一种高效的水体总有机碳在线监测仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种TOC监测仪器，具体涉及一种高效的水体总有机碳在线监测仪。
【背景技术】
[0002]总有机碳(TOC)代替化学需氧量(COD)是国际接轨的需要:国际标准化组织于1987年发布了 ISO 8245-1987《水质总有机碳(TOC)的测定导则》，于1999年发布了IS08245-1999《水质总有机碳(TOC)和可溶性有机碳(DOC)的测定导则》，目前美国主要以TOC来表征水中有机物的含量；日本七十年代初期也开始把TOC列入工业标准(JIS，K0102)，目前已发展到利用TOC取代传统的B0D/C0D比值法检验有机物的生物降解度。美国、日本、英国和西欧一些国家从二十世纪八十年代开始用TOC和总需氧量(TOD)作为有机污染物质的综合监测指标，并加以控制。我国也于2003年由国家环保总局等四部委把TOC正式列入水污染当量值表。
[0003]常规TOC测量是根据水体中C循环，即C的各种存在形态而进行的。测量方法基本上是先将水中的有机物质氧化为CO2，然后检测CO2的量来确定TOC的浓度。有机物质的氧化方式主要有以下几种:高温催化燃烧氧化，即高温氧化法；湿化氧化(过硫酸盐);紫外(UV)-湿法(过硫酸盐)氧化，即紫外线加过硫酸盐氧化法；紫外线法，即紫外氧化法。如上所述，TOC测定方法中的氧化方式有干法氧化和湿式氧化法，其中干法氧化即燃烧氧化法，是一种能确保所有OC被氧化的方法，是一种最准确的方法，可以作为校准其他方法的标准。液体样本可直接注入燃烧管，也可在燃烧前蒸发。当温度高于1000?1100°C时，O2可使样品中的OC被氧化。温度较低时，要使氧化反应进行彻底就需要催化炉。950°C时，可选择Cr2O3和C uO等；680°C时，可选用过渡金属的氧化物，如PtXu'乙和N:等。目前，大多数干法氧化采用950°C的高温加催化剂，少数采用680°C加催化剂。LAR公司随后研发出不用催化剂的1200°C超高温燃烧的氧化方式。在1200°C的超高温下，即使不填充任何催化剂，也能把几乎所有的有机物彻底氧化。但是，石英、合金和普通耐火陶瓷都不能在1200°C的超高温下正常运行，需要解决氧化管的材料、制作工艺及加热方法问题。湿法氧化采用不同的氧化剂、消解时间和反应温度来氧化CO。氧化剂的种类很多，如过氧化氢、过氧化钾、高锰酸钾、重铬酸、过硫酸盐等，使用最多的是过硫酸钠和过硫酸铵。在氧化过程中还常常辅以加热、加压、紫外线照射来提高氧化效率。与燃烧法相比，化学氧化时水中溶解性物质不干扰，同时还具有准确度高、灵敏度高等特点，缺点是费时。对于CO2的检测方法目前主要有非分散红外探测法(NDIR)、薄膜电导率探测法和FID法等。其中非分散红外探测法(NDIR)应用最成熟、最方便，是探测技术的主流，本课题也选用非分散红外吸收法来探测0)2的量从而确定TOC的浓度。
[0004]TOC分析仪作为一种较为新型的环境在线监测仪器，其研发涉及化学、热物理、流体力学和红外探测等技术，是一个较为复杂的课题。马康等对TOC分析技术及仪器的计量标准现状作了较为详细的叙述；郭可勇利用基于湿化氧化法的岛津TOC分析仪，研究了氧化剂、酸、暴气时间和水样保存等因素对测定结果的影响；彭晓燕等采用过燃烧氧化-非分散红外吸收法测定总有机碳，就差减法与直接测定法的测定特点进行比较，并结合清洁海水水样的实际测定情况进行分析；徐惠中等研制了利用磷酸和过硫酸钠氧化水样，电导检测器检测电导率的TOC分析仪；Peters0n等通过改用高灵敏度探测器等手段，提高了高温燃烧法TOC分析仪的性能。近年来，国家也对TOC在线监测仪的研究给予了大力支持，中国环境监测总站的齐文启研究员进行的“总有机碳及其在线监测仪的研制”得到了科技部863项目的资金支持。齐等根据对已售的总有机碳在线监测仪的调研，确定了采用紫外催化-过硫酸钾氧化法测定水中总有机碳的技术路线，开发研制了总有机碳自动在线监测仪。
[0005]尽管目前国内学者、科研人员对TOC分析仪的研究已经取得了很多成果，但仍存在很多问题。国内TOC监测仪95%以上的市场仍然被日本、美国、德国占领，国内只有少数几家TOC监测仪生产厂家，且大多是燃烧催化法测定，时间长，耗能较高。而利用光波、微波加热的高效节能且采用触摸屏显示方便操作的TOC在线监测仪的研究几乎处于空白状态。
【发明内容】
[0006]为解决上述问题，本发明提供了一种高效的水体总有机碳在线监测仪，选用触摸屏为显示、操控平台，交互性好，方便快捷；运用光波、微波加热燃烧速度快，光波加热只需要I?2分钟或更短时间，高效节能，比传统的催化燃烧加热节能20-40%。
[0007]为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:
[0008]—种高效的水体总有机碳在线监测仪，包括单片机和燃烧炉，所述单片机上设有显示触摸屏、报警电路、串行通信接口和数据打印模块；单片机通过光电隔离装置与蠕动栗相连，蠕动栗一端与燃烧炉相连，燃烧炉内设有光波、微波加热装置和红外0)2探测仪，红外CO2探测仪用于检测燃烧炉内的CO 2的含量，并将数据发送到单片机，所述单片机上还设有交流驱动电路、直流驱动电路、传感输入模块、数据转换模块，数据储存模块，容错模块和和故障诊断t吴块。
[0009]其中，单片机的硬件部分的输入、输出均采用光电隔离。
[0010]其中，交流驱动电路采用带光电隔离的过零触发固态继电器。
[0011 ] 其中，直流驱动电路采用带光电隔离和瞬间干扰吸收的电子开关。
[0012]其中，串行通信接口采用抗雷电的器件。
[0013]其中，传感输入模块的信号采用数字滤波。
[0014]本发明具有以下有益效果:
[0015](I)运用光波、微波加热燃烧速度快，节能:传统TOC仪器使用催化燃烧，温度上升到680°C?1200°C，一般需要40?50分钟时间，而光波、微波加热只需要1_2分钟或更短时间，而且，光波、微波加热比传统的催化燃烧加热节能20-40%，该技术填补国际、国内空白；
[0016](2)根据仪器监测结果的TOC浓度，运用TOC和COD相关性理论进行实验分析，换算出地表水、废水COD浓度，实现在线仪器TOC浓度和COD浓度的双重显示；该技术填补国际、国内空白；
[0017](3)随着技术的发展，触摸屏得到越来越广泛使用，设计软件使仪器控制使用触摸屏，更加方便快捷，触摸屏应用于TOC在线监测技术，处于国际、国内领先水平。
【附图说明】
[0018]图1为本发明实施例一种高效的水体总有机碳在线监测仪的工作原理图。
【具体实施方式】
[0019]为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0020]如图1所示，本发明实施例提供了一种高效的水体总有机碳在线监测仪，包括单片机和燃烧炉，所述单片机上设有显示触摸屏、报警电路、串行通信接口和数据打印模块；单片机通过光电隔离装置与蠕动栗相连，蠕动栗一端与燃烧炉相连，燃烧炉内设有光波、微波加热装置和红外0)2探测仪，红外CO 2探测仪用于检测燃烧炉内的CO 2的含量，并将数据发送到单片机，所述单片机上还设有交流驱动电路、直流驱动电路、传感输入模块、数据转换模块，数据储存模块，容错模块和和故障诊断模块。
[0021 ] 单片机的硬件部分的输入、输出均采用光电隔离。
[0022]交流驱动电路采用带光电隔离的过零触发固态继电器。
[0023]直流驱动电路采用带光电隔离和瞬间干扰吸收的电子开关。
[0024]串行通信接口采用抗雷电的器件。
[0025]传感输入模块的信号采用数字滤波。
[0026]本具体实施采用微波加热将水体中的有机物燃烧氧化为C02，转化速度快且高效节能。CO2的探测采用技术成熟的非分散红外探测法(NDIR)来探测CO2的量从而确定TOC的浓度。运用TOC和COD相关性理论，通过实验分析由仪器监测的TOC浓度换算出水体的COD浓度，能实现在线仪器TOC浓度和COD浓度的双重显示。硬件部分的输入、输出均采用光电隔离，以提高仪器的抗干扰能力。交流驱动拟选用带光电隔离的过零触发固态继电器，直流拟选带光电隔离和瞬间干扰吸收的电子开关。执行部分拟加入瞬变电压吸收元件，通讯接口也采用抗雷电的器件。软件方面，传感输入的信号采用数字滤波，编写程序实现数据出错自动容错功能和故障自诊断功能等。当仪器发生故障不能自行排除时，可以进行报警。仪器具有自动标定、自动清洗和故障自诊断和报警功能，使用和维护方便，兼容性强，可完全实现数据共享和远程控制。
[0027]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种高效的水体总有机碳在线监测仪，包括单片机和燃烧炉，其特征在于，所述单片机上设有显示触摸屏、报警电路、串行通信接口和数据打印模块；单片机通过光电隔离装置与蠕动栗相连，蠕动栗一端与燃烧炉相连，燃烧炉内设有光波、微波加热装置和红外0)2探测仪，红外0)2探测仪用于检测燃烧炉内的0)2的含量，并将数据发送到单片机，所述单片机上还设有交流驱动电路、直流驱动电路、传感输入模块、数据转换模块，数据储存模块，容错模块和和故障诊断模块。2.根据权利要求1所述的一种高效的水体总有机碳在线监测仪，其特征在于，单片机的硬件部分的输入、输出均米用光电隔呙。3.根据权利要求1所述的一种高效的水体总有机碳在线监测仪，其特征在于，交流驱动电路采用带光电隔离的过零触发固态继电器。4.根据权利要求1所述的一种高效的水体总有机碳在线监测仪，其特征在于，直流驱动电路采用带光电隔离和瞬间干扰吸收的电子开关。5.根据权利要求1所述的一种高效的水体总有机碳在线监测仪，其特征在于，串行通信接口采用抗雷电的器件。6.根据权利要求1所述的一种高效的水体总有机碳在线监测仪，其特征在于，传感输入模块的信号采用数字滤波。
【专利摘要】本发明公开了一种高效的水体总有机碳在线监测仪，包括单片机和燃烧炉，所述单片机上设有显示触摸屏、报警电路、串行通信接口和数据打印模块；单片机通过光电隔离装置与蠕动泵相连，蠕动泵一端与燃烧炉相连，燃烧炉内设有光波、微波加热装置和红外CO2探测仪，红外CO2探测仪用于检测燃烧炉内的CO2的含量，并将数据发送到单片机。本发明选用触摸屏为显示、操控平台，交互性好，方便快捷；运用光波、微波加热燃烧速度快，光波加热只需要1～2分钟或更短时间，高效节能，比传统的催化燃烧加热节能20-40％。
【IPC分类】G01N21/3504, G01N1/44
【公开号】CN105158190
【申请号】CN201510519956
【发明人】刘春晖, 张丽丽, 郑效田, 高正中, 郑丰隆, 王晓宁, 卫永琴, 黄文超, 王阳, 阮敬华, 徐沛
【申请人】山东科技大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月15日