一种可变距测定溶解氧以及提高测定稳定性的装置

技术领域

本发明属于实验仪器技术领域，具体涉及一种可变距测定溶解氧以及提高测定稳定性的装置。

背景技术

空气中的分子态氧溶解在水中称为溶解氧，水中溶解氧的多少是衡量水体自净能力的一个重要指标，同时在各种污水处理厂处理过程中，为了保证好氧活性污泥工艺中的微生物能够正常生存及降解有机污染物，也必须保证一定的溶解氧水平。氧总传质系数作为衡量曝气设备充氧性能的一个重要指标，用来表征曝气器在单位传质推动力作用时，单位时间内向单位体积水中传递氧的数量，在各种曝气传质研究中被广泛应用。在曝气设备充氧性能测试中，依据标准《微孔曝气器清水氧传质性能测定CJ T 475-2015》需要测试不同点位的溶解氧充氧曲线，但现有的各类曝气传质研究中，一方面往往取1个测定点，另一方面每位研究者所取的测试点也不相同。与此同时，在曝气充氧过程中，由于一些气泡会在曝气过程中吸附在溶解氧电极上，导致所采集的溶解氧发生波动，影响充氧曲线测定稳定度，导致计算的氧总传质系数出现偏差。

发明内容

针对目前溶解氧测定过程中出现的上述问题，本发明提供了一种可减少测定过程中气泡干扰、测试结果准确、可以测量水体内不同位置、不同深度溶解氧的可变距测定溶解氧以及提高测定稳定性的装置。

本发明所述的一种可变距测定溶解氧以及提高测定稳定性的装置，其特征在于：包括曝气反应池、曝气装置系统和数据处理系统，

所述曝气反应池设有液体容腔，且所述曝气反应池的顶部悬装一可伸缩式支撑架，所述可伸缩式支撑架的下部伸入所述液体容腔内，并在所述可伸缩式支撑架的末端安装一溶解氧电极；所述溶解氧电极的信号输出端通过导线与所述数据采集系统的信号输入端电连接；

所述曝气装置系统包括空压机、气体流量计和曝气器，所述曝气器设置于曝气反应池的内部底壁中心位置处，所述空压机、气体流量计与曝气器之间依次通过管路连接；

所述数据处理系统包括溶解氧测试仪和数据处理器，所述溶解氧测试仪的信号输入端通过导线与所述溶解氧电极的信号输出端电连接，所述溶解氧测试仪的信号输出端通过导线与所述数据处理器的信号输入端电连接。

进一步，所述曝气器设有一中空腔体，且所述中空腔体的上表面为圆形；所述中空腔体的圆形上表面均匀设有若干微出气孔；所述曝气器的底部设有可与所述中空腔体相连通的进气口，所述进气口通过进气管与所述气体流量计的出气口管路连通。

进一步，所述微出气孔的鼓出的气泡直径在1-3mm。

进一步，所述可伸缩式支撑架包括顶部支撑架体和伸缩套管组件，所述伸缩套管组件通过所述顶部支撑架体竖直悬装于所述曝气反应池的液体容腔内，所述伸缩套管组件包括三节依次套设的套管，相邻两节套管之间螺纹连接；所述溶解氧电极固定设置于所述伸缩套管组件的最下节套管内，且所述溶解氧电极的下部测试端向下穿出所述最下节套管；所述伸缩套管组件的最上节套管的上端设有用于供导线穿出的穿线孔。

进一步，所述伸缩套管组件的最下节套管外壁固定设置有竖直的连接细杆，所述连接细杆的下端向下延伸至溶解氧电极的下方，并在连接细杆的下端固定连接微孔网格膜，且所述微孔网格膜悬设在溶解氧电极的正下方。

进一步，所述连接细杆的数量为至少2根，且所述连接细杆均匀间隔设置在伸缩套管组件的最下节套管外侧。

进一步，所述微孔网格膜的透气孔径为0.5mm。

进一步，所述曝气反应池的上端为敞口结构，所述曝气反应池的上部和底部分别设有出水管和进水管，所述出水管和进水管上均设有控制阀门；所述曝气反应池的池壁上沿安装有顶部支撑架体；所述顶部支撑架体包括第一段支撑杆和第二支撑杆，所述第一支撑杆的两端分别搭接于所述曝气反应池的池壁上沿，所述第一支撑杆的底部沿杆体轴向设置有第一滑槽，所述最上节套管的顶部设置有滑块，且所述滑块卡入第一支撑杆底部的第一滑槽中，实现所述第一支撑杆与所述伸缩套管组件的滑动连接；所述第二支撑杆的一端搭接在所述曝气反应池的池壁上沿，另一端与所述第一支撑杆固定连接，并且所述第二支撑架与第一支撑架垂直；所述第二支撑架的底部设置有第二滑槽，所述第二滑槽中悬装一测量尺，所述测量尺的下端竖直向下伸入至所述曝气反应池的液体容纳腔内。

进一步，所述曝气反应池的池壁上沿设置有多个卡口槽；所述曝气反应池内还插设有用于测量液体温度的温度探头。

进一步，曝气反应池的外壁上安装有气压表。

本发明的有益效果是：

1)本申请的装置结构中，曝气反应池内安装有可伸缩式支撑架，可伸缩式支撑架能够带动溶解氧电极竖直方向上下移动，以便测量不同水深的溶解氧浓度；另外，曝气反应池的顶部安装有由第一段支撑杆和第二支撑杆组成的顶部支撑架体，可伸缩套管组件能够在第一段支撑杆的底部进行滑动，从而能够在同一水位的不同坐标位置下测试溶解氧浓度。本申请的装置能够对曝气反应池内的不同位置水体的溶解氧浓度进行很好地测试，由此能够方便提取多个测试点，测得的数据能够更好地反映出水体的溶解氧情况。

2)本申请的装置结构中，溶解氧电极的正下方悬设有微孔网格膜，能够在曝气的过程中减少气泡干扰，具有提高溶解氧测定稳定性的良好特点。本发明利用微孔网格膜拦截并碎裂大气泡以防大气泡吸附在溶解氧电极上，使得电脑在实时记录溶解氧浓度数据时，溶解氧浓度随曝气时间的变化曲线能够具有更为准确、稳定的变化曲线。

3)本申请的装置结构中，曝气反应池的顶部安装有第一段支撑杆和第二支撑杆，第二支撑杆底部的第二滑槽中安装有测量尺，测量尺竖直设置，且测量尺可在短段支撑架底部的滑槽中进行滑动，以方便观察水深及及水体中的气泡情况。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的立体结构示意图；

图3为本发明的伸缩套管组件的结构示意图；

图4为本发明的微孔网格膜的结构示意图；

图5为设有微孔网格膜与拆除了微孔网格膜的情况下，池水中溶解氧浓度随时间的变化曲线的对比结果图；

图6为相同气压、水温及水位条件下，测试点位于在32.5cm与57cm的情况下，池水中溶解氧浓度随时间的变化曲线的对比结果图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明。

参照附图：

实施例1本发明所述的一种可变距测定溶解氧以及提高测定稳定性的装置，包括曝气反应池100、曝气装置系统200和数据处理系统300，

所述曝气反应池100设有液体容腔，且所述曝气反应池100的顶部悬装一可伸缩式支撑架400，所述可伸缩式支撑架400的下部伸入所述液体容腔内，并在所述可伸缩式支撑架400的末端安装一溶解氧电极500，以便测量不同水深的溶解氧浓度；所述溶解氧电极500的信号输出端通过导线与所述数据采集系统的信号输入端电连接；

所述曝气装置系统200包括空压机210、气体流量计220和曝气器230，所述曝气器230设置于曝气反应池100的内部底壁中心位置处，所述空压机210、气体流量计220与曝气器230之间依次通过管路连接；

所述数据处理系统300包括溶解氧测试仪310和数据处理器320，所述溶解氧测试仪310的信号输入端通过导线与所述溶解氧电极500的信号输出端电连接，所述溶解氧测试仪310的信号输出端通过导线与所述数据处理器320的信号输入端电连接，溶解氧电极500将测量的溶解氧浓度信号传输给溶解氧测试仪，溶解氧测试仪再将得到的溶解氧浓度数据实时记录在数据处理器320中。

所述曝气器230设有一中空腔体，且所述中空腔体的上表面为圆形；所述中空腔体的圆形上表面均匀设有若干微出气孔；所述曝气器230的底部设有可与所述中空腔体相连通的进气口，所述进气口通过进气管240与所述气体流量计220的出气口管路连通。

所述微出气孔的鼓出的气泡直径在1-3mm。

如图3所示，所述可伸缩式支撑架400包括顶部支撑架体410和伸缩套管组件420，所述伸缩套管组件420通过所述顶部支撑架体竖直悬装于所述曝气反应池100的液体容腔内，所述伸缩套管组件420包括三节依次套设的套管，相邻两节套管之间螺纹连接；所述溶解氧电极500固定设置于所述伸缩套管组件420的最下节套管内，且所述溶解氧电极500的下部测试端向下穿出所述最下节套管；所述伸缩套管组件420的最上节套管的上端设有用于供导线穿出的穿线孔；当溶解氧电极500通过导线与溶解氧测试仪310连接时，导线的一端连接溶解氧测试仪310，导线的另一端穿入伸缩套管组件420的最上节套管的穿线孔，再与溶解氧电极310的上部接线端连接。

溶解氧电极500的下部测试端与伸缩套管组件420的最下节套管的下端内壁之间安装有防水密封圈，可防止水进入可伸缩式支撑架5内部。

为了方便微孔网格膜440悬设在溶解氧电极500的正下方，可设计以下装置结构：所述伸缩套管组件420的最下节套管外壁固定设置有竖直的连接细杆430，所述连接细杆430的下端向下延伸至溶解氧电极500的下方，并在连接细杆的下端固定连接微孔网格膜440。

为了增加微孔网格膜440安装的稳定性，所述连接细杆430的数量为至少2根，且所述连接细杆430均匀间隔设置在伸缩套管组件420的最下节套管外侧。例如，若连接细杆的数量是2根，则2根连接细杆对称设置在最下节套管外壁的相对两侧。

如图4所示，所述微孔网格膜440的透气孔径为0.5mm。

如图2所示，所述曝气反应池100的上端为敞口结构，所述曝气反应池100的上部和底部分别设有出水管110和进水管120，所述出水管110和进水管120上均设有控制阀门；所述曝气反应池100的池壁上沿安装有顶部支撑架体410；所述顶部支撑架体410包括第一段支撑杆411和第二支撑杆412，所述第一支撑杆411的两端分别搭接于所述曝气反应池100的池壁上沿，所述第一支撑杆411的底部沿杆体轴向设置有第一滑槽，所述最上节套管的顶部设置有滑块，且所述滑块卡入第一支撑杆411底部的第一滑槽中，实现所述第一支撑杆411与所述伸缩套管组件420的滑动连接；所述第二支撑杆412的一端搭接在所述曝气反应池100的池壁上沿，另一端与所述第一支撑杆411固定连接，并且所述第二支撑架412与第一支撑架411垂直；所述第二支撑架412的底部设置有第二滑槽，所述第二滑槽中悬装一测量尺450，所述测量尺450的下端竖直向下伸入至所述曝气反应池100的液体容纳腔内。

所述曝气反应池100的池壁上沿设置有4个卡口槽，其中两个卡口槽中心连线过曝气反应池100中心，用于与第一支撑杆411的两端部卡接。第一支撑杆411和第二支撑杆412连接形成的一体式结构，能够在曝气反应池1的池壁上沿其中3个卡口槽中固定安装。使用时，第一支撑杆411和第二支撑杆412可以从曝气反应池100顶部拆卸下来，然后旋转一定角度后再重新固定安装在曝气反应池100顶部，由此能够将测量尺450和溶解氧电极500转移至不同的位置。

所述曝气反应池100内还插设有用于测量液体温度的温度探头460。

曝气反应池100的外壁上安装有气压表470，用以测量曝气反应池1附近的环境压力。

所述第一支撑杆411沿轴向同样设有刻度。

在本申请的装置进行溶解氧浓度测试时，曝气反应池100选择透明材料制备而成情况下，可对正在曝气中的水体进行拍照，进而观察水体照片中的气泡现象。在本申请的装置结构中，测量尺450能够在第二支撑杆412底部进行滑动，这种结构的优点是：当曝气反应池100曝气量较大时，曝气反应池100的水体中心位置上升的气泡较为密集，气泡之间容易重叠，此时可将测量尺450移动至远离曝气反应池100的水体中心位置，从而使得测量尺450能够更好地观察单个气泡的直径大小情况。而当曝气反应池100曝气量较小时，可将测量尺450移动至靠近曝气反应池100的水体中心位置，由此能够对更多的气泡的直径大小情况进行观察。

实施例2利用实施例1的装置对水体进行溶解氧浓度测试，过程如下：

向曝气反应池中加入清水，通过测量尺450来确定水位，添加清水直至其水位达到35cm；

利用可伸缩式支撑架400对溶解氧电极500的位置进行调节，将溶解氧电极500移动至曝气反应池100的水体中心位置处，且溶解氧电极500的测试端伸入至曝气反应池内的1/2水深处(即是对17.5cm水位进行溶解氧浓度测试)，通过溶解氧测试仪310测定池水中的溶解氧浓度C

通过温度探头读取水温为13.8℃；

通过安装在曝气反应池外壁的气压表读取周边环境大气压为1028.7hpa。

向曝气反应池中投加Na

m＝7.88 k

上述公式(1)中，k

C

Vw为曝气反应池内水的体积，本实施例1中为0.007m

7.88为理论上每消耗1kg溶解氧所需的亚硫酸钠的质量；

氯化钴的投加量，按钴离子在曝气反应池内水体中的最终浓度是0.3-0.5mg/L进行确定，本实施例1中为0.5mg/L。

按照上述过程可计算出Na

启动空压机210，通过调节气体流量计220将通入的空气气量调节至1L/min，曝气器开始工作。曝气过程中，大量气泡被微孔网格膜440拦截或破裂成小气泡，溶解氧电极500将测量的溶解氧浓度信号传输给溶解氧测试仪310，溶解氧测试仪310再将得到的溶解氧浓度数据实时记录在数据处理器320中。数据处理器320每隔10s记录水中溶解氧浓度随时间的变化，直至池水中溶解氧浓度达到试验条件下饱和值时该次试验停止。

在实施例1的装置结构中，溶解氧电极500的正下方悬设有微孔网格膜440情况下，曝气反应池100中持续进行曝气时，池水中溶解氧浓度随时间的变化曲线结果绘制于图5中。实验结束后通过温度探头460读取水温为13.2℃；安装在曝气反应池100外壁的气压表470读取周边环境大气压为1028.7hpa。

对照例1(拆除微孔网格膜)：

对照例1使用的装置结构重复实施例1，不同之处在于“将溶解氧电极正下方的微孔网格膜拆除掉”，其余结构与实施例1中相同。对照例1利用装置对水体进行溶解氧浓度测试，过程如下：

向曝气反应池100中加入清水，通过测量尺450来确定水位，添加清水直至其水位达到35cm。利用可伸缩式支撑架400对溶解氧电极500的位置进行调节，将溶解氧电极500移动至曝气反应池100的水体中心位置处，且溶解氧电极500的测试端伸入至曝气反应池内的1/2水深处(即是对17.5cm水位进行溶解氧浓度测试)，通过溶解氧测试仪310测定池水中的溶解氧浓度C

然后向曝气反应池100中投加Na

m＝7.88k

上述公式中，k

C

V

7.88为理论上每消耗1kg溶解氧所需的亚硫酸钠的质量；

氯化钴的投加量，按钴离子在曝气反应池内水体中的最终浓度是0.3-0.5mg/L进行确定，本实施例1中为0.5mg/L。

按照上述过程可计算出Na

启动空压机210，通过调节气体流量计220将通入的空气气量调节至1L/min，曝气器230开始工作。曝气过程中，由于拆除了微孔网格膜440，一些气泡吸附在溶解氧电极500上，导致一些时间点的溶解氧测定值比实际值偏高。溶解氧电极500将测量的溶解氧浓度信号传输给溶解氧测试仪310，溶解氧测试仪310再将得到的溶解氧浓度数据实时记录在数据处理器320中。数据处理器320每隔10s记录水中溶解氧浓度随时间的变化，直至池水中溶解氧浓度达到试验条件下饱和值时该次试验停止。

在对照例1的装置结构中，拆除了微孔网格膜440的情况下，曝气反应池100中持续进行曝气时，池水中溶解氧浓度随时间的变化曲线结果绘制于图5中。实验结束后通过温度探头460读取水温为10.5℃；安装在曝气反应池100外壁的气压表470读取周边环境大气压为1028.7hpa。

图5为设有微孔网格膜与拆除了微孔网格膜的情况下，池水中溶解氧浓度随时间的变化曲线的对比结果图。从图5中可以看出：设有微孔网格膜440情况下获得的溶解氧浓度随时间的变化曲线具有更好的稳定性，由此证明本申请装置的提高溶解氧测定稳定性的优点。

其中本申请的装置在测试时能够提高溶解氧测定稳定性，这是因为在安装微孔网格膜的情况下，一方面能有效拦截大气泡吸附在溶解氧电极上干扰测定，另一方面也利用了物理破泡的机理，使通过微孔网格膜的气泡破裂成更小的气泡，不易吸附在溶解氧电极上，使溶解氧测定的稳定性大大提高。

实施例3：

利用实施例1的装置对水体进行溶解氧浓度测试，过程如下：

向曝气反应池100中加入清水，通过测量尺来确定水位，添加清水直至其水位达到65cm。利用可伸缩式支撑架400对溶解氧电极500的位置进行调节，将溶解氧电极500移动至曝气反应池100的水体中心位置处，且溶解氧电极500的测试端伸入至曝气反应池内的1/2水深处(即是对32.5cm水位进行溶解氧浓度测试)，通过溶解氧测试仪310测定池水中的溶解氧浓度C

然后向曝气反应池100中投加Na

m＝7.88 k

上述公式中，k

C

V

7.88为理论上每消耗1kg溶解氧所需的亚硫酸钠的质量；

氯化钴的投加量，按钴离子在曝气反应池内水体中的最终浓度是0.3-0.5mg/L进行确定，本实验中为0.5mg/L。

按照上述过程可计算出Na

启动空压机，通过调节气体流量计将通入的空气气量调节至5L/min，曝气器开始工作。曝气过程中，大量气泡被微孔网格膜拦截或破裂成小气泡，溶解氧电极将测量的溶解氧浓度信号传输给溶解氧测试仪，溶解氧测试仪再将得到的溶解氧浓度数据实时记录在电脑中。电脑每隔10s记录水中溶解氧浓度随时间的变化，直至池水中溶解氧浓度达到试验条件下饱和值时该次试验停止。

实验结束后通过温度探头读取水温为13.9℃；通过安装在曝气反应池外壁的气压表读取周边环境大气压为1011.3hpa。在实施例2的装置结构中，曝气反应池中持续进行曝气时，池水中溶解氧浓度随时间的变化曲线结果绘制于图6中。

对照例2：

利用实施例1的装置对水体进行溶解氧浓度测试，过程如下：

向曝气反应池100中加入清水，通过测量尺450来确定水位，添加清水直至其水位达到65cm。利用可伸缩式支撑架400对溶解氧电极500的位置进行调节，将溶解氧电极500移动至曝气反应池的水体中心位置处，且溶解氧电极的测试端伸入至曝气反应池100内的57cm水位处(即是距离池底57cm的水位进行溶解氧浓度测试)，通过溶解氧测试仪测定池水中的溶解氧浓度C

然后向曝气反应池100中投加Na

m＝7.88 k

上述公式中，k

C

V

7.88为理论上每消耗1kg溶解氧所需的亚硫酸钠的质量；

氯化钴的投加量，按钴离子在曝气反应池内水体中的最终浓度是0.3-0.5mg/L进行确定，本实验中为0.5mg/L。

按照上述过程可计算出Na

启动空压机，通过调节气体流量计将通入的空气气量调节至5L/min，曝气器开始工作。曝气过程中，大量气泡被微孔网格膜拦截或破裂成小气泡，溶解氧电极将测量的溶解氧浓度信号传输给溶解氧测试仪，溶解氧测试仪再将得到的溶解氧浓度数据实时记录在电脑中。电脑每隔10s记录水中溶解氧浓度随时间的变化，直至池水中溶解氧浓度达到试验条件下饱和值时该次试验停止。

实验结束后通过温度探头读取水温为13.8℃；通过安装在曝气反应池外壁的气压表读取周边环境大气压为1011.2hpa。

在对照例2的装置结构中，曝气反应池中持续进行曝气时，池水中溶解氧浓度随时间的变化曲线结果绘制于图6中。

图6为测试点水位在32.5cm与57cm的情况下，池水中溶解氧浓度随时间的变化曲线的对比结果图。从图6中可以看出：不同水位下的溶解氧曲线有着较为明显的区别。因此在对水体进行实际测试时，进行提取多个测试点，测得的数据能够更好地反映出水体的溶解氧情况。

其中本申请的装置结构中，曝气反应池内安装有可伸缩式支撑架，可伸缩式支撑架能够带动溶解氧电极竖直方向上下移动。由此本申请的装置在测试时，能方便溶解氧电极测定曝气反应器中不同点位的溶解氧值，可方便观察不同点位的溶解氧变化规律，从而综合考虑水体的溶解氧状况。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。