CN209640221U

CN209640221U - 一种排水管道污泥中重金属的在线检测系统

Info

Publication number: CN209640221U
Application number: CN201920165404.4U
Authority: CN
Inventors: 李红莲; 方立德; 李小亭; 王红宝; 黄一宸
Original assignee: Hebei University
Current assignee: Hebei University
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2019-11-15
Anticipated expiration: 2029-01-30

Abstract

本实用新型提供了一种排水管道污泥中重金属的在线检测系统。所述在线检测系统包括污泥预处理装置和检测装置；污泥预处理装置可以将抽取的污泥进行杂质筛除，利用搅拌模块和喷涂模块可以保证待测污泥中重金属元素分布均匀并且在检测中可以提高检测的重复性，降低元素的检测限，提高待测元素的灵敏度。本实用新型首次将激光诱导击穿光谱技术与喷涂等技术相结合，实现对排水管道污泥中重金属元素的在线检测。将喷涂技术用于制作样品，在保证样品均匀性的前提下可实现高灵敏度、低检测限、超低浓度的重金属污染元素快速检测要求，可为快速检测污泥中重金属元素含量等提供独特的技术手段。

Description

一种排水管道污泥中重金属的在线检测系统

技术领域

本实用新型涉及污泥中重金属检测技术领域，具体地说是一种排水管道污泥中重金属的在线检测系统。

背景技术

当前常用的污泥中重金属检测方法大体分为两种：原子吸收分光光度法（AAS）和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）。前者具有检测精度高、抗干扰能力强等特点，但是需要常压消解且不能同时检测多种元素；后者分析速度快且可以同时检测多种元素，但是价格昂贵且操作繁琐。与之相比，激光诱导击穿光谱技术（LIBS）因具有可实时在线分析、可同时检测多种元素等优点，被越来越多的应用在环境检测中。

激光诱导击穿光谱法（LIBS）的原理是激光聚焦在待测样品并将待测样品击穿气化形成等离子体，光谱仪收集等离子体并将其由光信号转变为电信号传输至计算机，根据待测样品所含重金属元素的特征谱线以及样品所含重金属浓度和光谱强度拟合曲线进行定性定量分析。

激光诱导击穿光谱技术与其他检测技术相比，其优势在于能够快速实时在线检测多种元素。并且其检测限达到ppm量级，符合检测污泥中重金属的国家标准。但其受待测样品性质的影响，污泥所含的水溶液会加速激光产生等离子体的泯灭、污泥中所含重金属元素分布不均匀会对光谱仪收集等离子体信号造成影响。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种排水管道污泥中重金属的在线检测系统，以便实时、高效、快速、准确地对排水管道污泥中重金属进行定性定量检测分析。

本实用新型是这样实现的：一种排水管道污泥中重金属的在线检测系统，包括污泥预处理装置和检测装置；

所述污泥预处理装置包括格栅、污泥泵、振动筛、砂浆喷涂机和自动加热样品台；所述格栅用于对排水管道中的污泥进行粗滤，所述污泥泵用于将经所述格栅粗滤后的污泥抽取至所述振动筛；所述振动筛用于对所述污泥泵所抽取过来的污泥进行细滤；所述砂浆喷涂机包括搅拌模块和喷涂模块；所述搅拌模块可将经所述振动筛细滤后的污泥进行搅拌以使其混合均匀，所述喷涂模块用于将经所述搅拌模块搅拌后的污泥均匀喷涂至自动加热样品台上；

所述检测装置包括YAG激光器、全反镜、聚焦透镜、光纤探头、光谱仪和计算机；所述YAG激光器用于发射激光；所述YAG激光器所发射的激光经所述全反镜反射后以45°角折射到所述聚焦透镜上；激光经所述聚焦透镜聚焦后照射到自动加热样品台的待测污泥上，并产生等离子体；所述光纤探头用于对激光照射到待测污泥上所产生的等离子体进行收集并传输至所述光谱仪，所述光谱仪用于接收所述光纤探头采集到的等离子体并将光信号转变为电信号然后传输至计算机；所述计算机可根据所述光谱仪所发送的信号对排水管道污泥中的重金属进行定性定量检测分析。

所述自动加热样品台置于旋转平台上，所述旋转平台可带动所述自动加热样品台进行旋转。

在所述旋转平台下方设有电动导轨；所述电动导轨用于带动所述旋转平台和所述自动加热样品台移向所述检测装置，以便于经所述聚焦透镜聚焦后的激光能够直接照射至自动加热样品台的待测污泥上。

所述格栅对排水管道中的污泥进行粗滤时，所采用的是排水管道泥面以下四分之一至二分之一深度范围内的污泥。

所述YAG激光器为Nd：YAG激光器。

本实用新型的优点是，首次将激光诱导击穿光谱技术与喷涂等技术相结合实现采用激光诱导击穿光谱技术对排水管道污泥中的重金属元素在线检测。将喷涂技术用于制作样品，在保证样品均匀性的前提下可实现高灵敏度、低检测限、超低浓度的重金属污染元素快速检测要求，可为快速检测污泥中重金属元素含量等提供独特的技术手段。相比于国标检测方法（AAS和ICP-MS），其优点具体表现在三个方面：（1）能够实现在线检测：与传统的国标检测方法相比，本实用新型将激光诱导击穿光谱法与过滤、搅拌、喷涂、加热、转移等技术相结合，简化了繁琐的样品预处理过程，可以实现在线检测。（2）污泥样品具有较好的均匀性：在将污泥样品进行均匀搅拌后采用喷涂技术将污泥样品均匀地喷涂在样品台上，提高了检测结果的灵敏度等参数。（3）具有实时性：现场检测以及将喷涂好的污泥样品进行快速烘干，保证了检测结果的实时性。

附图说明

图1是本实用新型中排水管道污泥中重金属的在线检测系统结构示意图。

图中：1、排水管道；2、格栅；3、污泥泵；4、振动筛；5、砂浆喷涂机；5-1、搅拌模块；5-2、喷涂模块；6、自动加热样品台；7、旋转平台；8、YAG激光器；9、全反镜；10、聚焦透镜；11、光纤探头；12、光谱仪；13、计算机；14、电动导轨。

具体实施方式

实施例1，一种排水管道污泥中重金属的在线检测系统。

基于对排水管道污泥中重金属含量实时在线检测的要求，本实用新型采用激光诱导击穿光谱法，将污泥作为待测对象，旨在设计并搭建一个实时在线检测排水管道污泥中重金属成分及含量的系统，以便为环境检测和保护提供高效、快速、准确的测量方法。

本实用新型所提供的排水管道污泥中重金属的在线检测系统包括污泥预处理装置和检测装置；污泥预处理装置可以将抽取的污泥进行杂质筛除，利用搅拌模块和喷涂模块可以保证待测污泥中重金属元素分布均匀并且在检测中可以提高检测的重复性，降低元素的检测限，提高待测元素的灵敏度。

如图1所示，污泥预处理装置包括格栅2、污泥泵3、振动筛4、砂浆喷涂机5、自动加热样品台6和旋转平台7。待测污泥首先需从排水管道1中取出，取出时，可以在排水管道1随机选取五个采样点，每个采样点可在泥面以下四分之一至二分之一的深度范围内取样，然后将五个采样点的样品进行混合，作为代表平均浓度的污泥样品。由排水管道1取出的污泥首先经格栅2进行粗滤，以便于去除污泥中的垃圾、木块等较大型的杂质。经格栅2粗滤后的污泥由污泥泵3抽取至振动筛4。振动筛4对污泥泵3抽取过来的污泥进行再一次的过滤，此次过滤相对格栅2的粗滤来说属于细滤，即：经振动筛4后可将污泥中的细小杂质剔除。经格栅2和振动筛4两次过滤后，已将污泥中的杂质基本清除干净，后续由砂浆喷涂机5对污泥进行搅拌以及喷涂。

砂浆喷涂机5包括搅拌模块5-1和喷涂模块5-2。经振动筛4过滤后的污泥首先进入搅拌模块5-1进行搅拌，搅拌模块5-1通过搅拌使污泥充分混合，以使污泥中所含成分均匀。搅拌均匀的污泥被送入喷涂模块5-2，由喷涂模块5-2将搅拌均匀的污泥喷涂至自动加热样品台6上。喷涂模块5-2的喷涂范围相对较大，半径能够达到一米左右。使自动加热样品台6正对喷涂模块5-2喷涂范围的中心，能够保证喷涂均匀。自动加热样品台6其实为一个自动加热装置，喷涂至其上的污泥可以被加热烘干以达到干燥状态。本实用新型中自动加热样品台6置于旋转平台7上，旋转平台7可实现自动旋转，旋转平台7可带动自动加热样品台6进行旋转，以便在后续的检测环节使激光均匀地击打在自动加热样品台6的待测污泥上。

本实用新型在旋转平台7的下方设有电动导轨14。通过电动导轨14可以带动旋转平台7和自动加热样品台6移动，在样品制备以及后期清洗样品台时，电动导轨均可使样品台远离检测装置，可有效的避免在样品制备以及清洗过程中由于溅射等原因对检测装置造成的污染。

本实用新型中检测装置包括YAG激光器8、全反镜9、聚焦透镜10、光纤探头11、光谱仪12和计算机13。YAG激光器8为Nd：YAG激光器，YAG激光器8用于发射激光。YAG激光器8所发射的激光经全反镜9反射后以45°角折射到聚焦透镜10上，聚焦透镜10用于对激光进行聚焦。电动导轨14将待测污泥样品移至正对聚焦透镜10的位置处，经聚焦透镜10聚焦后的激光直接照射击打自动加热样品台6上的待测污泥，激光击穿待测污泥并形成等离子体。需要说明的是，激光检测时，旋转平台7处于旋转状态，这样能够使激光均匀地照射击打在自动加热样品台6的待测污泥上。光纤探头11对激光照射在待测污泥上并击穿待测污泥形成的等离子体进行收集，之后传输至光谱仪12。光谱仪12接收光纤探头11所采集到的等离子体并将光信号转变为电信号然后传输至计算机13；计算机13接收光谱仪12所发送的信号，利用Oceamview、MATLAB、Origin等光谱分析软件进行数据处理，对排水管道污泥中的重金属进行定性定量检测分析。

实施例2，一种排水管道污泥中重金属的在线检测方法。

为了克服现有技术对污泥检测的不足，本实用新型所要实现的是基于抽取排水管道中的污泥并进行处理、污泥的喷涂以及激光诱导击穿光谱技术的特点，将其优势结合在一起，来实现实时快速对排水管道污泥中重金属的成分及含量进行检测。

本实用新型所提供的排水管道污泥中重金属的在线检测方法，包括如下步骤：

a、随机选取五个采样点，在排水管道内泥面以下四分之一至二分之一深度范围内（指距泥面距离为污泥总高度的四分之一至二分之一的深度范围内）取污泥样品。然后将五份污泥样品进行混合，作为待测污泥样品。

b、使步骤a所取污泥样品经格栅进行粗滤，之后经由污泥泵将污泥抽取至振动筛进行细滤。粗滤一般滤除的是垃圾、木块等较大型的杂质，细滤一般滤除的是砂砾、石子等较小的杂质。

c、细滤后的污泥首先经砂浆喷涂机中的搅拌模块进行搅拌，搅拌均匀后，由喷涂模块将污泥均匀喷涂至自动加热样品台上，污泥在自动加热样品台上被加热烘干至干燥状态，之后电动导轨载着旋转平台和自动加热样品台移至待测污泥与聚焦透镜相对的位置。

d、YAG激光器发射激光，激光经全反镜反射后以45°角折射到聚焦透镜上；经聚焦透镜聚焦后的激光照射至自动加热样品台的待测污泥上，激光击穿待测污泥并形成等离子体。激光照射待测污泥时，应通过旋转平台带动自动加热样品台旋转，进而使激光均匀击打在待测污泥上。

e、光纤探头采集步骤d中所产生的等离子体并传输至光谱仪，光谱仪接收光纤探头所采集到的等离子体并将光信号转变为电信号然后传输至计算机；计算机根据光谱仪所发送的信号，利用Oceamview、MATLAB、Origin等光谱分析软件进行数据处理，对排水管道污泥中的重金属进行定性定量检测分析。

Claims

1.一种排水管道污泥中重金属的在线检测系统，其特征是，包括污泥预处理装置和检测装置；

所述污泥预处理装置包括格栅、污泥泵、振动筛、砂浆喷涂机和自动加热样品台；所述格栅用于对排水管道中的污泥进行粗滤，所述污泥泵用于将经所述格栅粗滤后的污泥抽取至所述振动筛；所述振动筛用于对所述污泥泵所抽取过来的污泥进行细滤；所述砂浆喷涂机包括搅拌模块和喷涂模块；所述搅拌模块可将经所述振动筛细滤后的污泥进行搅拌以使其混合均匀，所述喷涂模块用于将经所述搅拌模块搅拌后的污泥均匀喷涂至所述自动加热样品台上；

所述检测装置包括YAG激光器、全反镜、聚焦透镜、光纤探头、光谱仪和计算机；所述YAG激光器用于发射激光；所述YAG激光器所发射的激光经所述全反镜反射后以45°角折射到所述聚焦透镜上；激光经所述聚焦透镜聚焦后照射到自动加热样品台的待测污泥上，并产生等离子体；所述光纤探头用于对激光照射到待测污泥上所产生的等离子体进行收集并传输至所述光谱仪，所述光谱仪用于接收所述光纤探头所采集的等离子体并将光信号转变为电信号然后传输至计算机；所述计算机可根据所述光谱仪所发送的信号对排水管道污泥中的重金属进行定性定量检测分析。

2.根据权利要求1所述的排水管道污泥中重金属的在线检测系统，其特征是，所述自动加热样品台置于旋转平台上，所述旋转平台可带动所述自动加热样品台进行旋转。

3.根据权利要求2所述的排水管道污泥中重金属的在线检测系统，其特征是，在所述旋转平台下方设有电动导轨；所述电动导轨用于带动所述旋转平台和所述自动加热样品台移向所述检测装置，以便于经所述聚焦透镜聚焦后的激光能够直接照射至自动加热样品台的待测污泥上。

4.根据权利要求1所述的排水管道污泥中重金属的在线检测系统，其特征是，所述格栅对排水管道中的污泥进行粗滤时，所采用的是排水管道泥面以下四分之一至二分之一深度范围内的污泥。