電化學法cod在線自動監測儀的製作方法

2023-12-09 20:05:51

專利名稱：電化學法cod在線自動監測儀的製作方法
技術領域：
所屬領域本實用新型涉及一種環境監測裝置，具體地說是一種電化學法COD在線自動監測儀。
背景技術：
COD(化學需氧量)是檢測汙水汙染程度的重要指標，現有的國標檢測方法(GB11914-89)是採用重鉻酸鹽法進行檢測。該方法是在實驗室內進行間歇操作完成，並且還要使用重鉻酸鉀和濃硫酸等有毒害性的物質。目前使用有依此方法設計製成的化學法COD檢測儀。該儀器不僅操作繁瑣，而且因需使用有毒有害的化學試劑，還會造成二次汙染。另外，由於重鉻酸鹽法的化學反應速度很慢，所以每次檢測時間都在30分鐘左右，檢測速度慢，不能滿足COD在線實時監測的工作需要。

發明內容
本實用新型的目的就是提供一種可實現無毒無害化在線實時監測的電化學法COD在線自動監測儀，以滿足環境監測工作快速、準確的實際需要。
本實用新型是這樣實現的該儀器由採樣管路和標定液管路接採樣泵構成第一通道，由活性液管路接活性液泵構成第二通道，由去離子水管路、去離子水泵和混合加熱器相接構成第三通道，三通道共接反應器，在反應器中設有計數電極、溫度電極、工作電極和參比電極，四電極分別通過採集放大電路接控制顯示電路的信號輸入端，通訊模塊接控制顯示電路的通訊接口，採樣泵、活性液泵、去離子水泵和混合加熱器上的各控制線路分接控制顯示電路的信號輸出端。
本實用新型對汙水中COD的檢測是採用電化學法，其工作原理為由於工作電極表面的氧化鉛混合物具有很高的過電位，用其作陽極，計數電極作陰極。在一定溫度(20～45℃)和一定電壓(0.5～3V)條件下，在反應器的反應溶液中只產生氫氧自由基，而不析出氧。而氫氧自由基的氧化能力很強，能充分氧化有機物，並且反應速度極快。而氫氧自由基在溶液中的反應，可引起工作電極與計數電極在電導液之間的電子流動。這樣，根據陽極發生的得失電子的反應，計算出電流密度、溫度與COD值之間的對應關係，就可瞬時測量出被測液體中的COD值。
本實用新型通過三個通道向反應器中泵送被測液體、標定液、活性液以及帶有一定溫度的去離子水，並通過電極通電和測取相關的電信號。這些信號經採集放大電路放大後，傳送給控制顯示電路，從而計算測量出被測液體的COD值。該數據經轉換為可讀信號後，顯示於儀器的液晶顯示器屏幕上，同時存儲在存儲器上，並通過通訊模塊以通訊的方式經網際網路或其他數據傳輸網絡實時發送給監控中心。監控中心也可以通過有線或無線的通訊方式，向本儀器發送監測指令，進行COD的測量。由此實現了COD的實時在線測量。
本實用新型因不需使用有毒有害的化學試劑進行COD測量，所以無二次汙染產生；測量速度僅為1分鐘，因而可以實現真正意義上的在線實時監測。同時，本實用新型可實現全自動化運行和遠程實時監測，並自動回傳數據結果，因而有利於環保部門對所轄區域的各排汙點進行實時有效的排汙集中監測和管理。


圖1是本實用新型的原理結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，在儀器的機殼內，由採樣管路和標定液管路在末端並聯後共接採樣泵9，形成第一通道；由活性液管路接活性液泵8，形成第二通道；由去離子水管路、去離子水泵7和混合加熱器10相接，形成第三通道。三通道共接反應器12，以在每次檢測時，向反應器中泵送採樣液、標定液(可為0.1-100g/L的葡萄糖溶液)、活性液(可為0.05-2mol/L的Na2SO4溶液)以及去離子水(電導率為1-100μs/cm的純水)。將各物質分為不同通道輸送，有效地防止了交叉混合和置換所引起的反應器內溶液成份含量的不穩定性，有助於提高COD檢測數據的準確性。
在反應器12中插接的四個電極，分別是由氧化鉛混合物製成的工作電極17、由Hg/Hg2SO4製成的參比電極18、由鉑環製成的計數電極15和常規的溫度電極16。四個電極分別通過採集放大電路19接控制顯示電路20的信號輸入端，以將採集到的電信號輸入控制顯示電路20，由控制顯示電路20測控換算為可讀的COD數據，顯示在本儀器的液晶顯示器上，並同時存入存儲器中。
在控制顯示電路20的通訊接口上連接有通訊模塊21，其作用是將檢測數據實時發送出去，並且也可接收監控中心發出的控制指令，再傳遞給控制顯示電路20，使本儀器完成相應的操作。
為滿足實時在線測量的要求，本儀器各部分應處於隨時可動的全自動化狀態。為此，採樣泵9、活性液泵8、去離子水泵7和混合加熱器10上的各控制線路就分接在控制顯示電路20的信號輸出端上，以根據控制顯示電路20發出的控制指令，完成相應的動作。控制顯示電路20中的核心控制部件可以是工業控制機、單片機或者PLC可編程控制器等。
在採樣管路和標定液管路上分接有電磁閥2、3，兩電磁閥上的控制線路分接控制顯示電路20的信號輸出端，以根據控制指令開通管路，按比例輸送被測液體和標定液。
在採樣管路前端接有多通道流路轉換器1。如圖1所示，該多通道流路轉換器1由至少兩路各帶有電磁閥101、102的通道在一端並聯後，經過濾器103接採集器104，各通道前端連接分設在各排汙口的採樣泵，電磁閥101、102和各採樣泵上的控制線路分接控制顯示電路20的信號輸出端。各採樣泵可以採用潛水泵、自吸泵、離心泵或真空泵等多種形式，並同時接受控制顯示電路20的控制。採樣管路的前端與多通道流路轉換器1中的採集器104旁通管相接，以抽取被測液。過濾器103可採用Y型過濾器，以方便地從旁路通口抽出濾芯進行清洗。當某通道上的電磁閥和前端的採樣泵被控開啟後，被測液體通過相應的通道進入，並經過濾器103和採集器104後，從迴路通道流出，形成被測液體在多通道流路轉換器1內的連續流動。當第一通道中的採樣閥2及採樣泵9受控開啟後，經過濾後的被測液體即通過採集器104的旁通管被抽出，並送到反應器12內。設置多通道流路轉換器的作用，是可使用一臺監測儀實時監測至少兩個排汙口所排放汙水的COD值，從而達到多個汙水檢測點用一臺儀器進行檢測的目的，以使環保部門能夠最大限度地節省設備投資。
圖1中，在反應器12的上側設有溢流管14，下側的排水管上接有排空閥13，底部設有電磁攪拌器11，電磁攪拌器11和排空閥13上的控制線路分接控制顯示電路20的信號輸出端。溢流管14的設置，可用以防止意外故障使反應器內的溶液外溢所可能發生的電器短路事故。排空閥13既可用以控制反應器內的溶液體積，又可在每次檢測之後，將反應溶液排空，等待下次檢測。電磁攪拌器11可對反應器12中的溶液進行非接觸式攪拌，使溶液混合更為均勻，有利於電化學反應的充分進行，提高檢測數據的準確性。
每臺儀器均需要配置盛放檢測所需試劑和液體的容器，並與相對應的管路相接。為保證本儀器具有相對的獨立工作性，可在本儀器的機殼內裝設小體積的標定液桶4、活性液桶5和去離子水桶6，標定液管路、活性液管路和去離子水管路的前端分別與標定液桶4、活性液桶5和去離子水桶6相連接。
本儀器中的通訊模塊21最好選用無線寬帶GPRS通訊模塊，該通訊模塊採用無線寬帶GPRS通訊系統，能確保儀器的狀態時時在線，時時受控，不存在人機通訊滯後的問題，從而達到真正意義上的實時在線監測的目的。
本儀器可設置三種運行方式1、設置測量間隔，儀器自動完成測量；2、接收監控中心發出的指令，隨時進行測量，並反饋測量數據；3、現場手動強制測量。
本儀器的工作過程為首先，開啟排空閥13，排空反應器12；再啟動活性液泵8和去離子水泵7，向反應器12加入稀釋的活性液，使工作電極17表面活性提高。同時開啟多通道流路轉換器1，使被測液進入轉換器並流動。當工作電極17表面活性恢復後，開啟排空閥13排空反應器12，再開啟活性液泵8和去離子水泵7衝洗反應器，再排空。然後，再順序開啟採樣閥2及採樣泵9、活性液泵8和去離子水泵7，向反應器12加入各種溶液，並通過電極加電，進行電化學反應。計數電極15採集電信號並經採集放大電路19放大，傳送至控制顯示電路20，在顯示器上顯示出被測液的COD測量值，並經由通訊模塊21將數據發至監控中心。最後，排空反應器12，再注入活性液，從而完成一個完整的檢測過程。溫度電極16通過採集放大電路19中的測溫電路，將測取到的反應器內溶液的溫度信號傳遞給控制顯示電路20，以使控制顯示電路20控制混合加熱器10在需要時加熱所注入的去離子水的溫度，從而保持反應器內反應溶液的溫度恆定，以保證電化學反應測取COD值的準確性。參比電極18為計數電極15提供了一個信號測取的參照對比基準。
權利要求1.一種電化學法COD在線自動監測儀，其特徵在於該儀器由採樣管路和標定液管路接採樣泵(9)構成第一通道，由活性液管路接活性液泵(8)構成第二通道，由去離子水管路、去離子水泵(7)和混合加熱器(10)相接構成第三通道，三通道共接反應器(12)，在反應器(12)中設有計數電極(15)溫度電極(16)、工作電極(17)和參比電極(18)，四電極分別通過採集放大電路(19)接控制顯示電路(20)的信號輸入端，通訊模塊(21)接控制顯示電路(20)的通訊接口，採樣泵(9)、活性液泵(8)、去離子水泵(7)和混合加熱器(10)上的各控制線路分接控制顯示電路(20)的信號輸出端。
2.根據權利要求1所述的電化學法COD在線自動監測儀，其特徵在於採樣管路和標定液管路上分接有電磁閥(2、3)，兩電磁閥上的控制線路分接控制顯示電路(20)的信號輸出端。
3.根據權利要求2所述的電化學法COD在線自動監測儀，其特徵在於採樣管路前端接有多通道流路轉換器(1)。
4.根據權利要求3所述的電化學法COD在線自動監測儀，其特徵在於多通道流路轉換器(1)由至少兩路各帶有電磁閥(101、102)的通道在一端並聯後，經過濾器(103)接採集器(104)，各通道前端接採樣泵，電磁閥(101、102)和各採樣泵上的控制線路分接控制顯示電路(20)的信號輸出端。
5.根據權利要求1所述的電化學法COD在線自動監測儀，其特徵在於反應器(12)的上側設有溢流管(14)，下側排水管上接有排空閥(13)，底部設有電磁攪拌器(11)，電磁攪拌器(11)和排空閥(13)上的控制線路分接控制顯示電路(20)的信號輸出端。
6.根據權利要求1所述的電化學法COD在線自動監測儀，其特徵在於標定液管路、活性液管路和去離子水管路的前端分別與標定液桶(4)、活性液桶(5)和去離子水桶(6)相連接。
7.根據權利要求1所述的電化學法COD在線自動監測儀，其特徵在於通訊模塊(21)為無線寬帶GPRS通訊模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種環境監測用的電化學法COD在線自動監測儀，為解決現有儀器操作繁瑣、有二次汙染、檢測速度慢的問題而設計。其結構是由採樣管路和標定液管路接採樣泵構成第一通道，由活性液管路接活性液泵構成第二通道，由去離子水管路、去離子水泵和混合加熱器相接構成第三通道，三通道共接反應器，在反應器中設有計數電極、溫度電極、工作電極和參比電極，四電極分別通過採集放大電路接控制顯示電路，通訊模塊與控制顯示電路相接，各部件上的控制線路接控制顯示電路。本實用新型無二次汙染，測量速度為1分鐘，可實現在線實時監測。
文檔編號G01N27/26GK2636245SQ0327225
公開日2004年8月25日 申請日期2003年6月13日 優先權日2003年6月13日
發明者崔明 申請人:石家莊高德環境科技有限公司