本發(fā)明涉及一種水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器。

背景技術(shù)：

水的質(zhì)量、特別是自來水與通過各種設(shè)備制備的純凈水的質(zhì)量，和人類的日常生活及身體健康密切相關(guān)。由于工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)污染、自然災(zāi)害、管道老化、人工疏忽等各種原因，都會(huì)向自來水中引入污染物。純凈水，無論是采用過濾法、電滲析器法、離子交換器法、反滲透法、蒸餾法、或其他適當(dāng)?shù)募庸し椒ㄖ苽?，都?huì)因?yàn)檫^濾材料污染、停電、離子交換樹脂飽和或老化、膜老化或變形、蒸餾通道的污染、人工疏忽、等各種原因，導(dǎo)致純凈水的不純凈。因此，在不斷完善自來水和純凈水凈化技術(shù)和強(qiáng)化管理的同時(shí)，必須配置合適的方法監(jiān)測(cè)這些水的水質(zhì)，維護(hù)人體健康。

雖然已經(jīng)開發(fā)成功有多種用于監(jiān)測(cè)水的質(zhì)量的檢測(cè)方法和設(shè)備，但是，由于水中的污染物種類太多，如各種微生物，病毒、細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物、藻，各種重金屬水溶性鹽、其它水溶性鹽、各種水溶性有機(jī)物和揮發(fā)性有機(jī)物、各種懸浮顆粒、氮元素物質(zhì)、磷元素物質(zhì)、放射性物質(zhì)等等，要完成很多測(cè)試后，才能判斷水的質(zhì)量，速度慢，且成本高。

自來水和采用各種設(shè)備制備的純凈水，一般需要快速了解它們的水質(zhì)，以確保人類可以隨時(shí)使用，因此，需要發(fā)明出單一的、快速檢測(cè)水質(zhì)的在線監(jiān)測(cè)儀，特別是便攜式全功能水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種快速測(cè)量、并且測(cè)量準(zhǔn)確的水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種全功能水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀，包括管道，所述管道的進(jìn)水端連接至外界水管，所述管道沿水流的流動(dòng)方向依次設(shè)有電場(chǎng)誘導(dǎo)區(qū)和紫外可見光傳感區(qū)，所述電場(chǎng)誘導(dǎo)區(qū)包括設(shè)于管道內(nèi)的沿水流方向延伸相對(duì)平行設(shè)置的正極板和負(fù)極板，所述紫外可見光傳感區(qū)包括設(shè)于管道外側(cè)的相對(duì)設(shè)置的紫外可見光傳感器和紫外可見光光源。

為了防止電場(chǎng)對(duì)水中水溶性無色鹽的影響失效，所述紫外可見光傳感區(qū)與電場(chǎng)誘導(dǎo)區(qū)之間的間距小于3cm。

優(yōu)選地，所述電場(chǎng)誘導(dǎo)區(qū)，正極板和負(fù)極板的面積為3mm²-8cm²，正極板和負(fù)極板之間的距離為2mm-5cm，施加在正負(fù)電極板上的電壓為2v-30v。

為了便于測(cè)量，還包括比對(duì)池，比對(duì)池中放有合格的水作為參照，所述比對(duì)池位于所述紫外可見光傳感區(qū)的管道的相鄰位置，并且同樣位于紫外可見光傳感器和紫外可見光光源之間。

優(yōu)選地，所述紫外可見光光源的波長(zhǎng)在270nm～400nm。

為了使測(cè)定的結(jié)果更加穩(wěn)定，所述管道的出水口的內(nèi)徑小于進(jìn)水口的內(nèi)徑。

優(yōu)選地，所述管道的出水口的內(nèi)徑為進(jìn)水口內(nèi)徑的50％以內(nèi)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于該全功能水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀，能夠迅速、準(zhǔn)確得測(cè)出水中多種污染物的變化并且進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警，不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)施容易，成本低，而且測(cè)量報(bào)警準(zhǔn)確，能夠同時(shí)測(cè)量多種水中污染物，實(shí)現(xiàn)全功能快速監(jiān)測(cè)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的全功能水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀的示意圖。

圖2為圖1中A方向的示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的全功能水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀的另一實(shí)施例的示意圖。

圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例的在線監(jiān)測(cè)儀測(cè)得的水中菌落總數(shù)與吸光度之間的關(guān)系示意圖。

圖5為本發(fā)明第二實(shí)施例的在線監(jiān)測(cè)儀測(cè)得的水中鈉濃度與吸光度之間的關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明實(shí)施例的全功能水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀，包括管道1，管道1內(nèi)的水從入口端向出口端單向流動(dòng)，管道1的入口端與外界的水道連通用于接入需要測(cè)量的水。

如圖1、2所示，管道1內(nèi)根據(jù)水流的流動(dòng)方向依次設(shè)置有電場(chǎng)誘導(dǎo)區(qū)3和紫外可見光傳感區(qū)2。該紫外可見光傳感區(qū)2包括設(shè)于管道1的外側(cè)的紫外可見光傳感器21，并且管道1的相對(duì)于紫外可見光傳感器21的另一側(cè)外設(shè)有紫外可見光光源22。該電場(chǎng)誘導(dǎo)區(qū)3包括設(shè)于管道1內(nèi)的兩塊沿水流方向延伸相對(duì)平行設(shè)置的極板，分別為正極板31和負(fù)極板32，正極板和負(fù)極板分別連接至外界電源的正負(fù)極，該外界電源優(yōu)選為交流電。該電場(chǎng)誘導(dǎo)區(qū)3可以采用點(diǎn)式電場(chǎng)，例如采用接觸式電導(dǎo)電極。由于外加電場(chǎng)誘導(dǎo)了水中水溶性無色鹽的離子在水中有序快速運(yùn)動(dòng)，離子的快速運(yùn)動(dòng)改變了水的物料狀態(tài)，使水對(duì)紫外可見光子的吸收增強(qiáng)，導(dǎo)致吸光度增加，該吸光度的增加與水中的可溶性無色鹽的濃度呈正比。

并且該電場(chǎng)誘導(dǎo)區(qū)3與紫外可見光傳感區(qū)2之間的距離，即電場(chǎng)的正、負(fù)極板和紫外可見光傳感器21之間的間距要小于3cm。電場(chǎng)引起的離子移動(dòng)產(chǎn)生對(duì)紫外可見光的吸收，如果電場(chǎng)距離紫外可見光傳感器太遠(yuǎn)，離子脫離電場(chǎng)后，很快恢復(fù)了自由移動(dòng)狀態(tài)，不對(duì)紫外可見光發(fā)生干擾，就無法被紫外可見光傳感器檢測(cè)到，會(huì)造成對(duì)水中溶解的無色鹽的測(cè)定結(jié)果偏低。也就是電場(chǎng)誘導(dǎo)區(qū)3的存在使得水中的水溶性無色鹽能夠被檢出。

該電場(chǎng)誘導(dǎo)區(qū)3的電場(chǎng)的大小由三個(gè)組成參數(shù)決定，即電極板的面積s為3mm²-8cm²，兩個(gè)電極板之間的距離d為2mm-5cm，施加在電極上的電壓V為2v-30v。在該范圍內(nèi)，水溶性無色鹽的濃度和測(cè)得的吸光度之間能夠位于線性曲線范圍內(nèi)。

紫外可見光傳感器21是利用光敏元件將紫外可見光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的探測(cè)器，其具有兩種模式，光伏模式或者光導(dǎo)模式，兩類工作模式的紫外可見光傳感器21都適用于本發(fā)明。雖然光伏模式不需要串聯(lián)電池，串聯(lián)電阻中有電流，而傳感器相當(dāng)于一個(gè)小電池，輸出電壓，但是制作比較難，成本比較高，所以不優(yōu)選。而光導(dǎo)模式雖然需要串聯(lián)一個(gè)電池工作，傳感器相當(dāng)于一個(gè)電阻，電阻值隨光的強(qiáng)度變化而變化，這種制作容易，成本較低，優(yōu)選。全部波段的紫外可見光光源都適用于本發(fā)明中所述的紫外可見光傳感器，考慮到強(qiáng)光子導(dǎo)致玻璃視窗和傳感器元件的老化速度較快，優(yōu)選270nm～400nm波段的紫外可見光光源和對(duì)應(yīng)的紫外可見光傳感器。

并且，該管道1的出水口的內(nèi)徑需要小于進(jìn)水口的內(nèi)徑，一般是進(jìn)水口的90％以內(nèi)，優(yōu)選地，為進(jìn)水口50％以內(nèi)。

該全功能水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀的測(cè)定方法，可以有兩種，其中一個(gè)是使用合格水標(biāo)定方法，即，先將符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水通過本發(fā)明的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀，記錄對(duì)應(yīng)的紫外可見光傳感器的讀數(shù)，以此讀數(shù)為基數(shù)M，設(shè)定水質(zhì)正常數(shù)據(jù)為N，超過數(shù)據(jù)N就被判斷為水質(zhì)異常，進(jìn)行報(bào)警。其中，水質(zhì)正常數(shù)據(jù)和基數(shù)M之間的關(guān)系，可以根據(jù)不同供水地方和供水的質(zhì)量需求進(jìn)行調(diào)整，以減少不必要的報(bào)警。

Q＝(N-M)/M；

公式中的N和M可以是測(cè)量得到的電信號(hào)，Q可以設(shè)為1％-10％之間，或其它需要的具體數(shù)據(jù)，例如，制藥用水的Q可以更小，即對(duì)水質(zhì)的要求較高；經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)Q可以更大一些，即對(duì)水質(zhì)的要求較低。公式中的N和M既可以是測(cè)量得到的電信號(hào)，也可以是常用的吸光度。如果使用吸光度，可以將符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水的吸光度定為零，測(cè)得的樣品水的吸光度數(shù)據(jù)是Q，設(shè)定Q的大小范圍即可控制報(bào)警的靈敏度。

另外一種測(cè)量原理是使用合格水比對(duì)方法，利用雙光通道并且同時(shí)讀數(shù)的方法，如附圖3所示，即在測(cè)試儀中設(shè)有比對(duì)池。在線監(jiān)測(cè)水質(zhì)時(shí)，比對(duì)池中放有合格的水作為參照，兩個(gè)通道的讀數(shù)進(jìn)行比對(duì)。紫外可見光傳感器測(cè)得的樣品水的水質(zhì)讀數(shù)為N，比對(duì)用的合格水水質(zhì)讀數(shù)數(shù)據(jù)為M，N超過數(shù)據(jù)M就可以被判斷為水質(zhì)異常，進(jìn)行報(bào)警。實(shí)際應(yīng)用中，比對(duì)用的合格水水質(zhì)讀數(shù)M和樣品測(cè)得值N之間的關(guān)系，可以根據(jù)不同供水地方和供水的質(zhì)量需求進(jìn)行調(diào)整，以減少不必要的報(bào)警。

Q＝(N-M)/M；

Q可以設(shè)為1-10％之間，或其它需要的具體數(shù)據(jù)。

同樣的，公式中的N和M既可以是測(cè)量得到的電信號(hào)，也可以是常用的吸光度。如果使用吸光度，可以將符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水的吸光度定為零，測(cè)得的樣品水的吸光度數(shù)據(jù)是Q。該種方法中，該在線監(jiān)測(cè)儀可以設(shè)有比對(duì)池4，該比對(duì)池4設(shè)于管道1的相鄰的位置，與紫外可見光傳感器2相鄰設(shè)置，并且同時(shí)位于紫外可見光光源22和紫外可見光傳感器21之間，如圖3所示。

實(shí)施例一：

該實(shí)施例采用的是合格水標(biāo)定方法，如圖1所示，以存儲(chǔ)有電阻率為18MΩ*cm(25℃)的純水的儲(chǔ)水箱51作為水源和合格水，另一個(gè)樣品水箱52內(nèi)是用于調(diào)節(jié)水質(zhì)而校驗(yàn)監(jiān)測(cè)儀的水樣品，18MΩ*cm的純水中加入對(duì)應(yīng)的污染物配制，兩種水可以經(jīng)過一個(gè)三通5，用蠕動(dòng)泵將純水和樣品水通過水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀向另一個(gè)儲(chǔ)罐輸送，即三通5的兩個(gè)端口分別連接純水儲(chǔ)水箱51和樣品水箱52，另一個(gè)端口連接水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀。水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀標(biāo)定時(shí)，只有純水在管道1內(nèi)運(yùn)送，電場(chǎng)誘導(dǎo)區(qū)3使用接觸式電導(dǎo)電極，例如采用Oakton CON6+接觸式電導(dǎo)電極，4個(gè)3A的干電池作為電源驅(qū)動(dòng)，激發(fā)水溶性鹽，紫外可見光傳感區(qū)2選用280nm的紫外可見光波長(zhǎng)，將測(cè)得的吸光度存為記憶，即作歸零用。正常檢測(cè)時(shí)，純水和樣品水以1:1混合進(jìn)行。三通的第三端連接本發(fā)明的便攜式全功能水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀，每次換樣品水時(shí)，水的管道至少用電阻率為18MΩ*cm純水單獨(dú)運(yùn)行15分鐘，確保兩次試驗(yàn)不相互干擾。

對(duì)該在線監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行驗(yàn)證的樣品水的編號(hào)和水中的污染物含量、及對(duì)應(yīng)的相對(duì)吸光度測(cè)得值分別為如下表1所示。

表1：

所有這些污染物濃度增加、即水質(zhì)出現(xiàn)異常，都會(huì)被本發(fā)明的便攜式全功能水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀，立即的檢測(cè)到，結(jié)果顯示，該全功能水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀達(dá)到預(yù)期的發(fā)明目標(biāo)。如果便攜式全功能水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀的純水的標(biāo)準(zhǔn)值確定為零，這個(gè)儀器的靈敏度一般都能達(dá)到：菌落總數(shù)(CFU/mL)從6開始上升；鉛(mg/L)的濃度從0.001開始上升；硝酸鹽(以N計(jì)，mg/L)的濃度從10開始上升；色度(鉑鈷色度單位)從2開始上升；渾濁度(NTU-散射濁度單位)從0.1開始上升；鐵(mg/L)的濃度從0.05開始上升；硫酸鹽(mg/L)的濃度從20開始上升；總α放射性(Bq/L)從0.2開始上升；臭氧(O3，mg/L)的濃度從0.01開始上升；或鈉(mg/L)的濃度從50開始上升。

實(shí)施例二：

該實(shí)施例主要用于驗(yàn)證水中污染物濃度與檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)的線性關(guān)系，其方法采用與實(shí)施例一相同的參數(shù)以及樣品的選取使用，如圖4所示，該圖中為水中的菌落總數(shù)與測(cè)得的吸光度之間的關(guān)系，如圖5所示，該圖中為水中的鈉的濃度與吸光度之間的關(guān)系?？梢钥闯?，該兩個(gè)圖中的水中污染物濃度與吸光度之間都呈線性關(guān)系，使得該水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀能夠更好更快地監(jiān)測(cè)水質(zhì)。

實(shí)施例三：

該實(shí)施例，采用合格水比對(duì)法監(jiān)測(cè)。以電阻率為18MΩ*cm(25℃)的純水儲(chǔ)水箱中的水作為洗滌測(cè)試管道的純水，樣品水箱內(nèi)的水樣品為電阻率為18MΩ*cm的純水中加入對(duì)應(yīng)的污染物配制，用蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)水罐。樣品水箱和純水儲(chǔ)水箱同樣通過三通連接至在線監(jiān)測(cè)儀。該實(shí)施例的全功能水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀設(shè)有比對(duì)池4，比對(duì)池4設(shè)于紫外可見光傳感區(qū)2，同樣位于紫外可見光光源22和紫外可見光傳感器21之間。每次換樣品水時(shí)，管道1內(nèi)至少用18MΩ*cm純水單獨(dú)運(yùn)行15分鐘，確保兩次試驗(yàn)不相互干擾。測(cè)試時(shí)選用純水作為比照品。電場(chǎng)誘導(dǎo)區(qū)3使用接觸式電導(dǎo)電極，Oakton CON6+接觸式電導(dǎo)電極，4個(gè)3A的干電池驅(qū)動(dòng)，激發(fā)水溶性鹽，紫外可見光傳感區(qū)2選用280nm的紫外可見光波長(zhǎng)。對(duì)測(cè)試儀進(jìn)行驗(yàn)證的樣品水的編號(hào)和水中的污染物含量、及對(duì)應(yīng)的相對(duì)吸光度測(cè)得值分別如表2所示：

表2：

結(jié)果顯示，無論是使用合格水參照法、還是比對(duì)方法，都能精確測(cè)得水質(zhì)的異常。

本發(fā)明揭示的便攜式全功能水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀，用紫外可見光傳感器就可以測(cè)量出水中的所有水質(zhì)異常，包括各種微生物，病毒、細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物、澡、等的突然增加導(dǎo)致的水質(zhì)異常，突然出現(xiàn)的放射性物質(zhì)導(dǎo)致的水質(zhì)異常，各種水溶性有機(jī)物和揮發(fā)性有機(jī)物的突然升高導(dǎo)致的水質(zhì)異常，突然增加的各種懸浮顆粒導(dǎo)致的水質(zhì)異常，含氮和磷非離子物質(zhì)的增加導(dǎo)致的水質(zhì)異常，各種離子的突然增加導(dǎo)致的水質(zhì)異常，包括含氮元素離子的增加導(dǎo)致的水質(zhì)異常，含磷元素離子的增加導(dǎo)致的水質(zhì)異常，各種重金屬水溶性鹽濃度升高導(dǎo)致的水質(zhì)異常，和其它水溶性鹽濃度的突然升高導(dǎo)致的水質(zhì)異常等等。因?yàn)榭梢酝瑫r(shí)測(cè)出水中的所有污染物超標(biāo)導(dǎo)致的水質(zhì)異常，本發(fā)明的水質(zhì)在線檢測(cè)儀可以快速、及時(shí)報(bào)告水質(zhì)的異常。