[实用新型]一种集合光谱和传感器技术的水质多参数在线自动监测仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种环境监测领域的水质自动监测仪，它将光谱水质分析技术同物理传感器、电化学传感器水质测量技术结合，实现了含化学需氧量（COD）和氨氮在内的十余种常规水质指标的在线自动监测。 

背景技术

目前，我国对地表水和污水水质进行在线自动监测的仪器设备大多采用传统的实验室化学分析方法，如水质COD指标常采用《HJ/T399-2007水质化学需氧量的测定快速消解分光光度法》规定的方法。当前采用的分析方法分析周期长，一般耗时数十分钟以上，不能真正实现实时和在线自动监测的目的；使用化学试剂，甚至剧毒试剂，容易产生二次污染；单台仪器一般只能监测一个参数，需要多参数同时监测时须安装多台仪器，不经济；另外，有一些水质参数若采用现有标准方法无法或很难实现在线自动监测，如水质BOD指标等。 

以采用UV法对水质COD指标实施监测的紫外光度法开启了光学方法直接监测水质指标的先河，近年来多个波长UV法仪器的出现，进一步提高了该类仪器对水质变化的适应性。目前，利用单个或几个波长对水质COD指标进行自动监测的方法和技术较为成熟，市场上成熟的产品不少。但是，几个波长的吸光度数据仍然不能很好地使仪器适应多样化水质和水质变化的情况，而且，采用UV法测量单一COD指标也不能满足水质监测经常需要同时监测多个参数的需求。于是，基于分子吸收光谱的光谱法多参数测量技术和设备成为当前水质在线自动监测领域的发展方向。 

水中某些污染物质可以对特定波长的光产生吸收，形成分子吸收光谱法。于是，利用分子吸收光谱可以找到同水中污染物相关的信息，依此可以获取水质指标，这就是水质分析的光谱法。光谱法具有不使用化学试剂，无二次污染，分析速度快，一台仪器可以同时监测多种参数，可实现水质多参数实时自动监测等特点。但是，由于水样成分的复杂和多变，水体的颜色、颗粒物等干扰因素较多，使得光谱技术用于水质监测的技术和设备开发难度大，商业化产品极少，处于发展之中。另外，氨氮、溶解氧、电导率等常规水质监测指标目前尚不能利用分子吸收光谱技术进行监测。 

目前，利用物理和电化学传感器监测水质指标的仪器设备较多，方法和技术较为成熟。如电极法氨氮在线自动监测仪、浊度计、电导率测定仪、溶氧仪等，该类仪器通常只监测单个参数。 

光谱和传感器技术用于监测水质指标，测量速度快，一般只需数十秒，可实现在线和实时的目的；无需化学试剂，避免了对环境的污染；使用简便，维护简单；多个参数可通过 一台仪器实现，经济节约。目前，光谱技术和传感器技术的应用已经成为水质在线监测领域的发展方向，前景广阔。 

发明内容

为克服现有水质在线自动监测仪一般只能监测一个参数，分析过程周期长，常产生二次污染，以及BOD等水质指标目前尚不能实现在线自动监测等缺点，本实用新型提供了一种水质多参数在线自动监测仪，实时自动监测化学需氧量、生化需氧量（BOD）、高锰酸盐指数、总有机碳、溶解性有机碳、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、浊度、水温、氨氮、溶解氧、电导率等指标，可同时获得的最大水质指标数量不少于10个，无需任何化学药剂，监测水质指标的种类和数量可以选择和定制，可满足对地表水和污水等不同水质多参数同时自动监测的需要。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：采用微型数字光纤光谱仪技术测量水样获取水样的分子吸收光谱，光谱波长范围200nm至800nm，通过对该紫外可见光范围光谱数据的处理获得化学需氧量、生化需氧量、高锰酸盐指数、总有机碳、溶解性有机碳、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮等水质指标；同时，采用物理和电化学传感器测量氨氮、溶解氧、电导率、水温等水质指标。水质分析的光谱技术和传感器技术组合或单独应用可实现不同应用场景对多种水质指标同时和实时自动监测的目的。 

上述紫外可见分子吸收光谱数据来自两个光程不同的光学测量探头，其差值作为待测水样紫外可见分子吸收光谱的原始数据用于计算水样的水质指标。光学测量探头是接受光穿过待测水样并将经水样吸收后的光传送出来的探测器。 

上述提及的传感器技术，指分别利用测量水质指标的各类物理和电化学传感器直接测量水质指标的技术。如采用氨气敏电极或铵离子选择性电极等电化学传感器测量水质氨氮指标，如采用一种用透气薄膜将水样与电化学电池隔开的电极测定水中溶解氧，如采用电导率电极直接测量水的电导率指标，以及采用铂电极法直接测量水温指标，等等。上述技术成熟，市售产品丰富，可直接选用。