專利名稱：一種在線測定處理水動態需氯量的設備及方法
技術領域：
本發明屬于給水處理消毒領域，特別涉及一種在線測定處理水動態需氯量的設備及方法。
背景技術：
消毒是飲用水處理工藝過程中必不可少的環節，是保障飲用水安全的最后一道屏障，而氯氣或次氯酸鹽在目前仍然是中國絕大部分給水廠采用的消毒劑。消毒的首要目標是實現大腸桿菌、病毒等病原微生物的滅活，以及控制輸水過程中微生物的再生長以及管壁生物膜的生長。為了保證水質的微生物安全性，消毒劑的投量要保證管網末梢具有一定的消毒劑水平，否則可能導致管網末梢和龍頭水微生物安全性難以保障。當處理水中含有 較高的有機物時及溴等消毒副產物前驅物時，消毒劑會與之反應生成具有致癌、致畸、致突變作用的鹵代消毒副產物，而我國飲用水標準(GB5749-2006 )對其中的26種消毒副產物進行了限制。為了保證水質的化學安全性，消毒劑的投量要低于一定的限度，投加量過大不僅造成經濟上的浪費，而且會導致消毒副產物的超標，此外，對于部分使用氯胺作為二次消毒劑的給水廠來說，一般均是在投加氯的一段時間后投加氨氮，如果投加氯不足會造成氨氮的過剩，而投加氯過量則可能會生成三氯胺等造成二次污染。因此，消毒劑的投量是維系供水微生物安全性和化學安全性的重要因素。目前自來水廠調整投加氯量的方法主要有經驗法、根據水量調整加氯量、根據清水池出水口余氯值調整加氯量、根據管網末梢有效氯的濃度調整加氯量，但是以上幾種方法均存在一定的缺陷。經驗法會受到人為主觀因素的制約比較大，往往會造成巨大的誤差；根據水量變化調整加氯量的方法沒有考慮到水質波動的影響，而且在確定單位質量消毒劑的投加量上面也存在很大的困難；根據清水池出水口和管網末梢有效氯的濃度調整加氯量的方法存在著滯后性，當水質情況波動較大的時候難以掌握合適的投加量。曹德明等人提出了按需加氯控制系統(專利申請號CN201020682570.0)，其主要技術方案是在加氯處設有氨氮在線監測儀，在加氯點后水力停留時間為4-6分鐘的位置設余氯在線監測儀從而實現需氯量的快速反饋與調節。但是該方法仍屬滯后調節，在水質異常劇烈波動而又受技術所限難以快速采取調節措施的情況下會導致供水不達標的情況。另外，該方法僅僅考慮了可以與氯在短期內(4-6分鐘)反應而消耗氯的物質，而沒有考慮可與氯慢速反應從而消耗氯的物質，這對于需要遠距離輸配的水廠而言仍存在風險。因此，開發可根據處理水水質情況進行前端調節、可同時計算處理水的短期需氯量和長期需氯量的投加量控制技術，是目前研究與工程應用中亟需解決的難點問題。停留光譜技術是一種可以實現反應物之間快速混合并測定其短期內濃度變化的技術。第一臺停留光譜設備是基于Gibson和Milnes的研究(Biochem.J. Vol. 91，161 (1964))，之后在 Alan Queen (專利號 US4399101 )、Christopher Bull (專利號US5098186)等人的不斷改進下實現了完全快速混合、反應池容量的可控調節、電腦連接自動化控制等功能，根據Echigo和Minear利等人的研究(Environ. Sci. & Technol.Vol. 53(2006))，水體中的天然有機物中與氯反應的部位可以分為快速反應部位和慢速反應部位，因此為停留光譜技術測定處理水的短期需氯量和長期需氯量提供了理論基礎。本發明利用在線停留光譜設備進行氯和處理水之間的反應，精確檢測氯與處理水一段時間內的消耗，并通過一定的動力學擬合計算得出處理水中可與氯快速反應組分的需要消耗氯的量及慢速反應的部位消耗氯的速率，從而快速計算處理水的需氯量，確保安全、經濟、穩定供水。
發明內容
本發明的目的之一是提供一種可以實現在線測定處理水動態需氯量的設備。本發明的目的之二是提供一種在線測定處理水動態需氯量的方法，以期能夠在線測定處理水的短期需氯量和長期需氯量，從而為給水處理投加氯量的確定提供理論依據，并在水質發生較大波動時能夠預先判定并調整氯的投加量。 本發明的技術方案是，對現有的四通路停留光譜儀進行改造，增加在線控制單元，即形成所謂在線停留光譜設備。利用所述的在線停留光譜設備在線精確測定氯與處理水在經歷一段反應時間后剩余有效氯的濃度，并通過對剩余有效氯的濃度的對數值與反應時間的線性回歸擬合將氯與處理水的反應劃分為快速反應和慢速反應，并據此建立快速階段處理水的短期需氯量和慢速反應階段處理水的長期需氯量的計算公式，并根據對管網末梢處余氯值的要求及停留時間計算投加氯點處理水的動態需氯量，從而可以實現投加氯的前期控制，實現投加氯的經濟和安全，有效保障供水安全。本發明的在線測定處理水動態需氯量的設備即在線停留光譜設備包括四通路的停留光譜單元和在線控制單元；利用所述的四通路的停留光譜單元精確測定氯與處理水反應一段時間后的有效氯的濃度，并利用所述的在線控制單元實現實時、自動、在線測定處理
水動態需氯量。所述的四通路的停留光譜單元(結構仿照現有的停留光譜儀Stopped-flowspectrometer, SX20, Applied physics Co.，UK)包括四通路進樣器、快速混合容器、反應池、帶有切換閥的推流式停留控制器、紫外燈、單色器及紫外檢測器；所述的在線控制單元包括CODtfa (高錳酸鹽指數)在線監測儀、三通閥、計算機及與所述的四通路的停留光譜單元相連接的自動化控制器。所述的四通路進樣器的結構仿照現有儀器包括四個帶有切換閥的推流式進樣器，每個帶有切換閥的推流式進樣器包括一個進樣端和一個反應端。所述的帶有切換閥的推流式停留控制器的結構，包括一個反應端和一個廢液端。所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器中的第一通路進樣器的反應端、第二通路進樣器的反應端和第四通路進樣器的反應端分別通過管道與所述的快速混合容器的一端相連接；所述的快速混合容器的另一端通過管道與所述的反應池的一端相連接，所述的反應池的另一端分別通過管道與所述的帶有切換閥的推流式停留控制器的反應端和所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器中的第三通路進樣器的反應端相連接；在所述的反應池的上方安裝有所述的單色器，在所述的單色器的上方安裝有所述的紫外燈；在所述的反應池的下方安裝有所述的紫外檢測器。所述的帶有切換閥的推流式停留控制器的廢液端安裝有廢液排出管；所述的第三通路進樣器的進樣端通過帶有第三三通閥的進樣管道分別與顯色劑儲存罐和第三純凈水罐相連接。所述的第一通路進樣器的進樣端通過帶有第一三通閥的進樣管道分別與氯儲備液儲存罐及第一純凈水罐相連接；所述的第二通路進樣器的進樣端通過帶有第二三通閥的進樣管道分別與第二純凈水罐及處理水儲存罐相連接；所述的處理水儲存罐通過進樣管道與所述的CODtfa在線監測儀相連接，且在該進樣管道上安裝有處理水進水閥；所述的CODtfa在線監測儀通過進樣管道與帶有處理水進水管的采樣水點相連接；所述的第四通路進樣器的進樣端通過帶有第四三通閥的進樣管道分別與第四純凈水罐及緩沖溶液儲存罐相連接。所述的第一通路進樣器、所述的第二通路進樣器、所述的第三通路進樣器、所述的第四通路進樣器、所述的停留控制器、所述的紫外燈、所述的單色器、所述的紫外檢測器、所述的CODfc在線監測儀、所述的第一三通閥、所述的第二三通閥、所述的第三三通閥和所述的第四三通閥均通過信號線與自動化控制器相連接；所述的計算機通過信號線分別與所述的自動化控制器、所述的在線CODtfa監測儀及所述的紫外檢測器相連接。所述的反應池的容積可以自動調整，且等于該時刻的總的進樣量，即進樣溶液剛好注滿反應池，在所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器的體積均設置完成后，所述的反應池的最大容量應設置為所述的反應池的最大容量為所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器的容量之和。所述的反應池的容積由所述的帶有切換閥的推流式停留控制器控制。所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器中的所述的第一通路進樣器與所述的第二通路進樣器的體積相同，優選為8(Γ 20μ L。所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器中的所述的第三通路進樣器與所述的第四通路進樣器的體積相同，優選為7(Γ 00μ L。利用本發明的在線測定處理水動態需氯量的設備進行在線測定處理水動態需氯量的方法的原理為根據處理水中的物質與氯反應速度的不同，處理水中的物質可以分為快速反應物質和慢速反應物質。快速反應物質主要在反應初期階段與氯反應而被迅速消耗掉，其對應的需氯量在本發明中被稱為短期需氯量，該初期階段被稱為快速反應階段，其反應可看作符合關于氯濃度與快速反應物質的二級反應動力學關系；而慢速反應物質主要在反應的中長期階段與氯反應而被緩慢的消耗，其對應的需氯量在此處被稱為長期需氯量，該中長期階段被稱為慢速反應階段，由于在處理水的消毒過程中，氯的投量相比處理水中慢速反應物質的化學計量是遠遠不足的，因此該慢速反應階段的反應可看作符合關于氯濃度的準一級反應動力學關系，即dC/dt=_kC(I)其中，C是有效氯的濃度，單位mg/L ；k是一級反應動力學常數,單位為IT1 ；積分后可知In(C)與反應時間t成線性關系，線性擬合可得其一級反應動力學常數k的值，又因為氯溶液與處理水是等體積混合，混合后氯和處理水的濃度均稀釋為原有濃度的一半。據此計算出在慢速反應階段有效氯的濃度C隨反應時間t變化的方程，即l/2C=(l/2C0-l/2D)exp(-k(t-t0)) (2)簡化為C=(Cq-D) exp (-k(t_tQ)) (3)·剛 Co = exp(-A'(x(/-r0)) + Z)其中，C與k的意義和單位同公式(I);C0是在線測定處理水動態需氯量，單位為mg/L ；D是短期需氯量,單位為mg/L ；t是快速反應階段和慢速反應階段氯與處理水接觸的總時間，單位為h ；t0快速反應階段氯和處理水接觸的時間，單位為h。通過下述的(2. 3)步驟擬合計算可得到D，k，t0值，并依據水廠的工藝特征獲得處理水到達管網末梢處所需的消毒時間t和該時刻的所需有效氯的濃度C，即可倒推出投加 氯點的動態需氯量Q。利用本發明的在線測定處理水動態需氯量的設備進行在線測定處理水動態需氯量的方法包括以下步驟(I)、配制儲備溶液在氯儲備液儲存罐中加滿濃度為10mg/L的次氯酸鈉水溶液，在顯色劑儲存罐中加滿作為顯色劑的濃度為2mM的N，N- 二乙基-1，4-苯二胺(DH)水溶液)水溶液或2，2-聯氮-二 - (3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)_ 二銨鹽(ABTS水溶液)水溶液；當以DH)水溶液作為顯色劑時，在緩沖溶液儲存罐中加滿作為緩沖溶液的2mM pH6. 5的磷酸緩沖溶液，當以ABTS水溶液作為顯色劑時，在緩沖溶液儲存罐中加滿作為緩沖溶液的pH為I. 8^2. 3的無機強酸水溶液(例如O. 01mol/L的鹽酸溶液);打開處理水進水閥，使處理水從采樣點處通過處理水進水管并流經CODfc在線監測儀加入到處理水儲存罐中并加滿；利用CODtfa在線監測儀測定處理水的CODtfa值；(2)、在線測定處理水動態需氯量(2. I)繪制標準曲線(2. 11)設置四通路進樣器的四個帶有切換閥的推流式進樣器中的第一通路進樣器與第二通路進樣器的體積相同(優選均為8(Γ120 μ L)，第三通路進樣器與第四通路進樣器的體積相同(優選均為7(Γ 00μυ ;通過控制安裝在所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器的切換閥，使純凈水和步驟(I)配制的儲備溶液按設定比例分別進入四個帶有切換閥的推流式進樣器中；其中，調整氯儲備液和純凈水的進樣比例，使步驟(I)氯儲備液儲存罐中的次氯酸鈉水溶液在進入所述的第一通路進樣器中時，次氯酸鈉水溶液中有效氯的濃度分別為0. r3mg/L中的六個點，及次氯酸鈉水溶液中有效氯的濃度為0mg/L (作為對照);在所述的第二通路進樣器中加入純凈水；調整顯色劑(DB)水溶液或ABTS水溶液)和純凈水的進樣比例，使步驟(I)顯色劑儲存罐中的顯色劑(DB)水溶液或ABTS水溶液)在進入所述的第三通路進樣器中時，顯色劑的濃度按照進樣體積計算，使在反應池中的顯色劑與有效氯的摩爾濃度之比為8: f 15:1 ;使步驟(I)緩沖溶液儲存罐中的緩沖溶液在進入所述的第四通路進樣器中時，所加入的緩沖溶液的濃度依所述的顯色劑的種類而定，當顯色劑為DPD水溶液時，調整作為緩沖溶液的2mM pH6. 5的磷酸緩沖溶液和純凈水的進樣比例，使得所述的第四通路進樣器中緩沖溶液的濃度按照進樣體積計算，使在反應池中的顯色劑與緩沖溶液的摩爾濃度比為1:1，當顯色劑為ABTS水溶液時，調整作為緩沖溶液的pH為I. 8^2. 3的無機強酸水溶液和純凈水的進樣比例，使得所述的第四通路進樣器中緩沖液的濃度按照進樣體積計算，使在反應池中的混合液的pH為3 ;(2. 12)通過控制所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器的切換閥，使四個所述的帶有切換閥的推流式進樣器的進樣端分別與進樣管道相連通，使步驟(2. 11)中四個通路進樣器中的液體進入反應池；進樣順序為所述的第一通路進樣器和所述的第二通路進樣器首先同時進樣，使得次氯酸鈉水溶液和純凈水通過快速混合容器混合后進入反應池中，O. 5^2秒鐘后，所述的第三通路進樣器和所述的第四通路進樣器同時進樣，使得顯色劑直接進入反應池，緩沖溶液通過快速混合容器進入反應池，氯與顯色劑在緩沖溶液中反應生成具有顏色的產物，并用紫外光譜分別測定所選取的有效氯的濃度分別為O. r3mg/L中的六個點，及次氯酸鈉水溶液中有效氯的濃度為Omg/L (作為對照)所得具有顏色的產物的紫外吸光度的強度，具體的紫外測定波長要依照顯色劑而定，當顯色劑為DH)水溶液時，紫外測定波長為515nm，當顯色劑為ABTS水溶液時，紫外測定波長為728nm ;所述的紫外測定波長是通過單色器來調節的；
(2. 13)以步驟(2. 12)測定的次氯酸鈉水溶液中有效氯的濃度分別為O. f 3mg/L中的六個點及Omg/L時對應的紫外吸光度的強度A作為橫軸，以相對應的所述的第一通路進樣器中的次氯酸鈉溶液中的有效氯的濃度C作為縱軸繪制標準曲線，并進行線性回歸，建立紫外吸光度與所述的第一通路進樣器中的有效氯的氯濃度的標準曲線的表達式C=aXA+b(5)其中，C的意義與公式(I)相同，為作為縱軸的有效氯的濃度，單位mg/L ；A為作為橫軸的紫外吸光度的強度，單位為CnT1 ；a為標準曲線的斜率，單位為cmXmg/L ；b為標準曲線的橫截距，單位為mg/L ；(2. 2)測定氯與實際水體反應后剩余有效氯的濃度(2. 21)通過控制所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器的切換閥，使四個所述的帶有切換閥的推流式進樣器的進樣端分別與進樣管道相連通；利用CODfc在線監測儀測定處理水的CODfc值；若CODtfa值介于2飛mg/L，則使處理水直接進入所述的第二通路進樣器中，若CODfc值>6mg/L，則通過控制第二通路進樣器的進樣管道上的第二三通閥調整處理水和純進水的進樣比例，使得進入所述的第二通路進樣器中的處理水的濃度為2飛mg/L ;若CODfc值<2mg/L，將處理水旋轉蒸發濃縮至2飛mg/L，并將其加入到所述的第二通路進樣器中；通過控制第一通路進樣器的進樣管道上的第一三通閥調整氯儲備液和純凈水的進樣比例，使步驟(I)氯儲備液儲存罐中的次氯酸鈉水溶液在進入所述的第一通路進樣器中時，次氯酸鈉水溶液中有效氯的濃度與CODtfa值相同；進入所述的第三通路進樣器和所述的第四通路進樣器中的溶液以及各通路進樣器的控制方法、以及除以上進入所述的第一通路進樣器中有效氯的濃度與CODtfa值相同外，其它條件均與步驟(2. I)中的(2. 11)相同；(2. 22)通過控制所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器的切換閥，使四個所述的帶有切換閥的推流式進樣器的進樣端分別與進樣管道相連通，使步驟(2. 21)中四個通路進樣器中的液體進入反應池；進樣順序與步驟(2. I)中的(2. 12)相同，即所述的第一通路進樣器和所述的第二通路進樣器首先同時進樣，使得次氯酸鈉水溶液和處理水通過快速混合容器混合后進入反應池中開始反應，氯和處理水經過一定反應時間(t)后，所述的第三通路進樣器和所述的第四通路進樣器同時進樣，使得顯色劑直接進入反應池，緩沖溶液通過快速混合容器進入反應池，氯與顯色劑在緩沖溶液中反應生成具有顏色的產物，并用紫外光譜測定其紫外吸光度的強度；具體的紫外測定波長要依照顯色劑而定，當顯色劑為Dro水溶液時，紫外測定波長為515nm，當顯色劑為ABTS水溶液時，紫外測定波長為728nm ;所述的紫外測定波長是通過單色器來調節的；氯與處理水的反應時間(t)設置為O. Is^l5min范圍內的至少10個反應時間點；(2. 23)將步驟(2. 22)至少10個反應時間點測定的紫外吸光度的強度A代入步驟(2. I)中的(2. 13)建立的所述的標準曲線的表達式C=aXA+b，計算氯與處理水在經歷至少10個反應時間點后對應的有效氯的濃度C ；(2. 3)擬合計算處理水的動態需氯量(2. 31)以步驟(2. 22)設置的氯與處理水的反應時間的至少10個反應時間點(t)作為橫軸，以步驟(2. 23)氯與處理水在經歷至少10個反應時間點后對應的剩余有效氯的濃度作為縱軸繪制In (C)、圖； (2. 32)對步驟(2. 31)所繪制的In (C)、圖中至少10個反應時間點(t)中反應時間最長的三個點開始進行線性回歸擬合，當擬合結果的相關系數(R2)低于O. 99，則重復步驟(2. 22)，增加氯與處理水的反應時間(t)的時間點，使得增加的時間點的反應時間大于原有的至少10個反應時間點中的最大值，然后重復步驟(2. 31)，并再對步驟(2. 31)所繪制的In(C)I圖中至少10個反應時間點(t)中反應時間最長的三個點開始進行線性回歸擬合，直到其擬合結果的相關系數(R2)大于O. 99 ；(2. 33)當步驟(2. 32)的擬合結果的相關系數(R2)大于O. 99，則從至少10個反應時間點(t)中選取一個除步驟(2. 32)已選取的點之外的點中反應時間最長的一個點，增加到步驟(2. 32)已選取的點中繼續進行線性回歸擬合；當相關系數(R2)仍然大于O. 99，則從至少10個反應時間點(t)中選取一個除步驟(2. 32)和本步驟已選取的點之外的點中反應時間最長的一個點，增加到本步驟上次擬合已選取的點中繼續進行線性回歸擬合；當相關系數(R2)仍然大于O. 99，則繼續本操作；(2.34)當步驟(2. 33)的線性回歸擬合的相關系數(R2)小于O. 99，結束步驟(2. 33);最后滿足線性回歸擬合結果的相關系數(R2)大于O. 99的所增加的從至少10個反應時間點(t)中選取的點即被近似認為是快速反應階段結束與慢速反應階段開始的點，該點的反應時間被近似認為是氯消耗的快速反應階段的時間，設定為h，而該點氯的消耗量即被近似認為是處理水的短期需氯量，設定為D ;而最后一次的相關系數(R2)大于O. 99的擬合的k值即被近似認為是慢速反應階段準一級反應的動力學常數；(2. 35)依據水廠的工藝特征獲得處理水到達管網末梢處所需的消毒時間t和該時刻的所需有效氯的濃度C，并將步驟(2. 34)中得到的D、k、&值代入上述公式(4)，計算出投加氯點處理水的動態需氯量Ctl ;從而可以實現對處理水動態需氯量的較精確的估計。當處理水進行稀釋或濃縮時，要按比例計算稀釋前水樣的需氯量。在實際操作時在計算的需氯量的基礎上額外多投加20%以提高安全邊際，以使管網末梢有效氯的濃度保持在O. 05mg/L^lmg/L,從而符合《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)對飲用水管網末梢余氯的要求，又不至于過量投加消毒劑。本發明的在線測定處理水動態需氯量的設備和方法具有如下技術效果(I)在投加氯前測定處理水的需氯量，可以實現前端控制和調節，在水質出現劇烈波動時可以提前判斷和調節。(2)可以測定處理水的動態需氯量，即在保證一定反應時間后有效氯的濃度前提下處理水的需氯量；(3)可以同時測定處理水短期需氯量和長期需氯量，可以服務于不同的消毒策略；(4)在多次測量后，可以獲得關于處理水的大量水質信息，在后續的測定中可以簡化測定程序，即減少氯消耗的時間點；并可利用歷史數據對處理水的水質波動進行合理預測，在水質劇烈波動前做好應急準備；(5)在線測定，自動化控制，減少人為誤差；(6)不需對原有水處理構筑物進行大規模改造，僅需設一個采樣點進行取樣測定， 成本低，使用操作簡單。
圖I.本發明的在線測定處理水動態需氯量的設備示意圖。附圖標記I.第一通路進樣器2.第二通路進樣器3.第三通路進樣器4.第四通路進樣器5.快速混合容器6.反應池7.帶有切換閥的推流式停留控制器8.紫外燈9.單色器10.紫外檢測器11.氯儲備液儲存罐12.第一純凈水罐13.第二純凈水罐14.處理水儲存罐15. CODfc在線監測儀16.處理水進水管17.第四純凈水罐18.緩沖溶液儲存罐19.廢液排出管20.顯色劑儲存罐21.第三純凈水罐22.第一三通閥23.第二三通閥24.第三三通閥25.第四三通閥26.處理水進水閥27.自動化控制器28.計算機
具體實施例方式實施例I本實施例以某自來水廠沉淀池出水作為研究對象，給水廠的進水流量為6200m3/h，沉淀池出水的CODtfa值為2mg/L，氨氮為O. 17mg/L，管網末梢停留時間為24小時，管網末梢有效氯的濃度要求為O. 05mg/L。利用如圖I所示的在線測定處理水動態需氯量的設備進行在線測定處理水動態需氯量。所述的在線測定處理水動態需氯量的設備包括四通路的停留光譜單元和在線控制單元。所述的四通路的停留光譜單元(結構仿照現有的停留光譜儀stopped-f lowspectrometer, SX20, Applied physics Co.，UK)包括一個四通路進樣器、一個快速混合容器、一個反應池、一個帶有切換閥的推流式停留控制器、一個紫外燈、一個單色器及一個紫外檢測器；所述的在線控制單元包括CODtfa (高錳酸鹽指數)在線監測儀、四個三通閥、計算機及與所述的四通路的停留光譜單元相連接的自動化控制器。
所述的四通路進樣器包括四個帶有切換閥的推流式進樣器，每個帶有切換閥的推流式進樣器包括一個進樣端和一個反應端，所述的進樣端與儲存罐及純凈水罐分別通過管道相連接；所述的帶有切換閥的推流式進樣器的切換閥，可保證四個所述的帶有切換閥的推流式進樣器的進樣端或反應端只有一端與管道相連通，即進樣端與進樣管道相連通時，反應端關閉，而反應端與管道相連通時，進樣端關閉；其中，3個所述的帶有切換閥的推流式進樣器的所述的反應端與快速混合容器和反應池通過管道相連接；進樣管道首先與所述的帶有切換閥的推流式進樣器的進樣端相連通，使樣品進入進樣管道中，之后，樣品經進樣管道進入與反應端相連通的快速混合容器和反應池；切換閥通過計算機控制。推流式注射器用來實現樣品進入及流出管道。所述的帶有切換閥的推流式停留控制器的結構，包括一個反應端和一個廢液端；所述的帶有切換閥的推流式停留控制器的反應端首先通過管道與反應池相連通，使反應后的廢液進入所述的帶有切換閥的推流式停留控制器中，同時所述的帶有切換閥的推流式停留控制器可以控制所述的反應池中的溶劑，之后，反應后的廢液經與所述的帶有切換閥的推流式停留控制器的廢液端相連通的廢液排出管排出。
所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器中的第一通路進樣器I的反應端、第二通路進樣器2的反應端和第四通路進樣器4的反應端分別通過管道與所述的快速混合容器5的一端相連接；所述的快速混合容器的另一端通過管道與所述的反應池6的一端相連接，所述的反應池6的另一端分別通過管道與所述的帶有切換閥的推流式停留控制器7的反應端和所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器中的第三通路進樣器3的反應端相連接；在所述的反應池的上方安裝有所述的單色器9，在所述的單色器9的上方安裝有所述的紫外燈8 ;在所述的反應池的下方安裝有所述的紫外檢測器10。所述的帶有切換閥的推流式停留控制器7的廢液端安裝有廢液排出管19 ;所述的第三通路進樣器3的進樣端通過帶有第三三通閥24的進樣管道分別與顯色劑儲存罐20和第三純凈水罐21相連接，其中第三三通閥24用以控制顯色劑和純凈水的流量。所述的第一通路進樣器I的進樣端通過帶有第一三通閥22的進樣管道分別與氯儲備液儲存罐11及第一純凈水罐12相連接，其中第一三通閥22用以控制氯儲備液和純凈水的流量；所述的第二通路進樣器2的進樣端通過帶有第二三通閥23的進樣管道分別與稀釋用第二純凈水罐13及處理水儲存罐14相連接，其中第二三通閥23用以控制處理水和純凈水的流量；所述的處理水儲存罐14通過進樣管道與所述的CODtfa在線監測儀15相連接，且在該進樣管道上安裝有處理水進水閥26，所述的CODtfa在線監測儀15通過進樣管道與帶有處理水進水管16的采樣水點相連接；所述的第四通路進樣器4的進樣端通過帶有第四三通閥25的進樣管道分別與稀釋用第四純凈水罐17及緩沖溶液儲存罐18相連接，其中第四三通閥25用以控制緩沖溶液和純凈水的流量。所述的第一通路進樣器、所述的第二通路進樣器、所述的第三通路進樣器、所述的第四通路進樣器、所述的停留控制器、所述的紫外燈、所述的單色器、所述的紫外檢測器、所述的CODfc在線監測儀、所述的第一三通閥、所述的第二三通閥、所述的第三三通閥和所述的第四三通閥均通過信號線與自動化控制器27相連接；所述的計算機28通過信號線分別與所述的自動化控制器27、所述的在線CODtfa監測儀及所述的紫外檢測器相連接。通過計算機實現對所述第一通路進樣器、所述的第二通路進樣器、所述的第三通路進樣器、所述的第四通路進樣器、所述的停留控制器、所述的紫外燈、所述的單色器、所述的紫外檢測器、所述的CODfc在線監測儀、所述的第一三通閥、所述的第二三通閥、所述的第三三通閥和所述的第四三通閥進行自動化控制，并且所述的CODtfa在線監測儀及所述的紫外檢測器的信號反饋給計算機。所述的反應池的最大容量設置為所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器的容量之和。所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器中的所述的第一通路進樣器與所述的第二通路進樣器的體積相同，均為8(Γ 20μ L。
所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器中的所述的第三通路進樣器與所述的第四通路進樣器的體積相同，均為7(Γ 00μ L。利用上述在線測定處理水動態需氯量的設備進行在線測定處理水動態需氯量的方法使用DH)水溶液作為顯色劑，ρΗ6. 5的磷酸緩沖溶液作為緩沖溶液，紫外檢測器測定波長為515nm。(I)、配制儲備溶液在氯儲備液儲存罐11中加滿濃度為10mg/L的次氯酸鈉水溶液，在顯色劑儲存罐20中加滿作為顯色劑的濃度為2mM的DH)水溶液，在緩沖溶液儲存罐18中加滿作為緩沖溶液的2mM pH6. 5的磷酸緩沖溶液；打開處理水進水閥26，使處理水從采樣點處通過處理水進水管16并流經CODfc在線監測儀15加入到處理水儲存罐14中并加滿；利用CODtfa在線監測儀測定處理水的CODtfa值；當以上氯儲備液儲存罐11、顯色劑儲存罐20、緩沖溶液儲存罐18和處理水儲存罐14中的液體的體積低于罐體容積1/3時即認為超過警戒線，需要重復以上相應步驟將相應儲存罐加滿。(2)、在線測定處理水動態需氯量(2. I)繪制標準曲線(2. 11)設置四通路進樣器的四個帶有切換閥的推流式進樣器中的第一通路進樣器I與第二通路進樣器2的體積相同，均為80 μ L，設置第三通路進樣器3與第四通路進樣器4的體積相同，均為70μ L ;通過控制安裝在所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器的切換閥，使四個所述的帶有切換閥的推流式進樣器的進樣端分別與進樣管道相連通，并通過控制四個通路進樣器的進樣管道上的三通閥，控制氯儲備液儲存罐11中的次氯酸鈉水溶液、顯色劑儲存罐20中的顯色劑、緩沖溶液儲存罐18中的緩沖溶液、處理水儲存罐14中的處理水、第一純凈水罐12中的純凈水、第二純凈水罐13中的純凈水、第三純凈水罐21中的純凈水及第四純凈水罐17中的純凈水在反應池6中的比例,使純凈水和步驟(I)配制的儲備溶液按設定比例分別進入四個帶有切換閥的推流式進樣器中；其中，調整氯儲備液和純凈水的進樣比例，使步驟(I)氯儲備液儲存罐11中的次氯酸鈉水溶液在進入所述的第一通路進樣器中時，次氯酸鈉水溶液中有效氯的濃度分別為Omg/L (作為對照)、0. Img/L、0. 2mg/L、0. 5mg/L、lmg/L、2mg/L和3mg/L ;在所述的第二通路進樣器中加入純凈水；調整顯色劑DPD水溶液和純凈水的進樣比例，使步驟(I)顯色劑儲存罐20中的顯色劑DH)水溶液在進入所述的第三通路進樣器中時，顯色劑的濃度按照進樣體積計算，使在反應池6中的Dro水溶液與有效氯的摩爾濃度之比為8:1 ;使步驟(I)緩沖溶液儲存罐18中的緩沖溶液在進入所述的第四通路進樣器中時，調整作為緩沖溶液的2mM pH6. 5的磷酸緩沖溶液和純凈水的進樣比例，使得所述的第四通路進樣器中緩沖溶液的濃度按照進樣體積計算，使在反應池6中的DH)水溶液與緩沖溶液的摩爾濃度比為1:1;(2. 12)通過控制所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器的切換閥，使四個所述的帶有切換閥的推流式進樣器的進樣端分別與進樣管道相連通，使步驟(2. 11)中四個通路進樣器中的液體進入反應池；進樣順序為所述的第一通路進樣器和所述的第二通路進樣器首先同時進樣，使得次氯酸鈉水溶液和純凈水通過快速混合容器混合后進入反應池中，
O.5秒鐘后，所述的第三通路進樣器和所述的第四通路進樣器同時進樣，使得Dro水溶液直接進入反應池，PH6. 5的緩沖溶液通過快速混合容器進入反應池，氯與Dro水溶液在緩沖溶液中反應生成具有顏色的產物，并在515nm波長下分別測定所選取的有效氯的濃度分別為Omg/L (作為對照)、0· lmg/L、0. 2mg/L、0. 5mg/L、lmg/L、2mg/L 和 3mg/L 所得具有顏色的產物的紫外吸光度的強度A ;所述的紫外測定波長是通過單色器來調節的；(2. 13)以步驟(2. 12)測定的次氯酸鈉水溶液中有效氯的濃度分別為Omg/L (作為對照)、0. Img/L、0. 2mg/L、0. 5mg/L、lmg/L、2mg/L和3mg/L時對應的紫外吸光度的強度A作為橫軸，以相對應的所述的第一通路進樣器中的次氯酸鈉溶液中的有效氯的濃度C作為縱軸繪制標準曲線，并進行線性回歸，建立紫外吸光度與所述的第一通路進樣器中的有效氯的氯濃度的標準曲線的表達式C=aXA+b(5)其中，C為作為縱軸的有效氯的濃度，單位mg/L ；A為作為橫軸的紫外吸光度的強度，單位為CnT1 ；a為標準曲線的斜率，單位為cmXmg/L ；b為標準曲線的橫截距，單位為mg/L ；(2. 2)測定氯與實際水體反應后剩余有效氯的濃度(2. 21)通過控制所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器的切換閥，使四個所述的帶有切換閥的推流式進樣器的進樣端分別與進樣管道相連通；利用CODtfa在線監測儀15測定處理水的CODfc值為2mg/L，CODtfa值介于2飛mg/L，使處理水直接進入第二通路進樣器中；通過控制第一通路進樣器I的進樣管道上的第一三通閥22調整氯儲備液和純凈水的進樣比例，使步驟(I)氯儲備液儲存罐11中的次氯酸鈉水溶液在進入所述的第一通路進樣器中時，次氯酸鈉水溶液中有效氯的濃度為2mg/L ;進入所述的第三通路進樣器和所述的第四通路進樣器中的溶液以及各通路進樣器的控制方法、以及除以上進入所述的第一通路進樣器中有效氯的濃度與CODtfa值相同外，其它條件均與步驟(2. I)中的(2. 11)相同；(2. 22)通過控制所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器的切換閥，使四個所述的帶有切換閥的推流式進樣器的進樣端分別與進樣管道相連通，使步驟(2. 21)中四個通路進樣器中的液體進入反應池；進樣順序與步驟(2. I)中的(2. 12)相同，即所述的第一通路進樣器和所述的第二通路進樣器首先同時進樣，使得次氯酸鈉水溶液和處理水通過快速混合容器混合后進入反應池中開始反應，氯和處理水經過一定反應時間(t)后，所述的第三通路進樣器和所述的第四通路進樣器同時進樣，使得DH)水溶液直接進入反應池，緩沖溶液通過快速混合容器進入反應池，氯與處理水的反應時間(t)設置為O. Is, O. 2s, O. 5s, Is, 2s,5s, 10s, 20s, 30s, 40s, 50s, 60s, 90s, 120s, 150s, 180s, 210s, 240s, 270s, 300s 等一系列·時間，氯與DH)水溶液在pH6. 5的緩沖溶液中反應生成紅色的產物，在515nm下測定所得紅色的產物的紫外吸光度的強度A，紫外吸光度的測定條件等與上述繪制標準曲線時描述的相同；(2. 23)將步驟(2. 22)20個反應時間點測定的紫外吸光度的強度A代入步驟(2. I)中的(2. 13)建立的所述的標準曲線的表達式C=aXA+b,計算氯與處理水在經歷20個反應時間點后對應的剩余有效氯的濃度C ；(2. 3)擬合計算處理水的動態需氯量(2. 31)以步驟(2. 22)設置的氯與處理水的反應時間的20個反應時間點(t)作為橫軸，以步驟(2. 23)氯與處理水在經歷20個反應時間點后對應的剩余有效氯的濃度C作為縱軸繪制ln(C廣t圖；(2. 32)對步驟(2. 31)所繪制的 In (C) 圖中 240s、270s、300s 三個點的 In (C) t 數據進行線性回歸擬合，其相關系數(R2)為O. 999 00. 99)，然后繼續增加210s時間點的實驗數據對以上四個點的In (C)、數據進行線性擬合，其相關系數(R2)為O. 998 00. 99)，繼續以上操作，當增加60s的實驗點進行擬合的相關系數(R2)為O. 995 00. 99)，而增加50s的實驗點后進行擬合的相關系數(R2)為O. 986 O. 99)，停止擬合。最后滿足擬合結果的相關系數(R2)大于O. 99的所增加的點(反應時間60s點)即被近似認為是快速反應結束與慢速反應開始的點，該點的反應時間(60s)被近似認為是氯消耗的快速階段的時間，而該點氯的消耗量(0.320mg/L)即被近似認為是處理水的短期需氯量；而最后一次相關系數(R2)大于0.99的擬合的k值(O. ieotr1)即被近似認為是慢速反應階段準一級反應的動力學常數。依據水廠的工藝特征獲得處理水到達管網末梢處所需的消毒時間t (24h)和該時刻的所需有效氯的濃度C (O. 05mg/L)，并將上述數據代入前述公式(4)，據此計算出在投加氯點處理水的動態需氯量Cci,即C0 =-^-+ 0.32 = 2.64/ ^/Λ
0 exp(-0.160x(24-0,01667))在計算的需氯量的基礎上按照120%的比例進行現場投加氯操作，投氯量為
3.2mg/L,管網末梢有效氯的濃度為O. 06mg/L,誤差在允許范圍內，滿足符合《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)對飲用水管網末梢余氯的要求。實施例2本實施例以某自來水廠沉淀池出水作為研究對象，給水廠的進水流量為3800m3/h，沉淀池出水的CODtfa值為2. 5mg/L，氨氮為O. 21mg/L，管網末梢停留時間為30小時，管網末梢有效氯的濃度要求為O. 05mg/L。利用實施例I的在線測定處理水動態需氯量的設備進行在線測定處理水動態需氯量；其中所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器中的所述的第一通路進樣器與所述的第二通路進樣器的體積相同，均為SOyL ;所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器中的所述的第三通路進樣器與所述的第四通路進樣器的體積相同，均為70 μ L。利用上述在線測定處理水動態需氯量的設備進行在線測定處理水動態需氯量的方法使用DH)水溶液作為顯色劑，ρΗ6. 5的磷酸緩沖溶液作為緩沖溶液，紫外檢測器測定波長為515nm，并利用實施例I的步驟(I)配制的儲備溶液和步驟(2. I)建立的標準曲線。對于本實施例與實施例I的步驟(2. 2)以后的不同的技術方案為
(2. 2)測定氯與實際水體反應后剩余有效氯的濃度(2. 21)通過控制所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器的切換閥，使四個所述的帶有切換閥的推流式進樣器的進樣端分別與進樣管道相連通；利用CODtfa在線監測儀15測定處理水的CODtfa值為2. 5mg/L, CODtfa值介于2飛mg/L，使處理水直接進入第二通路進樣器中；通過控制第一通路進樣器I的進樣管道上的第一三通閥22調整氯儲備液和純凈水的進樣比例，使步驟(I)氯儲備液儲存罐11中的次氯酸鈉水溶液在進入所述的第一通路進樣器中時，次氯酸鈉水溶液中有效氯的濃度為2. 5mg/L ;進入所述的第三通路進樣器和所述的第四通路進樣器中的溶液以及各通路進樣器的控制方法、以及除以上進入所述的第一通路進樣器中有效氯的濃度與CODtfa值相同外，其它條件均與步驟(2. I)中的(2. 11)相同；(2. 22)通過控制所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器的切換閥，使四個所述的帶有切換閥的推流式進樣器的進樣端分別與進樣管道相連通，使步驟(2. 21)中四個通路進樣器中的液體進入反應池；進樣順序與步驟(2. I)中的(2. 12)相同，即所述的第一通路 進樣器和所述的第二通路進樣器首先同時進樣，使得次氯酸鈉水溶液和處理水通過快速混合容器混合后進入反應池中開始反應，氯和處理水經過一定反應時間(t)后，所述的第三通路進樣器和所述的第四通路進樣器同時進樣，使得DH)水溶液直接進入反應池，緩沖溶液通過快速混合容器進入反應池，氯與處理水的反應時間(t)設置為O. Is, O. 2s, O. 5s, Is, 2s,5s, 10s, 20s, 30s, 40s, 50s, 60s, 90s, 120s, 150s, 180s, 210s, 240s, 270s, 300s 等一系列時間，氯與DH)水溶液在pH6. 5的緩沖溶液中反應生成紅色的產物，在515nm下測定所得紅色的產物的紫外吸光度的強度A，紫外吸光度的測定條件等與上述繪制標準曲線時描述的相同；(2. 23)將步驟(2. 22)20個反應時間點測定的紫外吸光度的強度A代入步驟(2. I)中的(2. 13)建立的所述的標準曲線的表達式C=aXA+b,計算氯與處理水在經歷20個反應時間點后對應的剩余有效氯的濃度C ；(2. 3)擬合計算處理水的動態需氯量(2. 31)以步驟(2. 22)設置的氯與處理水的反應時間的20個反應時間點(t)作為橫軸，以步驟(2. 23)氯與處理水在經歷20個反應時間點后對應的剩余有效氯的濃度C作為縱軸繪制ln(C廣t圖；(2. 32)對步驟(2. 31)所繪制的 In (C) 圖中 240s、270s、300s 三個點的 In (C) t數據進行線性回歸擬合，其相關系數(R2)為O. 999 00. 99)，然后繼續增加210s時間點的實驗數據對以上四個點的In (C)、數據進行線性擬合，其R2為O. 999 (>0. 99)，繼續以上操作，當增加30s的實驗點進行擬合的R2為O. 994 00. 99)，而增加20s的實驗點后進行擬合的R2為O. 985 O. 99)，停止擬合。最后滿足擬合結果的R2大于O. 99的所增加的點(反應時間30s點)即被近似認為是快速反應結束與慢速反應開始的點,該點的反應時間(30s)被近似認為是氯消耗的快速階段的時間，而該點氯的消耗量(0.350mg/L)即被近似認為是處理水的短期需氯量；而最后一次R2大于O. 99的擬合的k值(O. Her1)即被近似認為是慢速反應階段準一級反應的動力學常數。依據水廠的工藝特征獲得處理水到達管網末梢處所需的消毒時間t (30h)和該時刻的所需有效氯的濃度C(0.05mg/L)，并將上述數據代入前述公式(4)，據此計算出在投加氯點處理水的動態需氯量Ctl, SP
權利要求
1.一種在線測定處理水動態需氯量的設備，包括四通路的停留光譜單元和在線控制單元；其特征是 所述的四通路的停留光譜單元包括四通路進樣器、快速混合容器、反應池、帶有切換閥的推流式停留控制器、紫外燈、單色器及紫外檢測器；所述的在線控制單元包括CODfc在線監測儀、三通閥、計算機及與所述的四通路的停留光譜單元相連接的自動化控制器； 所述的四通路進樣器包括四個帶有切換閥的推流式進樣器，每個帶有切換閥的推流式進樣器包括一個進樣端和一個反應端； 所述的帶有切換閥的推流式停留控制器包括一個反應端和一個廢液端； 所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器中的第一通路進樣器的反應端、第二通路進樣器的反應端和第四通路進樣器的反應端分別通過管道與所述的快速混合容器的一端相連接；所述的快速混合容器的另一端通過管道與所述的反應池的一端相連接，所述的反應池的另一端分別通過管道與所述的帶有切換閥的推流式停留控制器的反應端和所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器中的第三通路進樣器的反應端相連接；在所述的反應池的上方安裝有所述的單色器，在所述的單色器的上方安裝有所述的紫外燈；在所述的反應池的下方安裝有所述的紫外檢測器； 所述的帶有切換閥的推流式停留控制器的廢液端安裝有廢液排出管；所述的第三通路進樣器的進樣端通過帶有第三三通閥的進樣管道分別與顯色劑儲存罐和第三純凈水罐相連接； 所述的第一通路進樣器的進樣端通過帶有第一三通閥的進樣管道分別與氯儲備液儲存罐及第一純凈水罐相連接；所述的第二通路進樣器的進樣端通過帶有第二三通閥的進樣管道分別與第二純凈水罐及處理水儲存罐相連接；所述的處理水儲存罐通過進樣管道與所述的CODtfa在線監測儀相連接，且在該進樣管道上安裝有處理水進水閥；所述的CODfc在線監測儀通過進樣管道與帶有處理水進水管的采樣水點相連接；所述的第四通路進樣器的進樣端通過帶有第四三通閥的進樣管道分別與第四純凈水罐及緩沖溶液儲存罐相連接； 所述的第一通路進樣器、所述的第二通路進樣器、所述的第三通路進樣器、所述的第四通路進樣器、所述的停留控制器、所述的紫外燈、所述的單色器、所述的紫外檢測器、所述的CODfc在線監測儀、所述的第一三通閥、所述的第二三通閥、所述的第三三通閥和所述的第四三通閥均通過信號線與自動化控制器相連接；所述的計算機通過信號線分別與所述的自動化控制器、所述的在線CODtfa監測儀及所述的紫外檢測器相連接。
2.根據權利要求I所述的在線測定處理水動態需氯量的設備，其特征是所述的反應池的最大容量為所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器的容量之和。
3.根據權利要求I或2所述的在線測定處理水動態需氯量的設備，其特征是所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器中的所述的第一通路進樣器與所述的第二通路進樣器的體積相同，為80 120μ L。
4.根據權利要求I或2所述的在線測定處理水動態需氯量的設備，其特征是所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器中的所述的第三通路進樣器與所述的第四通路進樣器的體積相同，為7(Γ100 μ L。
5.一種利用權利要求Γ4任意一項所述的在線測定處理水動態需氯量的設備進行在線測定處理水動態需氯量的方法，其特征是，所述的方法包括以下步驟(1)、配制儲備溶液 在氯儲備液儲存罐中加滿濃度為10mg/L的次氯酸鈉水溶液，在顯色劑儲存罐中加滿作為顯色劑的濃度為2mM的N，N- 二乙基-1，4-苯二胺水溶液或2，2-聯氮-二 _(3_乙基-苯并噻唑-6-磺酸)_ 二銨鹽水溶液；當以N，N- 二乙基-1，4-苯二胺水溶液作為顯色劑時，在緩沖溶液儲存罐中加滿作為緩沖溶液的2mM pH6. 5的磷酸緩沖溶液，當以2，2-聯氮-二 - (3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)_ 二銨鹽水溶液作為顯色劑時，在緩沖溶液儲存罐中加滿作為緩沖溶液的PH為I. 8^2. 3的無機強酸水溶液；打開處理水進水閥，使處理水從采樣點處通過處理水進水管并流經CODfc在線監測儀加入到處理水儲存罐中并加滿；利用CODfc在線監測儀測定處理水的CODtfa值； (2)、在線測定處理水動態需氯量 (2. I)繪制標準曲線 (2. 11)設置四通路進樣器的四個帶有切換閥的推流式進樣器中的第一通路進樣器與第二通路進樣器的體積相同，第三通路進樣器與第四通路進樣器的體積相同；通過控制安裝在所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器的切換閥，使純凈水和步驟(I)配制的儲備溶液按設定比例分別進入四個帶有切換閥的推流式進樣器中；其中，調整氯儲備液和純凈水的進樣比例，使步驟(I)氯儲備液儲存罐中的次氯酸鈉水溶液在進入所述的第一通路進樣器中時，次氯酸鈉水溶液中有效氯的濃度分別為O. r3mg/L中的六個點，及次氯酸鈉水溶液中有效氯的濃度為Omg/L ;在所述的第二通路進樣器中加入純凈水；調整顯色劑N，N- 二乙基-1，4-苯二胺水溶液或2，2-聯氮-二 - (3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)_ 二銨鹽水溶液和純凈水的進樣比例，使步驟(I)顯色劑儲存罐中的顯色劑在進入所述的第三通路進樣器中時，顯色劑的濃度按照進樣體積計算，使在反應池中的顯色劑與有效氯的摩爾濃度之比為8:廣15:1 ;使步驟(I)緩沖溶液儲存罐中的緩沖溶液在進入所述的第四通路進樣器中時，所加入的緩沖溶液的濃度依所述的顯色劑的種類而定，當顯色劑為N，N-二乙基-1，4-苯二胺水溶液時，調整作為緩沖溶液的2mM pH6. 5的磷酸緩沖溶液和純凈水的進樣比例，使得所述的第四通路進樣器中緩沖溶液的濃度按照進樣體積計算，使在反應池中的顯色劑與緩沖溶液的摩爾濃度比為1:1，當顯色劑為2，2-聯氮-二 - (3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)-二銨鹽水溶液時，調整作為緩沖溶液的pH為I. 8^2. 3的無機強酸水溶液和純凈水的進樣比例，使得所述的第四通路進樣器中緩沖液的濃度按照進樣體積計算，使在反應池中的混合液的pH為3 ; (2. 12)通過控制所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器的切換閥，使四個所述的帶有切換閥的推流式進樣器的進樣端分別與進樣管道相連通，使步驟(2. 11)中四個通路進樣器中的液體進入反應池；進樣順序為所述的第一通路進樣器和所述的第二通路進樣器首先同時進樣，使得次氯酸鈉水溶液和純凈水通過快速混合容器混合后進入反應池中，O. 5^2秒鐘后，所述的第三通路進樣器和所述的第四通路進樣器同時進樣，使得顯色劑直接進入反應池，緩沖溶液通過快速混合容器進入反應池，氯與顯色劑在緩沖溶液中反應生成具有顏色的產物，并用紫外光譜分別測定所選取的有效氯的濃度分別為O. r3mg/L中的六個點，及次氯酸鈉水溶液中有效氯的濃度為Omg/L所得具有顏色的產物的紫外吸光度的強度，具體的紫外測定波長要依照顯色劑而定，當顯色劑為N，N- 二乙基-1，4-苯二胺水溶液時，紫外測定波長為515nm,當顯色劑為2，2-聯氮-二 - (3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)-二銨鹽水溶液時，紫外測定波長為728nm ； (2. 13)以步驟(2. 12)測定的次氯酸鈉水溶液中有效氯的濃度分別為O. r3mg/L中的六個點及Omg/L時對應的紫外吸光度的強度作為橫軸，以相對應的所述的第一通路進樣器中的次氯酸鈉溶液中的有效氯的濃度作為縱軸繪制標準曲線，并進行線性回歸，建立紫外吸光度與所述的第一通路進樣器中的有效氯的氯濃度的標準曲線的表達式 C=aXA+b(5) 其中，C為作為縱軸的有效氯的濃度，單位mg/L ； A為作為橫軸的紫外吸光度的強度，單位為CnT1 ； a為標準曲線的斜率，單位為cmXmg/L ； b為標準曲線的橫截距，單位為mg/L ； (2. 2)測定氯與實際水體反應后剩余有效氯的濃度 (2. 21)通過控制所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器的切換閥，使四個所述的帶有切換閥的推流式進樣器的進樣端分別與進樣管道相連通；利用CODtfa在線監測儀測定處理水的CODfc值；若CODfc值介于2飛mg/L，則使處理水直接進入所述的第二通路進樣器中，若CODfc值>6mg/L，則通過控制第二通路進樣器的進樣管道上的第二三通閥調整處理水和純進水的進樣比例，使得進入所述的第二通路進樣器中的處理水的濃度為2飛mg/L ;若CODtfa值<2mg/L，將處理水旋轉蒸發濃縮至2飛mg/L，并將其加入到所述的第二通路進樣器中；通過控制第一通路進樣器的進樣管道上的第一三通閥調整氯儲備液和純凈水的進樣比例，使步驟(I)氯儲備液儲存罐中的次氯酸鈉水溶液在進入所述的第一通路進樣器中時，次氯酸鈉水溶液中有效氯的濃度與CODtfa值相同；進入所述的第三通路進樣器和所述的第四通路進樣器中的溶液以及各通路進樣器的控制方法、以及除以上進入所述的第一通路進樣器中有效氯的濃度與CODtfa值相同外，其它條件均與步驟(2. I)中的(2. 11)相同； (2. 22)通過控制所述的四個帶有切換閥的推流式進樣器的切換閥，使四個所述的帶有切換閥的推流式進樣器的進樣端分別與進樣管道相連通，使步驟(2. 21)中四個通路進樣器中的液體進入反應池；進樣順序所述的第一通路進樣器和所述的第二通路進樣器首先同時進樣，使得次氯酸鈉水溶液和處理水通過快速混合容器混合后進入反應池中開始反應，氯和處理水經過一定反應時間(t)后，所述的第三通路進樣器和所述的第四通路進樣器同時進樣，使得顯色劑直接進入反應池，緩沖溶液通過快速混合容器進入反應池，氯與顯色劑在緩沖溶液中反應生成具有顏色的產物，并用紫外光譜測定其紫外吸光度的強度；具體的紫外測定波長要依照顯色劑而定，當顯色劑為N，N- 二乙基-1，4-苯二胺水溶液時，紫外測定波長為515nm,當顯色劑為2，2-聯氮-二 - (3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)-二銨鹽水溶液時，紫外測定波長為728nm ;氯與處理水的反應時間(t)設置為O. Is 15min范圍內的至少10個反應時間點； (2. 23)將步驟(2. 22)至少10個反應時間點測定的紫外吸光度的強度A代入步驟(2. I)中的(2. 13)建立的所述的標準曲線的表達式C=aXA+b，計算氯與處理水在經歷至少10個反應時間點后對應的有效氯的濃度C ； (2. 3)擬合計算處理水的動態需氯量 (2. 31)以步驟(2. 22)設置的氯與處理水的反應時間的至少10個反應時間點(t)作為橫軸，以步驟(2. 23)氯與處理水在經歷至少10個反應時間點后對應的剩余有效氯的濃度·作為縱軸繪制In (C)、圖； (2. 32)對步驟(2. 31)所繪制的In(C)I圖中至少10個反應時間點(t)中反應時間最長的三個點開始進行線性回歸擬合，當擬合結果的相關系數(R2)低于O. 99，則重復步驟(2.22)，增加氯與處理水的反應時間(t)的時間點，使得增加的時間點的反應時間大于原有的至少10個反 應時間點中的最大值，然后重復步驟(2. 31)，并再對步驟(2. 31)所繪制的In (C)、圖中至少10個反應時間點(t)中反應時間最長的三個點開始進行線性回歸擬合，直到其擬合結果的相關系數(R2)大于O. 99 ； (2. 33)當步驟(2. 32)的擬合結果的相關系數(R2)大于O. 99，則從至少10個反應時間點(t)中選取一個除步驟(2. 32)已選取的點之外的點中反應時間最長的一個點，增加到步驟(2. 32)已選取的點中繼續進行線性回歸擬合；當相關系數(R2)仍然大于O. 99，則從至少10個反應時間點(t)中選取一個除步驟(2. 32)和本步驟已選取的點之外的點中反應時間最長的一個點，增加到本步驟上次擬合已選取的點中繼續進行線性回歸擬合；當相關系數(R2)仍然大于O. 99，則繼續本操作； (2. 34)當步驟(2. 33)的線性回歸擬合的相關系數(R2)小于O. 99，結束步驟(2. 33)；最后滿足線性回歸擬合結果的相關系數(R2)大于O. 99的所增加的從至少10個反應時間點(t)中選取的點被近似認為是快速反應階段結束與慢速反應階段開始的點,該點的反應時間被近似認為是氯消耗的快速反應階段的時間，設定為h，而該點氯的消耗量被近似認為是處理水的短期需氯量，設定為D ;而最后一次的相關系數(R2)大于O. 99的擬合的k值被近似認為是慢速反應階段準一級反應的動力學常數； (2. 35)依據水廠的工藝特征獲得處理水到達管網末梢處所需的消毒時間t和該時刻的所需有效氯的濃度C，并將步驟(2. 34)中得到的D、k、t0值代入公式(4)，計算出投加氯點處理水的動態需氯量Cci ；
全文摘要
本發明屬于給水處理消毒領域，特別涉及一種在線測定處理水動態需氯量的設備及方法。本發明的技術方案是，對現有的四通路停留光譜儀進行改造，增加在線控制單元，即形成所謂在線停留光譜設備。利用所述的在線停留光譜設備在線精確測定氯與處理水在經歷一段反應時間后剩余有效氯的濃度，并通過對剩余有效氯的濃度的對數值與反應時間的線性回歸擬合將氯與處理水的反應劃分為快速反應和慢速反應，并據此建立快速階段處理水的短期需氯量和慢速反應階段處理水的長期需氯量的計算公式，并根據對管網末梢處余氯值的要求及停留時間計算投加氯點處理水的動態需氯量，從而可以實現投加氯的前期控制，實現投加氯的經濟和安全，有效保障供水安全。
文檔編號G01N21/33GK102914510SQ201210360988
公開日2013年2月6日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者曲久輝, 田川, 劉銳平, 劉會娟, 蘭華春 申請人:中國科學院生態環境研究中心