CN211122516U - 一种宽光谱测量五日生化需氧量在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种宽光谱测量五日生化需氧量在线监测装置，包括密封恒温培养箱、进液器、BOD5分析仪及单片机控制系统；BOD5分析仪置于密封恒温培养箱中用于测量待测水样五日生化需氧量，密封恒温培养箱上设置进液口，进液器通过进液口向密封恒温培养箱内注射待测水样，单片机控制系统用于控制密封恒温培养箱的温度、进液器向密封恒温培养箱的进液及接收测量的五日生化需氧量数据并传输给外部显示装置。本装置集成培养箱及分析仪，所述方法能做到实时监测，连续取值，观察水样在培养过程中溶解氧含量的变化情况。
Description
技术领域
本实用新型涉及废水分析装置领域，特别涉及一种宽光谱测量的五日生化需氧量(BOD5)在线监测装置。
背景技术
随着经济社会的快速发展，城市经济结构的不断调整，城镇化进程的不断加快，工业用水和城市居民生活用水量急剧增加。同时各种污染物的排放使河流、湖库和地下水水体受到不同程度的污染，这也导致了人们对水质检测要求的提高，而BOD5是水质评价的必测项目，是衡量有机物对水质污染的重要质量指标。生化需氧量是指在规定的条件下，微生物分解水中的某些可氧化的物质，特别是分解有机物的生物化学过程消耗的溶解氧。生化需氧过程的发生需具备以下条件：好氧微生物的存在，有足够的溶解氧和具备适合微生物利用的营养物和有机物等。目前国内外普遍规定于20±1℃培养5天，分别测定样品培养前后的溶解氧，二者之差即为BOD5的值，以氧的毫克/升(mg/L)表示。BOD5属于地表水水质检测的一个常规监测项目，并且是水质有机污染综合指标之一。
1936年美国公共卫生协会将五日生化需氧量稀释法作为标准方法。目前，绝大多数装置仍采用化学方法测量BOD5，现在也在对该方法进行探索改进，逐步朝着智能化的方向发展。采用化学方法的主流BOD5测量装置，存在一定局限性，如测定BOD5时，仍需要加入多种辅助药剂，而且测试时间偏长，不适合在线监测，同时存在干扰性大、操作复杂，费时费力等不足之处。而采用光谱法测定BOD5的值，非常迅速，时间短，稳定抗干扰；测量操作简便，不产生二次污染，且更容易与单片机等嵌入式系统结合，在较低成本和技术难度下实现远距离的、自动化、网络化的在线监测系统。采用传统的方法测量BOD5值，培养过程中不能够实时的测量水样任意时刻的BOD5值。
pH值对BOD5值影响很大，最佳的pH应该介于6.5～7.5之间，此时测得的BOD5相对比较稳定，pH超出这个范围，就会导致五日生化需氧量值偏高或偏低，因此在测量过程中，应该将待测水样的pH值维持在6.5～7.5这个范围之内。BOD5测定过程与微生物的活性和增长速率有关，而微生物的活性和增长速率受温度影响很大，一般认为在20℃～40℃是微生物最适宜生长的温度，分解有机物的能力最强。在该范围内温度要提高10℃，微生物的活性提高1～2倍，由于培养温度每相差1℃都会引起5％左右的测定误差。因此在整个测定过程中应严格控制水样温度在(20±1)。水样中溶解氧的含量与水温成反比，水温高，则溶解氧含量少。当水样溶解氧浓度过低时，微生物生理生化活动将很难进行，将水样温度维持在20℃左右，能有效调控水样中溶解氧处在合理范围。单独的BOD5分析仪又很难做到始终维持水样的测量环境不改变。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于设计更为智能化的在线BOD5测量监测装置，提供一种宽光谱测量的五日生化需氧量(BOD5)在线监测装置。本BOD5测量装置基于微型光谱仪的宽光谱分析技术，将BOD5分析仪和恒温培养箱相结合，测量水样BOD5值，具有实时快速、清洁简便、自动化、网络化、抗干扰、低功耗的优良特点，具有重要科学意义，非常迎合当前市场的需求。
本实用新型的目的至少是通过以下技术方案之一实现的。
本实用新型提供了一种宽光谱测量五日生化需氧量在线监测装置，包括密封恒温培养箱、进液器、BOD5分析仪及单片机控制系统；BOD5分析仪置于密封恒温培养箱中用于测量待测水样五日生化需氧量，密封恒温培养箱上设置进液口、出液口和排气口，进液器通过进液口向密封恒温培养箱内注射待测水样，待测水样通过出液口排出密封恒温培养箱，排气口连通密封恒温培养箱内外，单片机控制系统用于控制密封恒温培养箱的温度、进液器向密封恒温培养箱的进液及接收测量的五日生化需氧量数据并传输给外部显示装置。
优选地，BOD5分析仪为光谱溶解氧分析仪，所述光谱溶解氧分析仪包括体相全息光栅，可以在液体介质中直接进行连续光谱测量(紫外-可见光)的水质分析，实现宽光谱在线水质分析。
优选地，密封恒温培养箱内设有温度传感器，单片机控制系统采集温度传感器的信号，通过温控装置来控制密封恒温培养箱的温度。
优选地，所述温控装置为半导体温控装置，半导体材料可以实现升温和降温，恒温控制密封恒温培养箱内的温度。
优选地，进液口处设置第一开关，出液口设置有第二开关，密封恒温培养箱内设有液位传感器，单片控制系统采集液位传感器的液位信号，然后控制第一开关和第二开关实现待测水样的自动进样和自动泄放。
优选地，第一开关是多通电磁阀，所述多通电磁阀与进液器相连接。
优选地，所述进液器包括依次相连的第一进样管、双通电磁阀和电水泵，所述第一进样管与第一开关相连通。
优选地，第二开关为双通电磁阀，第二开关连接泄放管，用于泄放待测水样。
优选地，进液口处还连接有调节器，用于调节待测水样pH值或者向待测水样加入接种液，所述调节器包括依次相连的第二进样管、三通电磁阀和注射筒，所述三通电磁阀还连接有注射筒进液管，注射筒进液管用于补充pH调节液或接种液，注射筒把补充pH调节液或接种液推进第二进样管。
优选地，密封恒温培养箱外还设置液位观察窗，用于实时监测密封恒温培养箱内的待测水样的进样量和调节稀释比例。
优选地，所述单片机控制系统与外部显示装置无线连接，测量的五日生化需氧量数据被无线传输到外部显示装置上，实时监测待测水样的五日生化需氧量值。
优选地，液位传感器设置在密封恒温培养箱箱体高的17/20～19/20处。
使用自主研制的BOD5分析仪，可以实现在液体介质中直接进行连续光谱测量(紫外-可见光)水样中溶解氧含量；除检测水样溶解氧含量的主要功能外，可实现水质分析过程中单个探头的多参数检测，包括对水样温度、pH值等。
所述BOD5分析仪基于体相全息光栅宽光谱技术，可以实现在液体介质中直接通过连续光谱(紫外-可见光)测量溶解氧的含量。液体介质中的溶解氧会减弱光源发射光的强度，体相全息光栅光谱仪及微处理器可以测量到一定范围波长的光束通过介质后的强度，通过相应的分析软件就可以得出水样中溶解氧的浓度。在使用过程中，用户无需要了解详细化学、物理的测量原理，即能实现检测分析过程的“即插即测”。
其光谱溶解氧分析仪使用的光栅是采用矢量物理光学干涉理论和像差优化光束光刻方法得到的。
本装置中的BOD5分析仪除了能够测量BOD值外，还能够直接获得水样中pH值和温度，并且可以在终端设备上实时查看。
本实用新型还提供了一种利用所述装置在线监测水样五日生化需氧量的方法，包括如下步骤：
(1)开启所述装置的电源，将进液器接通待测水样，单片机控制系统接通进液器和排气口的开关，待测水样通过进液口进入密封恒温培养箱内，当待测水样在密封恒温培养箱内的液面没过液位传感器，自动停止进液；
(2)单片机控制系统设置密封恒温培养箱的温度，开启BOD5分析仪，通过外部显示装置读取待测水样的温度和pH值，温度控制在19～21℃之间，pH值控制在6.5～7.5之间；
(3)继续由进液器导入待测水样，使待测水样充满密封恒温培养箱箱体，停止进液，读取待测水样的初始溶解氧含量DO1，关闭排气口；
(4)BOD5分析仪持续监测待测水样的温度、pH及溶解氧含量，培养五天后，读取水样当前的溶解氧含量DO5，计算得到水样的五日生化需氧量的值BOD5＝DO5-DO1。
和现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果和优点：
(1)本装置能够有效的确保在水样培养的五日间，pH值和温度严格维持在最佳范围内，尽量减少外界因素对测量产生的影响，保证实验数据的准确性和正确性。
(2)BOD5分析仪集成在培养箱之中，不同于传统的方法，本装置能够实时测量BOD5值的同时不会引入其他影响因素改变水样的测量环境；并且获得的数据能够实时上传到云端，实现对水质实时的远程在线监测。
(3)采用传统的方法测量BOD5值，培养过程中不能够实时的测量水样任意时刻的BOD5值，而单独的BOD5分析仪又很难做到始终维持水样的测量环境不改变。本装置集成培养箱及分析仪，能做到实时监测，连续取值，观察水样在培养过程中BOD5的变化情况。
(4)本装置非常适合直接接入到自来水管网中，实现对自来水的自动进样、培养、测量，对自来水水质监测具有很大的意义。
附图说明
图1为实施例提供的一种宽光谱测量五日生化需氧量在线监测装置的示意图；
图中：1-BOD5分析仪；2-温度传感器；3-液位传感器；4-第一开关；5-半导体温控装置；6-液位观察窗；7-单片机控制系统；8-第一进样管；9-双通电磁阀；10-电水泵；11-泄放管；12-第二开关；13-调节器；14-注射筒；15-三通电磁阀；16-注射筒进液管；17-第二进样管；18-密封恒温培养箱；19-云端；20-PC或手机移动通讯设备；21-进液器；22-排气口。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图对本实用新型的具体实施作进一步说明，但本实用新型的实施不限于此。
实施例1
本实施例提供了一种宽光谱测量五日生化需氧量在线监测装置，如图1所示，包括密封恒温培养箱18、进液器21、BOD5分析仪1及单片机控制系统7(可以采用现有单片机实现)；BOD5分析仪1置于密封恒温培养箱18中用于测量待测水样五日生化需氧量，密封恒温培养箱18上设置进液口、出液口和排气口，进液器通过进液口向密封恒温培养箱18内注射待测水样，待测水样通过出液口排出密封恒温培养箱18，排气口连通密封恒温培养箱18内外，单片机控制系统7用于控制密封恒温培养箱18的温度、进液器21向密封恒温培养箱18的进液及接收测量的五日生化需氧量数据并传输给外部显示装置。
BOD5分析仪1为光谱溶解氧分析仪，所述光谱溶解氧分析仪包括体相全息光栅。
密封恒温培养箱18内设有温度传感器2，单片机控制系统7采集温度传感器的信号通过半导体温控装置5来控制密封恒温培养箱18的温度。半导体材料可以实现升温和降温，恒温密封控制培养箱18内的温度。
进液口处设置第一开关4，出液口设置有第二开关12，密封恒温培养箱18内设有液位传感器3，单片控制系统7采集液位传感器3的液位信号，然后控制第一开关4和第二开关12实现待测水样的自动进样和自动泄放，排气口22连通箱内空间和大气，待水样充满箱体后，关闭排气口22实现水样隔氧培养。
第一开关4是多通电磁阀，所述多通电磁阀与进液器21相连接。所述进液器21包括依次相连的第一进样管8、双通电磁阀9和电水泵10，所述第一进样管8与第一开关4相连通。第二开关12为双通电磁阀，第二开关12连接泄放管11，用于泄放待测水样。
进液口处还连接有pH调节器13，用于调节待测水样pH值，所述pH调节器13包括依次相连的第二进样管17、三通电磁阀15和注射筒14，所述三通电磁阀15还连接有注射筒进液管16，注射筒进液管16用于补充pH调节液，注射筒14把补充pH调节液推进第二进样管17。密封恒温培养箱18外还设置液位观察窗6，用于实时监测密封恒温培养箱内的待测水样的进样量和调节稀释比例。
所述单片机控制系统7与外部显示装置无线连接，测量的五日生化需氧量数据存入云端19被无线传输到外部显示装置如PC或手机移动通讯设备20上，实时监测待测水样的五日生化需氧量值。
本实施例还提供了一种利用上述装置在线监测水样五日生化需氧量的方法，所述水样为普通自来水，包括以下步骤：
(1)开启装置电源，进液器21接入自来水管道，单片机控制系统7接通双通电磁阀9、电水泵10和排气口22开关，关闭第二开关12，打开排气口22开关，待测水样由第一进样管8进入密封恒温培养箱18，至液面没过位于箱高9/10处的液位传感器3，单片机控制系统7接收到信号，自动停止进液；
(2)待半导体温控装置5工作后，开启BOD5分析仪1，使用PC或手机移动通讯设备20读取该待测水样温度为20℃，pH值为7.2，此时通过调节器13向待测水样加入适量的接种液，具体操作为，打开三通电磁阀15接注射筒进液管16和注射筒14的通道，关闭三通电磁阀15接第二进样管17的通道，接种液由注射筒进液管16被吸入注射筒14，接着关闭三通电磁阀15连接注射筒进液管16的通道，打开三通电磁阀15连接注射筒14和三通电磁阀15连接第二进样管17的通道，将接种液缓慢推入待测水样中；
(3)重复步骤(1)，缓慢少量进样，观察液位观察窗6，使待测水样充满箱体读取待测水样初始溶解氧含量DO1；关闭第一开关4所有通道和排气口22开关，创造箱内的密封环境，使水样完全隔氧；
(4)待测水样在密封恒温培养箱18内静置培养，BOD5分析仪1持续监测待测水样的温度、pH及溶解氧含量；培养五天后，读取水样当前的溶解氧含量DO5；计算得到待测水样的五日生化需氧量的值BOD5＝DO5-DO1，通过无线传输将数据上传至主机处理，处理后的数据将实时显示在集成显示器上，并通过手机实时查看。
实施例2
本实施例提供了一种利用上述装置在线监测水样五日生化需氧量的方法，所述水样为含微生物较多的地表水，以稀释10倍为例，包括以下步骤：
(1)开启装置电源，进液器21接通待测水样，单片机控制系统7接通双通电磁阀9、电水泵10和排气口22开关，关闭第二开关12，打开排气口22开关，待测水样由第一进样管8进入密封恒温培养箱18，至液面到达液位观察窗1/10处时，停止进液，由进液器21导入重蒸水，至液面没过液位传感器3，自动停止进液；
(2)待半导体温控装置5工作后，开启BOD5分析仪1，使用PC或手机移动通讯设备20读取该待测水样温度为20℃，pH值为6.2，此时通过调节器13向待测水样加入适量的pH缓冲液，具体操作为，打开三通电磁阀15接注射筒进液管16和注射筒14的通道，关闭三通电磁阀15接第二进样管17的通道，pH缓冲液由注射筒进液管16被吸入注射筒14，接着关闭三通电磁阀15连接注射筒进液管16的通道，打开三通电磁阀15连接注射筒14和三通电磁阀15连接第二进样管17的通道，将pH缓冲液缓慢推入待测水样中，使待测水样的pH值达到7；
(3)继续由进液器21导入重蒸水，缓慢少量进液，观察液位观察窗6，使待测水样充满箱体，读取待测水样初始溶解氧含量DO1，关闭第一开关4所有通道和排气口22开关，创造箱内的密封环境，使水样完全隔氧；
(4)待测水样在密封恒温培养箱18内静置培养，BOD5分析仪1持续监测待测水样的温度、pH及溶解氧含量；培养五天后，读取水样当前的溶解氧含量DO5；计算得到待测水样的五日生化需氧量的值BOD5＝(DO5-DO1)*10，通过无线传输将数据上传至主机处理，处理后的数据将实时显示在集成显示器上，并通过手机实时查看。
实施例3
本实施例提供了一种利用上述装置在线监测水样五日生化需氧量的方法，所述水样为含微生物较多的生活污水，以稀释10倍为例，包括以下步骤：
(1)开启装置电源，进液器21接通待测水样，单片机控制系统7接通双通电磁阀9、电水泵10和排气口22开关，关闭第二开关12，打开排气口22开关，待测水样由第一进样管8进入密封恒温培养箱18，至液面到达液位观察窗1/10处时，停止进液，由进液器21导入重蒸水，至液面没过液位传感器3，自动停止进液；
(2)待半导体温控装置5工作后，开启BOD5分析仪1，使用PC或手机移动通讯设备20读取该待测水样温度为20℃，pH值为8，此时通过调节器13向待测水样加入适量的pH缓冲液，具体操作为，打开三通电磁阀15接注射筒进液管16和注射筒14的通道，关闭三通电磁阀15接第二进样管17的通道，pH缓冲液由注射筒进液管16被吸入注射筒14，接着关闭三通电磁阀15连接注射筒进液管16的通道，打开三通电磁阀15连接注射筒14和三通电磁阀15连接第二进样管17的通道，将pH缓冲液缓慢推入待测水样中，使待测水样的pH值达到7；再通过调节器13向待测水样加入适量的接种液；
(3)继续由进液器21导入重蒸水，缓慢少量进液，观察液位观察窗6，使待测水样充满箱体，读取待测水样初始溶解氧含量DO1，关闭第一开关4所有通道和排气口22开关，创造箱内的密封环境，使水样隔氧；
(4)待测水样在密封恒温培养箱18内静置培养，BOD5分析仪1持续监测待测水样的温度、pH及溶解氧含量；培养五天后，读取水样当前的溶解氧含量DO5；计算得到待测水样的五日生化需氧量的值BOD5＝(DO5-DO1)*10，通过无线传输将数据上传至主机处理，处理后的数据将实时显示在集成显示器上，并通过手机实时查看。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限定。凡本领域的技术人员利用本实用新型的技术方案对上述实施例作出的任何等同的变动、修饰或演变等，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种宽光谱测量五日生化需氧量在线监测装置，其特征在于，包括密封恒温培养箱、进液器、BOD5分析仪及单片机控制系统；BOD5分析仪置于密封恒温培养箱中用于测量待测水样五日生化需氧量，密封恒温培养箱上设置进液口、出液口和排气口，进液器通过进液口向密封恒温培养箱内注射待测水样、待测水样通过出液口排出密封恒温培养箱、排气口连通密封恒温培养箱内外，单片机控制系统用于控制密封恒温培养箱的温度和待测水样的pH、控制进液器向密封恒温培养箱的进液及接收测量的五日生化需氧量数据并传输给外部显示装置。
2.根据权利要求1所述的宽光谱测量五日生化需氧量在线监测装置，其特征在于，BOD5分析仪为光谱溶解氧分析仪，所述光谱溶解氧分析仪包括体相全息光栅。
3.根据权利要求1所述的宽光谱测量五日生化需氧量在线监测装置，其特征在于，密封恒温培养箱内设有温度传感器，单片机控制系统采集温度传感器的信号，通过温控装置来控制密封恒温培养箱的温度；所述温控装置为半导体温控装置，半导体材料可以实现升温和降温，恒温控制密封恒温培养箱内的温度。
4.根据权利要求1所述的宽光谱测量五日生化需氧量在线监测装置，其特征在于，进液口处设置第一开关，出液口设置有第二开关，密封恒温培养箱内设有液位传感器，单片控制系统采集液位传感器的液位信号，然后控制第一开关和第二开关实现待测水样的自动进样和自动泄放。
5.根据权利要求4所述的宽光谱测量五日生化需氧量在线监测装置，其特征在于，第一开关是多通电磁阀，所述多通电磁阀与进液器相连接；第二开关为双通电磁阀，第二开关连接泄放管，用于泄放待测水样。
6.根据权利要求4所述的宽光谱测量五日生化需氧量在线监测装置，其特征在于，所述进液器包括依次相连的第一进样管、双通电磁阀和电水泵，所述第一进样管与第一开关相连通。
7.根据权利要求1所述的宽光谱测量五日生化需氧量在线监测装置，其特征在于，进液口处还连接有调节器，用于调节待测水样pH值或者向待测水样加入接种液，所述调节器包括依次相连的第二进样管、三通电磁阀和注射筒，所述三通电磁阀还连接有注射筒进液管，注射筒进液管用于补充pH调节液或接种液，注射筒把补充pH调节液或接种液推进第二进样管。
8.根据权利要求1所述的宽光谱测量五日生化需氧量在线监测装置，其特征在于，密封恒温培养箱外还设置液位观察窗，用于实时监测密封恒温培养箱内的待测水样的进样量和调节稀释比例。
9.根据权利要求3所述的宽光谱测量五日生化需氧量在线监测装置，其特征在于，液位传感器设置在密封恒温培养箱箱体高的17/20~19/20处。
10.根据权利要求1所述的宽光谱测量五日生化需氧量在线监测装置，其特征在于，所述单片机控制系统与外部显示装置无线连接，测量的五日生化需氧量数据被无线传输到外部显示装置上，实时监测待测水样的五日生化需氧量值。
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| CN201921617954.1U CN211122516U (zh) | 2019-09-26 | 2019-09-26 | 一种宽光谱测量五日生化需氧量在线监测装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110542665A (zh) * | 2019-09-26 | 2019-12-06 | 华南理工大学 | 一种宽光谱测量五日生化需氧量在线监测装置及监测方法 |
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2019
- 2019-09-26 CN CN201921617954.1U patent/CN211122516U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110542665A (zh) * | 2019-09-26 | 2019-12-06 | 华南理工大学 | 一种宽光谱测量五日生化需氧量在线监测装置及监测方法 |
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