一種高效的水體總有機(jī)碳在線監(jiān)測(cè)儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種TOC監(jiān)測(cè)儀器，具體涉及一種高效的水體總有機(jī)碳在線監(jiān)測(cè)儀。
【背景技術(shù)】
[0002]總有機(jī)碳(TOC)代替化學(xué)需氧量(COD)是國(guó)際接軌的需要:國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織于1987年發(fā)布了 ISO 8245-1987《水質(zhì)總有機(jī)碳(TOC)的測(cè)定導(dǎo)則》，于1999年發(fā)布了IS08245-1999《水質(zhì)總有機(jī)碳(TOC)和可溶性有機(jī)碳(DOC)的測(cè)定導(dǎo)則》，目前美國(guó)主要以TOC來(lái)表征水中有機(jī)物的含量；日本七十年代初期也開(kāi)始把TOC列入工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS，K0102)，目前已發(fā)展到利用TOC取代傳統(tǒng)的B0D/C0D比值法檢驗(yàn)有機(jī)物的生物降解度。美國(guó)、日本、英國(guó)和西歐一些國(guó)家從二十世紀(jì)八十年代開(kāi)始用TOC和總需氧量(TOD)作為有機(jī)污染物質(zhì)的綜合監(jiān)測(cè)指標(biāo)，并加以控制。我國(guó)也于2003年由國(guó)家環(huán)?？偩值人牟课裈OC正式列入水污染當(dāng)量值表。
[0003]常規(guī)TOC測(cè)量是根據(jù)水體中C循環(huán)，即C的各種存在形態(tài)而進(jìn)行的。測(cè)量方法基本上是先將水中的有機(jī)物質(zhì)氧化為CO2，然后檢測(cè)CO2的量來(lái)確定TOC的濃度。有機(jī)物質(zhì)的氧化方式主要有以下幾種:高溫催化燃燒氧化，即高溫氧化法；濕化氧化(過(guò)硫酸鹽);紫外(UV)-濕法(過(guò)硫酸鹽)氧化，即紫外線加過(guò)硫酸鹽氧化法；紫外線法，即紫外氧化法。如上所述，TOC測(cè)定方法中的氧化方式有干法氧化和濕式氧化法，其中干法氧化即燃燒氧化法，是一種能確保所有OC被氧化的方法，是一種最準(zhǔn)確的方法，可以作為校準(zhǔn)其他方法的標(biāo)準(zhǔn)。液體樣本可直接注入燃燒管，也可在燃燒前蒸發(fā)。當(dāng)溫度高于1000?1100°C時(shí)，O2可使樣品中的OC被氧化。溫度較低時(shí)，要使氧化反應(yīng)進(jìn)行徹底就需要催化爐。950°C時(shí)，可選擇Cr2O3和C uO等；680°C時(shí)，可選用過(guò)渡金屬的氧化物，如PtXu'乙和N:等。目前，大多數(shù)干法氧化采用950°C的高溫加催化劑，少數(shù)采用680°C加催化劑。LAR公司隨后研發(fā)出不用催化劑的1200°C超高溫燃燒的氧化方式。在1200°C的超高溫下，即使不填充任何催化劑，也能把幾乎所有的有機(jī)物徹底氧化。但是，石英、合金和普通耐火陶瓷都不能在1200°C的超高溫下正常運(yùn)行，需要解決氧化管的材料、制作工藝及加熱方法問(wèn)題。濕法氧化采用不同的氧化劑、消解時(shí)間和反應(yīng)溫度來(lái)氧化CO。氧化劑的種類很多，如過(guò)氧化氫、過(guò)氧化鉀、高錳酸鉀、重鉻酸、過(guò)硫酸鹽等，使用最多的是過(guò)硫酸鈉和過(guò)硫酸銨。在氧化過(guò)程中還常常輔以加熱、加壓、紫外線照射來(lái)提高氧化效率。與燃燒法相比，化學(xué)氧化時(shí)水中溶解性物質(zhì)不干擾，同時(shí)還具有準(zhǔn)確度高、靈敏度高等特點(diǎn)，缺點(diǎn)是費(fèi)時(shí)。對(duì)于CO2的檢測(cè)方法目前主要有非分散紅外探測(cè)法(NDIR)、薄膜電導(dǎo)率探測(cè)法和FID法等。其中非分散紅外探測(cè)法(NDIR)應(yīng)用最成熟、最方便，是探測(cè)技術(shù)的主流，本課題也選用非分散紅外吸收法來(lái)探測(cè)0)2的量從而確定TOC的濃度。
[0004]TOC分析儀作為一種較為新型的環(huán)境在線監(jiān)測(cè)儀器，其研發(fā)涉及化學(xué)、熱物理、流體力學(xué)和紅外探測(cè)等技術(shù)，是一個(gè)較為復(fù)雜的課題。馬康等對(duì)TOC分析技術(shù)及儀器的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀作了較為詳細(xì)的敘述；郭可勇利用基于濕化氧化法的島津TOC分析儀，研究了氧化劑、酸、暴氣時(shí)間和水樣保存等因素對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響；彭曉燕等采用過(guò)燃燒氧化-非分散紅外吸收法測(cè)定總有機(jī)碳，就差減法與直接測(cè)定法的測(cè)定特點(diǎn)進(jìn)行比較，并結(jié)合清潔海水水樣的實(shí)際測(cè)定情況進(jìn)行分析；徐惠中等研制了利用磷酸和過(guò)硫酸鈉氧化水樣，電導(dǎo)檢測(cè)器檢測(cè)電導(dǎo)率的TOC分析儀；Peters0n等通過(guò)改用高靈敏度探測(cè)器等手段，提高了高溫燃燒法TOC分析儀的性能。近年來(lái)，國(guó)家也對(duì)TOC在線監(jiān)測(cè)儀的研究給予了大力支持，中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站的齊文啟研究員進(jìn)行的“總有機(jī)碳及其在線監(jiān)測(cè)儀的研制”得到了科技部863項(xiàng)目的資金支持。齊等根據(jù)對(duì)已售的總有機(jī)碳在線監(jiān)測(cè)儀的調(diào)研，確定了采用紫外催化-過(guò)硫酸鉀氧化法測(cè)定水中總有機(jī)碳的技術(shù)路線，開(kāi)發(fā)研制了總有機(jī)碳自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)儀。
[0005]盡管目前國(guó)內(nèi)學(xué)者、科研人員對(duì)TOC分析儀的研究已經(jīng)取得了很多成果，但仍存在很多問(wèn)題。國(guó)內(nèi)TOC監(jiān)測(cè)儀95%以上的市場(chǎng)仍然被日本、美國(guó)、德國(guó)占領(lǐng)，國(guó)內(nèi)只有少數(shù)幾家TOC監(jiān)測(cè)儀生產(chǎn)廠家，且大多是燃燒催化法測(cè)定，時(shí)間長(zhǎng)，耗能較高。而利用光波、微波加熱的高效節(jié)能且采用觸摸屏顯示方便操作的TOC在線監(jiān)測(cè)儀的研究幾乎處于空白狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高效的水體總有機(jī)碳在線監(jiān)測(cè)儀，選用觸摸屏為顯示、操控平臺(tái)，交互性好，方便快捷；運(yùn)用光波、微波加熱燃燒速度快，光波加熱只需要I?2分鐘或更短時(shí)間，高效節(jié)能，比傳統(tǒng)的催化燃燒加熱節(jié)能20-40%。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0008]—種高效的水體總有機(jī)碳在線監(jiān)測(cè)儀，包括單片機(jī)和燃燒爐，所述單片機(jī)上設(shè)有顯示觸摸屏、報(bào)警電路、串行通信接口和數(shù)據(jù)打印模塊；單片機(jī)通過(guò)光電隔離裝置與蠕動(dòng)栗相連，蠕動(dòng)栗一端與燃燒爐相連，燃燒爐內(nèi)設(shè)有光波、微波加熱裝置和紅外0)2探測(cè)儀，紅外CO2探測(cè)儀用于檢測(cè)燃燒爐內(nèi)的CO 2的含量，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)，所述單片機(jī)上還設(shè)有交流驅(qū)動(dòng)電路、直流驅(qū)動(dòng)電路、傳感輸入模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊，容錯(cuò)模塊和和故障診斷t吳塊。
[0009]其中，單片機(jī)的硬件部分的輸入、輸出均采用光電隔離。
[0010]其中，交流驅(qū)動(dòng)電路采用帶光電隔離的過(guò)零觸發(fā)固態(tài)繼電器。
[0011 ] 其中，直流驅(qū)動(dòng)電路采用帶光電隔離和瞬間干擾吸收的電子開(kāi)關(guān)。
[0012]其中，串行通信接口采用抗雷電的器件。
[0013]其中，傳感輸入模塊的信號(hào)采用數(shù)字濾波。
[0014]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0015](I)運(yùn)用光波、微波加熱燃燒速度快，節(jié)能:傳統(tǒng)TOC儀器使用催化燃燒，溫度上升到680°C?1200°C，一般需要40?50分鐘時(shí)間，而光波、微波加熱只需要1_2分鐘或更短時(shí)間，而且，光波、微波加熱比傳統(tǒng)的催化燃燒加熱節(jié)能20-40%，該技術(shù)填補(bǔ)國(guó)際、國(guó)內(nèi)空白；
[0016](2)根據(jù)儀器監(jiān)測(cè)結(jié)果的TOC濃度，運(yùn)用TOC和COD相關(guān)性理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，換算出地表水、廢水COD濃度，實(shí)現(xiàn)在線儀器TOC濃度和COD濃度的雙重顯示；該技術(shù)填補(bǔ)國(guó)際、國(guó)內(nèi)空白；
[0017](3)隨著技術(shù)的發(fā)展，觸摸屏得到越來(lái)越廣泛使用，設(shè)計(jì)軟件使儀器控制使用觸摸屏，更加方便快捷，觸摸屏應(yīng)用于TOC在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，處于國(guó)際、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一種高效的水體總有機(jī)碳在線監(jiān)測(cè)儀的工作原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種高效的水體總有機(jī)碳在線監(jiān)測(cè)儀，包括單片機(jī)和燃燒爐，所述單片機(jī)上設(shè)有顯示觸摸屏、報(bào)警電路、串行通信接口和數(shù)據(jù)打印模塊；單片機(jī)通過(guò)光電隔離裝置與蠕動(dòng)栗相連，蠕動(dòng)栗一端與燃燒爐相連，燃燒爐內(nèi)設(shè)有光波、微波加熱裝置和紅外0)2探測(cè)儀，紅外CO 2探測(cè)儀用于檢測(cè)燃燒爐內(nèi)的CO 2的含量，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)，所述單片機(jī)上還設(shè)有交流驅(qū)動(dòng)電路、直流驅(qū)動(dòng)電路、傳感輸入模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊，容錯(cuò)模塊和和故障診斷模塊。
[0021 ] 單片機(jī)的硬件部分的輸入、輸出均采用光電隔離。
[0022]交流驅(qū)動(dòng)電路采用帶光電隔離的過(guò)零觸發(fā)固態(tài)繼電器。
[0023]直流驅(qū)動(dòng)電路采用帶光電隔離和瞬間干擾吸收的電子開(kāi)關(guān)。
[0024]串行通信接口采用抗雷電的器件。
[0025]傳感輸入模塊的信號(hào)采用數(shù)字濾波。
[0026]本具體實(shí)施采用微波加熱將水體中的有機(jī)物燃燒氧化為C02，轉(zhuǎn)化速度快且高效節(jié)能。CO2的探測(cè)采用技術(shù)成熟的非分散紅外探測(cè)法(NDIR)來(lái)探測(cè)CO2的量從而確定TOC的濃度。運(yùn)用TOC和COD相關(guān)性理論，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析由儀器監(jiān)測(cè)的TOC濃度換算出水體的COD濃度，能實(shí)現(xiàn)在線儀器TOC濃度和COD濃度的雙重顯示。硬件部分的輸入、輸出均采用光電隔離，以提高儀器的抗干擾能力。交流驅(qū)動(dòng)擬選用帶光電隔離的過(guò)零觸發(fā)固態(tài)繼電器，直流擬選帶光電隔離和瞬間干擾吸收的電子開(kāi)關(guān)。執(zhí)行部分?jǐn)M加入瞬變電壓吸收元件，通訊接口也采用抗雷電的器件。軟件方面，傳感輸入的信號(hào)采用數(shù)字濾波，編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)出錯(cuò)自動(dòng)容錯(cuò)功能和故障自診斷功能等。當(dāng)儀器發(fā)生故障不能自行排除時(shí)，可以進(jìn)行報(bào)警。儀器具有自動(dòng)標(biāo)定、自動(dòng)清洗和故障自診斷和報(bào)警功能，使用和維護(hù)方便，兼容性強(qiáng)，可完全實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)程控制。
[0027]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高效的水體總有機(jī)碳在線監(jiān)測(cè)儀，包括單片機(jī)和燃燒爐，其特征在于，所述單片機(jī)上設(shè)有顯示觸摸屏、報(bào)警電路、串行通信接口和數(shù)據(jù)打印模塊；單片機(jī)通過(guò)光電隔離裝置與蠕動(dòng)栗相連，蠕動(dòng)栗一端與燃燒爐相連，燃燒爐內(nèi)設(shè)有光波、微波加熱裝置和紅外0)2探測(cè)儀，紅外0)2探測(cè)儀用于檢測(cè)燃燒爐內(nèi)的0)2的含量，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)，所述單片機(jī)上還設(shè)有交流驅(qū)動(dòng)電路、直流驅(qū)動(dòng)電路、傳感輸入模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊，容錯(cuò)模塊和和故障診斷模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效的水體總有機(jī)碳在線監(jiān)測(cè)儀，其特征在于，單片機(jī)的硬件部分的輸入、輸出均米用光電隔咼。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效的水體總有機(jī)碳在線監(jiān)測(cè)儀，其特征在于，交流驅(qū)動(dòng)電路采用帶光電隔離的過(guò)零觸發(fā)固態(tài)繼電器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效的水體總有機(jī)碳在線監(jiān)測(cè)儀，其特征在于，直流驅(qū)動(dòng)電路采用帶光電隔離和瞬間干擾吸收的電子開(kāi)關(guān)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效的水體總有機(jī)碳在線監(jiān)測(cè)儀，其特征在于，串行通信接口采用抗雷電的器件。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效的水體總有機(jī)碳在線監(jiān)測(cè)儀，其特征在于，傳感輸入模塊的信號(hào)采用數(shù)字濾波。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高效的水體總有機(jī)碳在線監(jiān)測(cè)儀，包括單片機(jī)和燃燒爐，所述單片機(jī)上設(shè)有顯示觸摸屏、報(bào)警電路、串行通信接口和數(shù)據(jù)打印模塊；單片機(jī)通過(guò)光電隔離裝置與蠕動(dòng)泵相連，蠕動(dòng)泵一端與燃燒爐相連，燃燒爐內(nèi)設(shè)有光波、微波加熱裝置和紅外CO2探測(cè)儀，紅外CO2探測(cè)儀用于檢測(cè)燃燒爐內(nèi)的CO2的含量，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)。本發(fā)明選用觸摸屏為顯示、操控平臺(tái)，交互性好，方便快捷；運(yùn)用光波、微波加熱燃燒速度快，光波加熱只需要1～2分鐘或更短時(shí)間，高效節(jié)能，比傳統(tǒng)的催化燃燒加熱節(jié)能20-40％。
【IPC分類】G01N21/3504, G01N1/44
【公開(kāi)號(hào)】CN105158190
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510519956
【發(fā)明人】劉春暉, 張麗麗, 鄭效田, 高正中, 鄭豐隆, 王曉寧, 衛(wèi)永琴, 黃文超, 王陽(yáng), 阮敬華, 徐沛
【申請(qǐng)人】山東科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年8月15日