所述顺序注射单元和载气，出口连通燃烧室；燃烧室的入口连通燃气气源，出口连接预处理单元；预处理单元用于去除气体中的水蒸气，预处理后的气体送所述二氧化碳检测单元。本发明具有检测准确、无需催化剂等优点。
Description
技术领域
本发明涉及水质检测，特别涉及水中碳的检测系统和方法。
背景技术
目前，商品化的TOC分析仪中，主要采取的氧化方式有以下：
1.超临界氧化法，超临界氧化法虽然有足够的氧化效果但是不能测量TOC浓度很低的水样。
2.紫外氧化法，不足在于：仅适用于TOC浓度低于2.5mg/L的水样。
3.过硫酸盐氧化法，对于复杂的水体(例如：腐殖酸、高分子量化合物等)氧化不充分。
4.高温燃烧氧化法，高温燃烧法是所有方法中对有机物氧化效率最高的方法，适用于地表水、污染源河道、海水以及工业废水等复杂的水体。高温燃烧氧化法有多重做法，具体如下表所示：
高温燃烧法TOC仪表存在问题主要为：
1.催化剂中由于有机物的堆积，背景信号增加，造成空白污染；
2.盐分在高温下融熔后，腐蚀催化剂与燃烧管，导致催化剂中毒失效；
3.对于使用催化剂的方案，催化剂更换成本较高；
4.超高温燃烧氧化法(1200℃)虽然不会发生催化剂中毒或者空白污染的情况，但是氧化室材质的要求较高，易发生破裂、漏气等情况。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种水中碳的检测系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
水中碳的检测系统，水中碳的检测系统，所述水中碳的检测系统包括二氧化碳检测单元，所述水中碳的检测系统还包括：
顺序注射单元，所述顺序注射单元用于将水样和酸液分时间地送入曝气池，以及将曝气池内的水样送雾化室；
曝气池，所述曝气池连接所述顺序注射单元以及曝气气源，所述曝气气源提供的气体不含碳；
雾化室，所述雾化室的连通所述顺序注射单元和载气，出口连通燃烧室；
燃烧室，所述燃烧室的入口连通燃气气源，出口连接预处理单元；
预处理单元，所述预处理单元用于去除气体中的水蒸气，预处理后的气体送所述二氧化碳检测单元。
本发明还提供了水中碳的检测方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
水中碳的检测方法，所述水中碳的检测方法为：
顺序注射单元分别将水样和酸溶液送入曝气池；
不含碳的气体进入所述曝气池，去除水样中的无机碳；
所述顺序注射单元将所述曝气池内的水样送入雾化室，雾化后的水样被不含碳的载气带入燃烧室；
在燃气作用下，雾化的水样在所述燃烧室内燃烧，产生的气体排出燃烧室；
排出燃烧室的气体中的水蒸气被去除，之后送二氧化碳检测单元；
利用获得的二氧化碳含量，得到水样中有机碳的含量。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
本专利申请的核心在于把常规的技术手段组合在一起，作为一个整体实现了各个技术手段所不具备的功能-水样中碳的准确检测，无论有机碳和无机碳；
1.检测准确；
使用酸溶液和曝气，去除水样中的无机碳，提高了有机碳检测准确性；
使用氢气等燃气直接燃烧氧化水中有机碳，燃烧温度超过1200℃，氧化效率高，可氧化固体颗粒物；
2.无需催化剂，不会出现催化剂中毒现象；
3.灵敏度高；
氧化过程中引入的反应物少，减少背景或其他材质污染，提高反应灵敏度；
4.节能、环保；
当使用氢气作为燃气时，燃烧产物是H2O和CO2无污染，同时无固定废物，节能环保；
不需要使燃烧室一直维持燃烧，只要在氧化水样时点燃氢气等燃气燃烧即可，也即燃烧是脉冲式的，降低了点火器的电能消耗；
5.成本低；
燃烧室内，反应温度超高且时间短对，对燃烧室的材料要求相对较小，相应地降低了燃烧室和检测系统的成本。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例的水中碳的检测系统的结构示意图。
具体实施方式
图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了解释本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1给出了本发明实施例的水中碳的检测系统的结构示意图，如图1所示，所述水中碳的检测系统包括：
二氧化碳检测单元8，如基于吸收光谱技术的气体分析装置；
顺序注射单元，所述顺序注射单元用于将水样和酸液分时间地送入曝气池4，以及将曝气池4内的水样送雾化室16；顺序注射单元是本领域的现有技术；
曝气池4，所述曝气池4连接所述顺序注射单元以及曝气气源9，所述曝气气源9提供的气体不含碳；
雾化室16，所述雾化室16的连通所述顺序注射单元和载气，出口连通燃烧室1；
燃烧室1，所述燃烧室1的入口连通燃气气源，出口连接预处理单元；
预处理单元，所述预处理单元用于去除气体中的水蒸气，预处理后的气体送所述二氧化碳检测单元。
为了检测水样中的无机碳，进一步地，所述曝气池4具有气体出口，所述气体出口连通所述预处理单元。
为了降低结构复杂度和成本，进一步地，所述曝气气源9为所述雾化室16提供载气。
为了防止气体中的卤素腐蚀二氧化碳检测单元，进一步地，所述预处理单元还包括卤素去除器7。
为了使气体根据需要地进入曝气池和燃烧室，进一步地，所述水中碳的检测系统还包括：
切换模块，所述切换模块用于使所述曝气气源选择性地连通所述雾化室和曝气池。
本发明实施例的水中碳的检测方法，所述水中碳的检测方法为：
顺序注射单元分别将水样和酸溶液送入曝气池4；
不含碳的气体进入所述曝气池4，去除水样中的无机碳；
所述顺序注射单元将所述曝气池4内的水样送入雾化室16，雾化后的水样被不含碳的载气带入燃烧室1；
在燃气作用下，雾化的水样在所述燃烧室1内燃烧，产生的气体排出燃烧室1；
排出燃烧室1的气体中的水蒸气被去除，之后送二氧化碳检测单元8；
利用获得的二氧化碳含量，得到水样中有机碳的含量。
为了获得水样中无机碳含量，进一步地，所述曝气池4内的气体排出，在去除其中的水蒸气后送所述二氧化碳检测单元8，获得无机碳的含量。
为了防止卤素腐蚀二氧化碳检测单元，进一步地，排出燃烧室1的气体依次被去除水蒸气和卤素。
为了降低成本和结构复杂度，进一步地，所述载气通入所述曝气池中曝气。
为了将雾化后的水样送入燃烧室1以及为燃烧提供氧气，所述二氧化碳检测单元8是NDIR检测器，所述燃气是氢气，所述载气使用去除碳的空气。
实施例2：
根据本发明实施例1的水中碳的检测系统和方法的应用例。
在该应用例中，如图1所示，顺序注射单元包括多通道选向阀3、泵2，多通道选向阀3连通纯水、酸溶液；水样通过泵2抽取，并通过多通道选向阀3输送至曝气池4；
曝气气源9采用零级空气发生器，提供不含碳的空气，通过第一电磁阀11连通所述曝气池4，并通过第二电磁阀12连通雾化室16，切换模块采用第一电磁阀11和第二电磁阀12来实现，也可以使用电磁三通阀实现；第一流量计12检测通往曝气池4的气体流量，第二流量计14检测通往所述雾化室16的气体流量；
燃气气源10提供氢气，并通过第三电磁阀15连接燃烧室1，燃烧室1内设置点火器，根据需要点火；
预处理单元包括冷凝器5、储水罐6和卤素吸收器7，用于通过冷凝的方式去除气体中的水蒸气，冷凝水送储水罐6，防止在二氧化碳检测中出现水蒸气的干扰，以及去除气体中的卤素，防止腐蚀二氧化碳检测单元8；二氧化碳检测单元8采用NDIR检测器。
本发明实施例的水中碳的检测方法，也即根据本实施例的检测系统的工作过程，所述水中碳的检测方法为：
利用泵2抽取水样，并利用多通道选向阀3推送至曝气池4，多通道选向阀3还将酸溶液送入曝气池4；
打开第一电磁阀11，零级空气发生器提供的不含碳的空气进入所述曝气池4，第一流量计12实时检测流量，去除水样中的无机碳；
所述顺序注射单元将所述曝气池4内的水样送入雾化室16，同时，关闭第一电磁阀11，打开第二电磁阀13，零级空气发生器提供的不含碳的空气(作为载气)进入雾化室16，雾化后的水样被不含碳的载气带入燃烧室1；
在燃气和载气中氧气作用下，燃气燃烧(仅需在雾化水样进入前点燃即可，无需一直点燃，也即脉冲式点燃和燃烧)，雾化的水样在所述燃烧室1内燃烧，产生的气体排出燃烧室1；
排出燃烧室1的气体进入冷凝器5，气体中的水蒸气冷凝呈液态水，进入储水罐6，除水后的气体进入卤素吸收器7，之后送二氧化碳检测单8；
利用获得的二氧化碳含量，得到水样中有机碳的含量。
在上述方法中，如需获得无机碳含量，则需将曝气池内的气体依次送冷凝器5、卤素吸收器7和二氧化碳检测单元8，从而获得水样中无机碳的含量。
Claims (10)
1.水中碳的检测系统，所述水中碳的检测系统包括二氧化碳检测单元，其特征在于，所述水中碳的检测系统还包括：
顺序注射单元，所述顺序注射单元用于将水样和酸液分时间地送入曝气池，以及将曝气池内的水样送雾化室；
曝气池，所述曝气池连接所述顺序注射单元以及曝气气源，所述曝气气源提供的气体不含碳；
雾化室，所述雾化室的连通所述顺序注射单元和载气，出口连通燃烧室；
燃烧室，所述燃烧室的入口连通燃气气源，出口连接预处理单元；
预处理单元，所述预处理单元用于去除气体中的水蒸气，预处理后的气体送所述二氧化碳检测单元。
2.根据权利要求1所述的水中碳的检测系统，其特征在于，所述曝气池具有气体出口，所述气体出口连通所述预处理单元。
3.根据权利要求1所述的水中碳的检测系统，其特征在于，所述曝气气源为所述雾化室提供载气。
4.根据权利要求1所述的水中碳的检测系统，其特征在于，所述预处理单元还包括卤素去除器。
5.根据权利要求2所述的水中碳的检测系统，其特征在于，所述水中碳的检测系统还包括：
切换模块，所述切换模块用于使所述曝气气源选择性地连通所述雾化室和曝气池。
6.水中碳的检测方法，所述水中碳的检测方法为：
顺序注射单元分别将水样和酸溶液送入曝气池；
不含碳的气体进入所述曝气池，去除水样中的无机碳；
所述顺序注射单元将所述曝气池内的水样送入雾化室，雾化后的水样被不含碳的载气带入燃烧室；
在燃气作用下，雾化的水样在所述燃烧室内燃烧，产生的气体排出燃烧室；
排出燃烧室的气体中的水蒸气被去除，之后送二氧化碳检测单元；
利用获得的二氧化碳含量，得到水样中有机碳的含量。
7.根据权利要求6所述的水中碳的检测方法，其特征在于，所述曝气池内的气体排出，在去除其中的水蒸气后送所述二氧化碳检测单元，获得无机碳的含量。
8.根据权利要求6或7所述的水中碳的检测方法，其特征在于，排出燃烧室的气体依次被去除水蒸气和卤素。
9.根据权利要求6或7所述的水中碳的检测方法，其特征在于，所述载气通入所述曝气池中曝气。
10.根据权利要求8所述的水中碳的检测方法，其特征在于，所述二氧化碳检测单元是NDIR检测器，所述燃气是氢气，所述载气使用去除碳的空气。
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Non-Patent Citations (1)
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