一种水环境污染指标的在线分析系统及方法与流程

本发明属于生态环境监测分析仪器，更具体地，涉及一种水环境污染指标的在线分析系统及方法。

背景技术：

1、生态环境监测是生态环境保护的根本，传统环境监测正在向现代生态环境监测转变，今后将加大集成化、自动化、智能化、小型化监测装备研发与推广力度。

2、随着我国生态环境监测工作的不断深入与拓展，监测形式的多样化，监测分析中用的仪器也越来越多样化。但目前水环境普遍存在浊度高、水体复杂多样等情况，致使分析仪器的水样测试结果会经常性失真，在自动监测裁定过程中会造成误判。

3、可见，如何解决水环境监测分析中浊度或色度干扰液体计量、光学比色检测及光源不稳定问题，实现水质分析仪器高准确性、稳定性、可靠性的在线监测是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、要解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种水环境污染指标在线分析系统及方法。该分析系统及方法很好地解决了实际水环境中监测遇到的干扰问题，提高了分析仪器的准确性、稳定性和可靠性。

2、为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现。

3、根据本发明的第一方面，水环境污染指标在线分析系统包括：动力单元、光电计量单元、反应比色单元及其他辅助单元。

4、所述动力单元为精密蠕动泵，为抽取液体、排空液体、混合液体等方面提供动力；另外，顺时针方向为正向，逆时针方向为反向，动力单元正向运行提供负压动力，反向运行提供正压动力；所述光电计量单元包括3支光电液位传感器、计量玻璃管、计量支架组件；所述反应比色单元包括反应比色池、光源、光探测器、反馈光探测器、温度传感器、加热器、冷却器、加压阀、消解阀及反应比色支架组件；所述其他辅助单元包括多通道阀、混合阀、排空阀、废液阀、分离阀。

5、优选地，动力单元转速分为下述3中档位：低速为10转/min，中速为30转/min，快速为60转/min。

6、优选地，动力单元的动力端口与混合阀公共通道连接，通过混合阀的常开、常闭通路的位置切换，为光电计量单元、反应比色单元提供动力，动力单元在分析仪的整体运行过程中不接触任何液体，保证了动力单元不被液体腐蚀。

7、优选地，光电计量单元自下而上有3对相同的光电液位传感器，分别记录液体的不同体积，称为下光电液位传感器、中光电液位传感器、上光电液位传感器；其中下光电液位传感器、中光电液位传感器用于记录液体的体积，上光电液位传感器主要用于防止下光电液位传感器、中光电液位传感器失效而增加的保护措施，主要防止腐蚀性液体进入动力单元。

8、优选地，光电液位传感器采用高穿透性光电器件，避免液体浊度影响计量。

9、优选地，光电计量单元顶端通路与混合阀常开通路连接，底端通路与多通道阀com通道相连接。

10、优选地，反应比色单元中的反应比色池由上、下两端分别有两个相同的高压阀，上部称为加压阀、下部称为消解阀；主要作用为池中混合的溶液提供密闭反应空间，在特定环境下，加速混合的溶液进行化学反应。

11、优选地，反应比色单元加压阀通路与排空阀公共通道连接。

12、优选地，反应比色单元消解阀通路与废液阀公共通路连接。

13、优选地，反应比色单元的加热器按特定的方式缠绕在反应比色池外部，为反应比色池中的混合溶液提供反应所需的温度环境。

14、优选地，反应比色单元的冷却器位于该单元背部，其扇叶出风方向正对反应比色池中部，为反应比色池内部混合反应后的溶液提供降温条件，达到可排出的温度环境。

15、优选地，反应比色单元的温度传感器位于反应比色池自下而上高度的1/4处，可实时检测反应比色池的内部温度，包括池中混合溶液反应前、中、后的每个时间段的温度数值；温度传感器不与溶液接触，防止被溶液腐蚀。

16、优选地，反应比色单元的光源、光探测器位于反应比色池自下而上高度的1/3处，且二者分别处于反应比色单元左右两侧，此高度的1/3处为该方案设计对光源发出的检测光无遮挡、无液面折射处，可检测反应比色池无、有液体的实时光强。

17、优选地，反应比色单元的反馈光探测器位于与光源同侧且垂直光源光线方向，用于检测光源强度变化，并及时反馈纠正光源供电情况，使其供电电压稳定。

18、优选地，其他辅助单元中多通道阀可设计安装为八通阀、十通阀或十二通阀，根据分析仪测量指标的不同原理选择相应的多通道阀。

19、优选地，多通道阀各通道阀分别为排液阀、水样阀、反应比色阀、蒸馏水阀、量程样阀、试剂1阀、试剂2阀、试剂3阀及公共通道com通路，其中试剂阀根据上述选择不同的多通道阀可扩展；反应比色阀通路与废液阀常开通路连接。

20、优选地，废液阀常闭通路与分离阀公共通路连接，分离阀常开、常闭两个通路分别接清洗废液箱和反应废液箱，实现废液分离，降低废液处理费用。

21、优选地，排空阀的常闭通路与混合阀的常闭通路连接，排空阀常开通路接空气。

22、根据本发明的第二方面，提供一种利用第一方面所述的水环境污染指标在线分析系统进行水环境监测指标分析的方法，包括现场待测水样、人工标准溶液、量程校准溶液、蒸馏水、试剂1、试剂2、试剂3；其中试剂1、试剂2、试剂3根据监测指标的国标法分析原理的不同，定义名称也不同，但根据国标法分析原理，添加反应试剂顺序可按序号进行表示，即试剂1、试剂2、试剂3；此分析方法分析步骤如下：

23、a、首先进程为清洗，对计量玻璃管和反应比色池进行清洗；

24、动力单元以中速正向运行，同时蒸馏水阀打开，蒸馏水会逐步进入计量玻璃管，蒸馏水凹液面直至上光电液位传感器，动力单元、蒸馏水阀同时停止；动力单元再以中速反向运行，同时排液阀打开，清洗废液进入清洗废液箱，此过程时间记录15s，动力单元、排液阀同时停止；

25、动力单元以快速正向运行，同时蒸馏水阀、反应比色阀、消解阀、加压阀，混合阀常闭通路、排空阀常闭通路开启，将反应比色池快速抽成负压，蒸馏水在负压的作用下快速进入反应比色池，此过程时间记录20s后，动力单元停止运行，同时蒸馏水阀、反应比色阀、消解阀、加压阀、混合阀常闭通路、排空阀常闭通路关闭；然后动力单元以快速反向运行，反应比色阀、消解阀、加压阀同时打开，对反应比色池中蒸馏水进行鼓泡混合，直至运行设定时间20s后停止，动力单元、反应比色阀、消解阀、加压阀关闭；动力单元以中速反向运行，同时混合阀常闭通路、排空阀常闭通路、加压阀、消解阀、废液阀常闭通路开启，将反应比色池中蒸馏水排出至清洗废液箱，此过程时间设定30s，最后动力单元、混合阀常闭通路、排空阀常闭通路、加压阀、消解阀、废液阀常闭通路关闭。

26、b、提取待测水样；

27、动力单元以中速正向运行，同时水样阀打开，将计量玻璃管慢慢抽成负压，待测水样在负压的作用下进入计量玻璃管，由下光电液位传感器定位，动力单元停止运行，此时水样凹液面停留在下光电液位传感器处；动力单元再以低速正向运行，当中光电液位传感器检测到水样凹液面，动力单元、水样阀关闭，水样凹液面停留在中光电液位传感器处；

28、然后，动力单元以中速反向运行，反应比色阀、消解阀、加压阀同时打开，此时计量玻璃管中的待测水样在正压的作用下全部注入反应比色池，此过程时间记录10s；时间到达后，动力单元停止运行，同时反应比色阀、消解阀、加压阀关闭。

29、c、提取参加化学反应的试剂液体；

30、根据水环境污染监测指标的国标法不同分析原理而选取相适应的化学试剂，按b步骤进行提取，此时相应的水样阀分别由试剂1阀、试剂2阀、试剂3阀等代替。

31、d、溶液鼓泡混合；

32、根据c步骤，每提取一种化学试剂，必须对反应比色池中的溶液进行充分混合，即动力单元快速反向运行，同时反应比色阀、消解阀、加压阀打开，向反应比色池内进行鼓泡动作，此为溶液混合，此过程时间每次记录20s，然后停止，即动力单元、反应比色阀、消解阀、加压阀同时关闭。

33、e、混合溶液消解反应；

34、按d步骤完成后，反应比色池中的混合溶液在加热器作用下，温度升至预设温度，然后保持在此预设温度下，混合溶液在密闭环境下进行高压消解反应，直至达到设定消解时间，混合溶液消解完全。

35、f、消解溶液静置；

36、当e步骤完成后，打开光源，消解反应后溶液需进行静置3min。

37、g、消解反应后溶液分析检测；

38、当f步骤完毕后，光源持续照射反应溶液20s，进行比色分析检测，根据标准曲线得到待测水样污染指标的浓度值；

39、具体计算原理是根据朗伯比尔定律，公式如下：

40、其中为吸光度，为入射的单色光强度，为透过光强度；为吸光物质的吸收系数，为光程长度 (cm)，为吸光物质的浓度(mg/l或g/l)；

41、其中，和是由反应比色单元中所述的光探测器进行检测，最终换算成光电压值和，公式为；

42、为在分析仪清洗后、进水样前进行检测得出的光电压值，为混合溶液充分反应完成后进行检测得出的光电压值；

43、此时，当分析系统标准曲线采用两点校准模式，即零点标准溶液和量程标准溶液进行校准，零点标准溶液测得的光电压值，量程标准溶液（浓度值）测得的光电压值，得出标准曲线：。

44、优选地，步骤a中，反应比色池使用蒸馏水进行清洗，首先动力单元、蒸馏水阀、反应比色阀、消解阀、混合阀常闭通路、排空阀常闭通路必须同时开启，且动力单元以快速正向运行，使反应比色池快速抽成负压状态，此过程时间记录20s。

45、优选地，步骤a中，在蒸馏水按设定时间进入反应比色池后，动力单元、反应比色阀、加压阀、消解阀同时开启，且动力单元以快速反向运行，此为对反应比色池中蒸馏水进行鼓泡混合，此过程设定时间20s。

46、优选地，步骤a中，然后，动力单元、混合阀常闭通路、排空阀常闭通路、加压阀、消解阀、废液阀常闭通路开启，且动力单元以中速反向运行，将反应比色池中的清洗蒸馏水排出至清洗废液箱，此过程设定时间30s。

47、优选地，步骤b中，抽取水样至计量玻璃管，首先动力单元、水样阀打开，且动力单元以中速正向运行，将计量玻璃管慢慢抽成负压，水样在负压的作用下进入计量玻璃管，由下光电液位传感器定位，动力单元停止运行，此时水样凹面停留在下光电液位传感器处。

48、优选地，步骤b中，然后动力单元再以低速运行，当中光电液位传感器检测到水样凹面，动力单元停止运行，同时水样阀关闭，水样凹面停留在中液位处。

49、优选地，步骤b中，水样注入至反应比色池，动力单元、反应比色阀、消解阀、加压阀同时打开，且动力单元以中速反向运行，计量玻璃管中的水样在正压的作用下全部注入反应比色池，此过程时间记录10s。

50、优选地，在步骤d中，对参与反应的液体进行充分混合，将动力单元、反应比色阀、消解阀、加压阀同时打开，且动力单元以反向快速运行，向反应比色池进行鼓泡动作，此过程时间每次记录20s。

51、优选地，在f步骤中，反应溶液消解完成后，需进行静置3min。

52、优选地，在步骤g中，计算水样待测指标浓度需根据校准曲线进行换算得出浓度值，校准曲线如下：。

53、本发明方案有益效果。

54、本发明的一种水环境污染指标的在线分析系统及方法，可通用于化学反应-比色检测法的各种水环境污染指标分析仪表，如化学需氧量codcr、高锰酸盐指数codmn、氨氮nh3-n、总磷tp、总氮tn、重金属（六价铬、总铬、砷、汞、铁、锰、镍、锑、银、铜、铝、锌）等。通过动力单元与光电计量单元联合协作运行，能够更加精确地控制溶液到达的指定位置和指定剂量的溶液抽取；利用长时间反应溶液静置及光源反馈设计，能有效解决浊度及光源波动造成的影响；反应比色单元加热器与冷却器的设计，为混合溶液进行化学反应提供了便利快速的环境及反应溶液迅速降温并达到可排放的条件；混合阀和排空阀与动力单元的切换联动，有效降低水质分析仪器运行时间，提高仪器运行效率；本发明实施例提供的水环境污染指标在线分析系统及方法减少了仪器维护保养工作，降低工程维护成本，提高水质分析仪器高准确性、稳定性、可靠性。