RU2083972C1 - Device indicating pollution of sewage with oil products - Google Patents

Device indicating pollution of sewage with oil products Download PDF

Info

Publication number
RU2083972C1
RU2083972C1 RU95106866A RU95106866A RU2083972C1 RU 2083972 C1 RU2083972 C1 RU 2083972C1 RU 95106866 A RU95106866 A RU 95106866A RU 95106866 A RU95106866 A RU 95106866A RU 2083972 C1 RU2083972 C1 RU 2083972C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
output
chamber
oil products
sewage
Prior art date
Application number
RU95106866A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU95106866A (en
Inventor
О.В. Молчанов
В.И. Кабанов
С.Н. Миков
Г.Г. Гужавин
А.Н. Литвиненко
В.Ф. Данилов
Ф.В. Белохвостов
Original Assignee
Ульяновское высшее военно-техническое училище им.Богдана Хмельницкого
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ульяновское высшее военно-техническое училище им.Богдана Хмельницкого filed Critical Ульяновское высшее военно-техническое училище им.Богдана Хмельницкого
Priority to RU95106866A priority Critical patent/RU2083972C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2083972C1 publication Critical patent/RU2083972C1/en
Publication of RU95106866A publication Critical patent/RU95106866A/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology, monitoring of content of oil products in sewage, local purification facilities in oil industry. SUBSTANCE: device is fitted with second measurement chamber submerged into tested liquid with localization of surface layer. Inlet and outlet of first chamber have zigzag shape. Units for input and output of radiation optically coupled to radiation source and via spectral light filters to radiation detectors electrically connected to processing and indication units are mounted in upper of both chambers. EFFECT: increased functional reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам контроля за содержанием нефтепродуктов в сточных водах, и может быть применено в нефтяной, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности на локальных очистных сооружениях для индикации содержания нефтепродуктов в сточных водах. The invention relates to measuring equipment, in particular to means for monitoring the content of petroleum products in wastewater, and can be applied in the oil, refining and petrochemical industries at local treatment facilities to indicate the content of petroleum products in wastewater.

Известно устройство для контроля содержания нефтепродуктов в воде [1] принцип действия которого основан на определении светопропускания потока воды в области спектра (λ=254 нм), характеризуемого максимальным поглощением нефтепродуктами излучения. Недостатками данного устройства являются низкие функциональные возможности и достоверность контроля. A device is known for monitoring the content of oil products in water [1] whose principle of operation is based on the determination of the light transmission of a water stream in the spectral region (λ = 254 nm), characterized by a maximum absorption of radiation by oil products. The disadvantages of this device are low functionality and reliability control.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является индикатор загрязнения водной поверхности нефтепродуктами [2] содержащий моностатический лидар со сферическим приемным зеркалом, в фокусе которого установлен кремневый фотодиод, и источником излучения, выполненным на полупроводниковом лазере или инфракрасным светодиоде. Лидар крепится на кронштейне, расположенном на жестко связанных поплавках. На этих же поплавках размещены источник питания, блок обработки и блок индикации. Индикатор фиксирует наличие нефтепродуктов по контрасту нефтяной пленки на чистой водной поверхности. The closest in technical essence to the proposed one is an indicator of water surface contamination with oil products [2] containing a monostatic lidar with a spherical receiving mirror with a silicon photodiode in focus and a radiation source made on a semiconductor laser or infrared LED. Lidar is mounted on a bracket located on rigidly connected floats. The power supply, processing unit and indication unit are located on the same floats. The indicator captures the presence of petroleum products by the contrast of the oil film on a clean water surface.

Недостатками данной конструкции являются низкие функциональные возможности, обусловленные неспособностью устройство контролировать содержание нефтепродуктов в воде в растворенном состоянии, а также низкая достоверность контроля из-за возможности ложного срабатывания индикатора в случае изменения естественного, искусственного освещения или появления веществ на поверхности воды не нефтяного происхождения, с коэффициентом отражения, большим, чем у воды. The disadvantages of this design are the low functionality due to the inability of the device to control the content of oil in water in the dissolved state, as well as the low reliability of the control due to the possibility of false operation of the indicator in the event of a change in natural, artificial lighting or the appearance of substances on the surface of the water of non-petroleum origin, with reflection coefficient greater than that of water.

Изобретение решает задачи повышение достоверности контроля и расширения функциональных возможностей устройства. The invention solves the problem of increasing the reliability of control and expanding the functionality of the device.

Задача решается тем, что устройство дополнительно снабжено второй измерительной камерой, погруженной в контролируемую жидкость, с локализацией поверхностного слоя, а вход и выход первой камеры выполнены зигзагообразной формы, причем в верхних частях обеих камер установлены устройства ввода излучения в виде линз, сопряженных с удвоителем частоты и вывода излучения в виде линз, оптически связанных посредством волоконно-оптической линии связи соответственно с источником и через спектральные светофильтры с приемниками излучения, электрически соединенными с блоками обработки и индикации. Данные признаки являются существенными для решения задачи изобретения, так как наличие в устройстве двух камер позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет определения содержания растворенных нефтепродуктов в воде и идентификации пленки, а выполненные зигзагообразной формы вход и выход первой камеры блокируют попадание естественного или искусственного внешнего освещения в нее, не препятствуя попаданию пленки. Совокупность признаков по устройствам ввода, выводы излучения позволяет вести измерение одновременно в обоих камерах и регистрировать наличие нефтепродуктов по их интегральной люминесценции. The problem is solved in that the device is additionally equipped with a second measuring chamber immersed in a controlled liquid with localization of the surface layer, and the input and output of the first chamber are made in a zigzag shape, and radiation input devices in the form of lenses paired with a frequency doubler are installed in the upper parts of both chambers and outputting radiation in the form of lenses optically coupled through a fiber optic communication line, respectively, to a source and through spectral filters with radiation receivers, an electron cally connected to the processing and display unit. These signs are essential for solving the problem of the invention, since the presence of two chambers in the device allows to expand the functionality of the device by determining the content of dissolved petroleum products in water and identifying the film, and the zigzag-shaped entrance and exit of the first chamber block the ingress of natural or artificial external lighting into without hindering the ingress of film. The combination of features in input devices, radiation leads, allows measurement simultaneously in both chambers and the presence of petroleum products by their integrated luminescence.

На фиг. 1 изображены продольный вертикальный разрез устройства и его структурная схема; на фиг.2 продольный горизонтальный разрез устройства. In FIG. 1 shows a longitudinal vertical section of the device and its structural diagram; figure 2 is a longitudinal horizontal section of the device.

Устройство содержит пару поплавков 1,2, жестко соединенных между собой кронштейнами с образованием изолированных друг от друга измерительных камер 3,4. Камера 3 частично погружена всем своим периметром в жидкость с локализацией поверхностного слоя. Камера 4 частично погружена в жидкость с возможностью ее похождения через внутреннюю полость камеры 4 по входному 5 и выходному 6 каналам зигзагообразной формы. В верхних частях камер 3,4 установлены устройства ввода ультрафиолетового (УФ) излучения в виде линз 7,8 из материала, пропускающего излучение данной области спектра (например, марки КУ), оптически сопряженных с выходом удвоителя частоты 9, и устройства вывода излучения в виде линз 10,11. Выход удвоителя частоты 9 и выхода устройства 10,11 вывода излучения через волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) 12 соединены соответственно с источником излучения 13 видимой области спектра (лазером), и через спектральные светофильтры 14,15 с приемниками излучения 16,17, которые в свою очередь электрически связаны с блоками обработки 18 и индикации 19. The device contains a pair of floats 1,2, rigidly interconnected by brackets with the formation of isolated from each other measuring chambers 3,4. Chamber 3 is partially immersed with its entire perimeter in a liquid with localization of the surface layer. The chamber 4 is partially immersed in the liquid with the possibility of its passage through the inner cavity of the chamber 4 along the input 5 and output 6 channels of a zigzag shape. In the upper parts of chambers 3,4 there are installed devices for inputting ultraviolet (UV) radiation in the form of lenses 7.8 from a material that transmits radiation of a given spectral region (for example, KU brand), optically coupled to the output of a frequency doubler 9, and a radiation output device in the form 10.11 lenses. The output of the frequency doubler 9 and the output of the radiation output device 10.11 through fiber-optic communication lines (FOCL) 12 are connected respectively to a radiation source 13 of the visible spectral region (laser), and through spectral filters 14.15 with radiation receivers 16.17, which in turn, are electrically connected to the processing units 18 and indication 19.

Устройство работает следующим образом. Источник излучения 13 вырабатывает монохроматический лучистый поток в видимой области спектра с силой излучения Iэ [3]

Figure 00000002

где dp мощность излучения;
ddΩ телесный угол, в пределах которого распространяется излучение.The device operates as follows. The radiation source 13 produces a monochromatic radiant flux in the visible region of the spectrum with a radiation force of I e [3]
Figure 00000002

where dp is the radiation power;
ddΩ is the solid angle within which the radiation propagates.

Учитывая, что излучение передается по ВОЛС 12, на выходе линии будем иметь силу излучения I.Considering that the radiation is transmitted via FOCL 12, at the output of the line we will have a radiation force I 1e .

Figure 00000003

гдe K1 коэффициент передачи по ВОЛС.
Figure 00000003

where K1 is the fiber optic transmission coefficient.

Таким образом, попадая на вход удвоителя частоты 9, лучистый поток с частотой n1 в видимой области спектра преобразуется в кристалле, не имеющем центра симметрии, в частоту 2ν1, которая соответствует УФ спектральному диапазону, сила излучения I которого будет равна

Figure 00000004

где К2 коэффициент передачи излучения через удвоитель частоты.Thus, getting to the input of the frequency doubler 9, a radiant flux with a frequency n 1 in the visible region of the spectrum is converted in a crystal that does not have a center of symmetry to a frequency 2ν 1 , which corresponds to the UV spectral range, the radiation strength I 2e of which will be equal to
Figure 00000004

where K2 is the transmission coefficient of the radiation through the frequency doubler.

Лучистый поток с выхода удвоителя частоты 9 попадает равномерно на устройство ввода излучения 7,8, которые его колемируют и направляют на поверхность контролируемой жидкости в измерительных камерах 3,4. Общее выражение силы излучения I, направленное на поверхность жидкости каждой измерительной камеры, можно записать

Figure 00000005

где K3 коэффициент передачи лучистого потока через устройства ввода излучения 7,8.The radiant flux from the output of the frequency doubler 9 falls evenly onto the radiation input device 7.8, which co-beam it and direct it to the surface of the controlled liquid in the measuring chambers 3,4. The general expression of the radiation force I 3e directed to the liquid surface of each measuring chamber can be written
Figure 00000005

where K3 is the transmission coefficient of the radiant flux through radiation input devices 7.8.

Попадая на поверхность жидкости часть УФ-излучения отражается, а часть проникает в слой жидкости, поглощаясь ею в зависимости коэффициента поглощения воды Kв (УФ) [3]

Figure 00000006

где κ коэффициент экстинкции, характеризующий в данном случае потери оптического излучения за счет его поглощения и рассеивания;
l длина волны излучения.When a part of the UV radiation is incident on the surface of the liquid, it is reflected, and part penetrates into the liquid layer, being absorbed by it depending on the water absorption coefficient K in (UV) [3]
Figure 00000006

where κ is the extinction coefficient, characterizing in this case the loss of optical radiation due to its absorption and scattering;
l radiation wavelength.

Так как облучение жидкости проводится на длине волны УФ спектра, для которого в одинаковой среде
kуф >> κв, (6)
где κуф, κв коэффициенты экстинкции соответственно для УФ- и видимого излучения,
то
Kв(УФ) > Kв(в), (7)
где Kв(в) коэффициент поглощения воды излучения видимой области спектра.
Since the irradiation of the liquid is carried out at a wavelength of the UV spectrum, for which in the same medium
k uv >> κ in , (6)
where κ UV , κ are the extinction coefficients for UV and visible radiation, respectively,
then
K in (UV) > K in (c) , (7)
where K in (c) is the water absorption coefficient of the radiation of the visible region of the spectrum.

Учитывая, что ослабление излучения на глубине dω происходит по экспоненциальному закону [3]т.е. Given that the attenuation of radiation at a depth dω occurs exponentially [3] ie

dI = Iexp(-Kвdω), (8)
где dI сила УФ-излучения на глубине dω,
а также выражения (5,6,7), видно, что интенсивность УФ-излучения будет резко уменьшаться по мере проникновение через слой воды. В свою очередь сила УФ-излучения dI на глубине dω будет связана с силой люминесценции dJл контролируемой жидкости, вызванной этим УФ-излучением [4]
dIл dI•K(195)•(1-10а), (9)
где K постоянный для данного прибора коэффициент, учитывающий фактор перехода от интенсивности поглощенного излучения к той части непоглощенного люминесцентного излучения, которое попадает на устройства вывода излучения 10,11;
А оптическая плотность раствора на длине волны падающего УФ-излучения, значение которой зависит от Kв и показателя преломления воды N.
dI 4e = I 3e exp (-K in dω), (8)
where dI 4e is the force of UV radiation at a depth dω,
as well as expressions (5,6,7), it is seen that the intensity of UV radiation will decrease sharply as it penetrates through a layer of water. In turn, the strength of UV radiation dI 4e at a depth dω will be related to the luminescence strength dJ l of the controlled fluid caused by this UV radiation [4]
dI l dI 4e • K (195) • (1-10 a ), (9)
where K is a constant coefficient for this device, taking into account the transition factor from the intensity of the absorbed radiation to that part of the unabsorbed luminescent radiation that falls on the radiation output devices 10,11;
And the optical density of the solution at the wavelength of the incident UV radiation, the value of which depends on K in and the refractive index of water N.

Из выражения (8,9) следует, что максимальная интенсивность люминесценции будет наблюдаться в верхних слоях жидкости, что подтверждают полученные экспериментальные данные (1-3 мм). На измерении силы излучения люминесценции пленки и растворенного нефтепродукта именно в этих слоях и рассчитана работа устройства. From the expression (8.9) it follows that the maximum luminescence intensity will be observed in the upper layers of the liquid, which is confirmed by the obtained experimental data (1-3 mm). On the measurement of the luminescence radiation power of the film and the dissolved oil product in these layers, the operation of the device was calculated.

Учитывая, что устройство снабжено двумя измерительными камерами 3,4, в которых при отсутствии пленки нефтепродуктов будет соблюдаться условие
Iл(3k) Iл4k Iл, (10)
где Iл(3k), Iл(4k) сила люминесценции в измерительных камерах 3,4,
то под действием прошедшего через устройства вывода излучения 10, 11, ВЛС 12, спектральные светофильтры 14,15 излучения приемниками излучения 16,17 будут вырабатываться одинаковые по амплитуде сигналы U.
Given that the device is equipped with two 3.4 measuring chambers, in which, in the absence of a film of oil products, the condition
I l (3k) I l 4k I l , (10)
where I l (3k) , I l (4k) the luminescence force in the measuring chambers 3.4,
then under the action of radiation 10, 11, VLS 12 transmitted through the output device, spectral filters 14.15 of radiation, radiation receivers 16.17 will produce the same amplitude signals U.

U = SI•Rн•Φф.д•K4, (11)
где SI токовая чувствительность фотодиода;
RН сопротивление нагрузки;
K4 коэффициент передачи через устройства вывода излучения ВОЛС, спектральные светофильтры;
Φф.д лучистый поток, принимаемый фотодиодом.
U = S I • R n • Φ f.d. • K4, (11)
where S I is the current sensitivity of the photodiode;
R N load resistance;
K 4 transmission coefficient through fiber optic output devices, spectral filters;
Φ fp radiant flux received by the photodiode.

Figure 00000007

где Ω1 телесный угол, принимаемый устройствами вывода 10,11 излучения люминесценции
или
Figure 00000008

Полученные сигналы обрабатываются блоком обработки 18 и сравниваются в нем.
Figure 00000007

where Ω1 is the solid angle received by the output devices 10.11 of the luminescence radiation
or
Figure 00000008

The received signals are processed by the processing unit 18 and compared in it.

При условии равенства сигналов в камере 3 измеряется интегральная по спектру люминесценция растворенных в воде нефтепродуктов, интенсивность которой будет зависеть количественного содержания этих веществ и коэффициента А в выражениях (9,13). Если величина сигнала от приемника излучения 16 по амплитуде будет больше, чем предварительно отградуированная на определенное содержание нефтепродуктов, блок сравнения 18 выдает сигнал на устройство индикации 19. В случае, если в камере 4 появляется пленка нефтепродуктов, то нарушается выражение (10) из-за сильной интенсивности люминесценции свободных нефтепродуктов, т. е. Iл4к > Iл3к. Блок обработки 18 при сравнении сигналов с фотоприемников 16,17 фиксирует разницу UI4- UI3>0 и выдает сигнал на устройство индикации 19.Under the condition of equal signals in chamber 3, the spectrum-integrated luminescence of oil products dissolved in water is measured, the intensity of which will depend on the quantitative content of these substances and coefficient A in expressions (9.13). If the magnitude of the signal from the radiation receiver 16 in amplitude is greater than the pre-calibrated for a certain content of petroleum products, the comparison unit 18 provides a signal to the display device 19. If a film of petroleum products appears in the chamber 4, expression (10) is violated due to strong luminescence intensity of free oil products, i.e., I l4k > I l3k . The processing unit 18 when comparing the signals from the photodetectors 16.17 captures the difference U I4 - U I3 > 0 and provides a signal to the indicating device 19.

Данное устройство по сравнению с прототипом имеет более широкие функциональные возможности и высокую достоверность контроля за счет определения не только пленки нефтепродукта, но и определения превышения нормированного содержания растворенных нефтепродуктов в воде по интенсивности интегральной люминесценции при облучении УФ-излучением. This device in comparison with the prototype has wider functionality and high reliability of control by determining not only the film of the oil product, but also determining the excess of the normalized content of dissolved oil in water by the intensity of the integrated luminescence when irradiated with UV radiation.

Claims (1)

Устройство индикации загрязнения сточных вод нефтепродуктами, содержащее пару поплавков, связанных между собой кронштейнами, с образованием измерительной камеры, источник и приемник излучения, электрически соединенные соответственно с блоками питания, обработки и индикации, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено второй измерительной камерой, погруженной в контролируемую жидкость с локализацией поверхностного слоя, а вход и выход первой камеры выполнены зигзагообразной формы, причем в верхних частях обеих камер установлены устройства ввода излучения в виде линз, сопряженных с удвоителем частоты и вывода излучения в виде линз, оптически связанные посредством волоконно-оптической линии связи соответственно с источником и через спектральные светофильтры с приемниками излучения, электрически соединенными с блоками обработки и индикации. A device for indicating wastewater contamination with oil products, containing a pair of floats connected by brackets to form a measuring chamber, a radiation source and receiver, electrically connected respectively to power supply, processing and indication units, characterized in that the device is additionally equipped with a second measuring chamber immersed in controlled fluid with localization of the surface layer, and the input and output of the first chamber are made in a zigzag shape, and in the upper parts of both chambers Credited radiation input device in the form of lenses, coupled with the frequency doubler and the output radiation in the form of a lens, optically coupled by a fiber optic link, respectively, with the source and through the spectral filters with radiation receivers, electrically connected to the processing and display unit.
RU95106866A 1995-04-28 1995-04-28 Device indicating pollution of sewage with oil products RU2083972C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95106866A RU2083972C1 (en) 1995-04-28 1995-04-28 Device indicating pollution of sewage with oil products

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95106866A RU2083972C1 (en) 1995-04-28 1995-04-28 Device indicating pollution of sewage with oil products

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2083972C1 true RU2083972C1 (en) 1997-07-10
RU95106866A RU95106866A (en) 1997-09-27

Family

ID=20167256

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95106866A RU2083972C1 (en) 1995-04-28 1995-04-28 Device indicating pollution of sewage with oil products

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2083972C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2554609C2 (en) * 2010-01-19 2015-06-27 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Detector and detection method
RU2755652C1 (en) * 2021-03-02 2021-09-17 Сергей Станиславович Беднаржевский Device for express control of the content of oil and mechanical particles in the produced water
RU2781503C1 (en) * 2022-03-22 2022-10-12 Сергей Станиславович Беднаржевский Method and device for determining oil, mechanical particles and their average size in produced water

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Прибор для контроля содержания нефтепродуктов в воде: Информационный листок N 145-92 г. - Харьков, ЦНТЭИ, 1992. Белов Е.Ф., Лентовский В.В., Макаров С.В. Индикатор загрязнения водной поверхности нефтепродуктами. Лазеры и современное приборостроение: Материалы школы-семинара-выставки. - С.-Петербург, 1991. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2554609C2 (en) * 2010-01-19 2015-06-27 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Detector and detection method
RU2755652C1 (en) * 2021-03-02 2021-09-17 Сергей Станиславович Беднаржевский Device for express control of the content of oil and mechanical particles in the produced water
RU2781503C1 (en) * 2022-03-22 2022-10-12 Сергей Станиславович Беднаржевский Method and device for determining oil, mechanical particles and their average size in produced water

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4088407A (en) High pressure fluorescence flow-through cuvette
US5181082A (en) On-line titration using colorimetric end point detection
KR20050002822A (en) Method for analysing liquids, in addition to a device therefor
NO910008D0 (en) METHOD AND APPARATUS FOR SPECTROSCOPIC MEASUREMENT OF THE CONCENTRATION OF A GAS.
EP1228358B1 (en) Device for measuring water colour and turbidity using a single detector
JPS57142546A (en) Infrared multiple reflection type oil concentration measuring apparatus
DE3476121D1 (en) Equipment for the measurement of fluorescence, turbidity, luminescence, or absorption
WO1985000426A1 (en) Optically based measurement of fluid parameters
Yeoh et al. Plastic fiber evanescent sensor in measurement of turbidity
RU2083972C1 (en) Device indicating pollution of sewage with oil products
AU590223B2 (en) Concentration meter
US7411668B2 (en) Light returning target for a photometer
GB2355524A (en) Device for measuring colour and turbidity in a liquid sample
US3177760A (en) Apparatus embodying plural light paths for measuring the turbidity of a fluid
EP0731910B1 (en) Measuring device
JPS6125304B2 (en)
JPH1038797A (en) Trace oil detector
WO2012007542A1 (en) Optical measurement method and apparatus
JP4709430B2 (en) Concentration measuring device
EP0223416A2 (en) Determination of heat transfer rates
SU1099258A1 (en) Method of measuring fluid media absorption coefficient
JP3079964B2 (en) Temperature detector
CN114813644A (en) Method and system for detecting milk fat concentration on line based on backscattering spectrum technology
GB2294539A (en) Waveguide pH sensor
WO2023048974A1 (en) Multi-wavelength ozone concentration sensor and method of use