CN101592568B - 走航式多通道膜过滤悬浮颗粒物采样系统 - Google Patents

Abstract

走航式多通道膜过滤悬浮颗粒物采样系统，涉及一种悬浮颗粒物采样装置。提供一种可自动进行系统的清洗、原始水样抽取与输送、水样的定量过滤及悬浮颗粒物样品收集等操作，实现走航式连续采集悬浮颗粒物样品的走航式多通道膜过滤悬浮颗粒物采样系统。设有采水泵、流通池、预过滤装置、恒流泵、分流阀、多通道切换阀、多通道过滤装置、真空系统、控制系统和计算机。采水泵出水口接流通池一端，另一端设溢流口；预过滤装置设于流通池内，其出口接恒流泵水样入口，恒流泵出口接分流阀入口和多通道切换阀注入口，多通道切换阀排出口接过滤装置，多通道切换阀接计算机，过滤装置出口接真空系统。

Description

走航式多通道膜过滤悬浮颗粒物采样系统

技术领域

本发明涉及一种悬浮颗粒物采样装置，尤其是涉及一种用于海洋环境监测的走航式多通道膜过滤悬浮颗粒物采样系统。

背景技术

悬浮颗粒物，是指颗粒直径在0.45μm以上，以悬浮态存在于水体中的颗粒物([1]GOLDBERG E D，BAKER M，FOX D L.Microfiltration in ocean orgaphic research[J]Marine Research，1952，11：194-204)。水体中悬浮颗粒物是各种污染物在该水体中的重要存在介质，对于各种污染物在水生生态系统中的迁移、分布起着重要的作用([2]KAVANAUGHM C，LECKIE J O.Particulates in water：advances in chemistry series[M].Washington DC，USA：American Chemical Society，1980：189)，对污染物的生物可利用性以及最终归宿具有重要的影响。随着对水体中悬浮颗粒物研究的深入，悬浮颗粒物样品采集的方法，成为准确、快速研究悬浮颗粒物的基础。目前水体中悬浮颗粒物采样最常用的方法是海上现场采集水样，然后采用漏斗式过滤装置对水样进行过滤，采集悬浮颗粒物样品；或将水体样品采集后冷藏运输到实验室后再进行过滤处理，该采样方法需要大量的手工操作，加大操作者的劳动强度，水体样品采样过程与悬浮颗粒物过滤过程分离又会造成水相颗粒相之间发生一系列物理化学变化，对最终悬浮颗粒物的分析结果的真实性、有效性造成影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有悬浮颗粒物采样装置存在的手工操作繁琐、自动化程度低、过滤周期长等缺点，提供一种可自动进行系统的清洗、原始水样抽取与输送、水样的定量过滤及悬浮颗粒物样品收集等操作，实现走航式连续采集悬浮颗粒物样品的走航式多通道膜过滤悬浮颗粒物采样系统。

本发明设有采水泵、流通池、预过滤装置、恒流泵、流量计、分流阀、多通道切换阀、多通道过滤装置、真空系统、控制系统和计算机。采水泵的进水口外接原始水体，采水泵的出水口接流通池一端，流通池另一端设有溢流口，为系统提供现场原位的原始水体样品；预过滤装置设于流通池内，预过滤装置的出口接恒流泵水样入口，恒流泵出口经流量计分别接分流阀入口和多通道切换阀注入口，多通道切换阀的多个排出口与多通道过滤装置相连，多通道切换阀接计算机，多通道过滤装置出口接真空系统，控制系统分别与采水泵、恒流泵、流量计、分流阀、多通道切换阀、过滤装置和真空系统连接。

本发明配套的管路系统包括输水管、管接头等。真空系统可设有真空泵和真空瓶，为系统提供一定的负压，加速过滤。控制系统可设有PLC主机、扩展模块和人机界面(HMI)，多通道切换阀经PLC主机接计算机，PLC主机与计算机通过RS-232串行接口连接，可对逻辑控制程序进行上载和下载；RS-232串行接口也用以连接PLC与人机界面进行通讯，可对系统下达指令以及对系统状态进行监控。

所述采水泵可以是往复活塞水泵、离心水泵或其输送液体或使液体增压的装置。

所述流通池可以是商品化水体样品流动式暂存腔体。

所述预过滤装置可以是商品化不同材质的过滤装置。

所述恒流泵可以是蠕动泵、注射泵、往复式柱塞泵或其他可以恒流输送液体的装置。

所述流量计可以是转子(浮子)流量计、叶轮式流量计、容积式流量计等用以测量管路中流体流量的仪表。

所述分流阀可以是商品化可调节液体流量的阀门。

所述管路系统可以是聚四氟乙烯、氟塑料等材料的管及接头。

所述多通道切换阀可以是商品化多位阀。

所述多通道过滤装置可以是商品化可换膜或不可换膜的过滤装置。

所述控制系统可以为以单片机或PLC为中央处理器的控制模块。

所述控制程序可以为采用DL编程语言或其他编程语言编写的PLC控制程序。

所述RS-232串行接口为标准接口。

本发明能够完成单个或多个通道的水样过滤悬浮颗粒物采集任务，两个样品之间的采样时间间隔短则几分钟，长则几个小时甚至几天。该系统具有采水与过滤同时进行、过滤周期短、自动化程度高、性能稳定等优点，可广泛应用于需要采样的海洋常规调查和专项调查。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

如图1所示，本发明设有采水泵1、流通池2、预过滤装置3、恒流泵4、流量计5、分流阀6、多通道切换阀7、多通道过滤装置8、真空瓶9、真空泵10、PLC主机及扩展模块11、人机界面12和计算机13。

采水泵1位于船体底部，其入水管口置于水下为系统输送原始水体样品。流通池2一端与采水泵1的采水出口相连，流通池2另一端设溢流口，为系统提供现场原位的原始水体样品。预过滤装置3位于在流通池2内，配备在恒流泵4水样入口处，可滤除水体中悬浮的粗大颗粒物，防止系统堵塞。恒流泵4出口与流量计5入口相连，为系统提供恒定流速的水体样品，流量计5的一个排出口与多通道切换阀7相连，流量计5与分流阀6协同工作，为系统提供稳定流速的水体样品并显示输送至系统中水样的流速；多通道切换阀7设有一个注入口和多个排出口，注入口与流量计5出口相连，其他多个排出口与多通道过滤装置8相连，可以根据控制系统的命令，将原始水体样品输送到特定过滤通道。管路系统设有输水管和管接头等，输水管和管接头等可采用不沾污(吸附、溶出)水样的塑料材质制成，为水体样品输送通道。多通道过滤装置8是多个在线换膜过滤器，配备一定体积水样储存腔体及方便换膜的固定装置，可对水样进行暂时储存，用于水样的过滤、悬浮颗粒物样品的收集。真空系统设有真空泵10和真空瓶9，为系统提供一定的负压，加速过滤。控制系统包括PLC主机及扩展模块11和人机界面(HMI)12，可根据用户需要通过人机界面12设置采样时间间隔等参数，通过控制程序对多通道切换阀7进行控制，自动完成系统的清洗、原始水样采集、水样的过滤及悬浮颗粒物样品收集等操作，并可以实时监控系统状态及相应操作的运行时间。控制程序可对多通道切换阀7进行控制，通过实时调整逻辑控制程序可对系统的清洗、水样定量采集、过滤等步骤加以优化；RS-232串行接口用以连接PLC主机与计算机进行通讯，可对逻辑控制程序进行上载和下载。用以连接PLC主机与人机界面进行通讯，可对系统下达指令以及对系统状态进行监控；利用计算机通过程序编辑软件对控制程序进行调整、更改，根据实际需要，设定系统工作流程，实现对不同水体中悬浮颗粒物样品的采样要求。

所述采水泵采用往复活塞水泵或离心水泵。

所述流通池采用商品化水体样品流动式暂存腔体。

所述预过滤装置采用商品化不同材质的过滤装置。

所述恒流泵采用蠕动泵、注射泵或往复式柱塞泵。

所述流量计采用转子(浮子)流量计、叶轮式流量计或容积式流量计。

所述分流阀采用商品化可调节液体流量的阀门。

所述管路系统采用聚四氟乙烯或氟塑料等材料的管及接头。

所述多通道切换阀采用商品化多位阀。

所述过滤装置采用商品化可换膜或不可换膜的过滤装置。

所述控制系统采用以单片机或PLC为中央处理器的控制模块。

所述控制程序为采用DL编程语言或其他编程语言编写的PLC控制程序。

所述RS-232串行接口为标准接口。

该系统能够完成单个或多个通道的水样过滤悬浮颗粒物采集任务，两个样品之间的采样时间间隔短则几分钟，长则几个小时甚至几天。该系统具有采水与过滤同时进行、过滤周期短、自动化程度高、性能稳定等优点，未来可广泛应用于需要采样的海洋常规调查和专项调查。

使用时，根据实际悬浮颗粒物采样需要调整、更改控制程序，通过RS-232串行接口将控制程序从计算机13下载至控制系统的PLC主机及扩展模块11中；系统启动后，电源打开，采水泵1开始泵水至流通池2中，与此同时，真空泵10开始工作，真空瓶9内为负压状态；打开恒流泵4的电源开关，调节流量计5与分流阀6为系统提供恒定流速且经过预过滤装置3过滤过的原始水样；系统稳定后，通过控制系统的人机界面12输入“手动测试时间”，并运行“手动测试”，记录系统的实际流速参数；通过人机界面12输入“水泵流速”、系统各通道的“容量”以及“采样时间间隔”等参数后，点击人机界面12上的“开始运行”按钮，系统采样开始；根据控制系统的命令，多通道切换阀7将预设体积的原始水样切换至多通道过滤装置8的一个通道中，并进行过滤，滤液流入真空瓶9内，待过该通道中的水样过滤完毕，悬浮颗粒物采样完成；系统根据预设的采样时间间隔，到达相应时间后，另一通道再次进行取水、过滤等操作，直至系统各通道动作结束，PLC主机及扩展模块11进入待机状态；关闭采水泵1、恒流泵4和真空泵10，从过滤装置中取出附有悬浮颗粒物的滤膜，采样完成。

Claims (8)

1.走航式多通道膜过滤悬浮颗粒物采样系统，其特征在于设有采水泵、流通池、预过滤装置、恒流泵、流量计、分流阀、多通道切换阀、多通道过滤装置、真空系统、控制系统和计算机，采水泵的进水口外接原始水体，采水泵的出水口接流通池一端，流通池另一端设有溢流口，预过滤装置设于流通池内，预过滤装置的出口接恒流泵水样入口，恒流泵出口经流量计分别接分流阀入口和多通道切换阀注入口，多通道切换阀的多个排出口与多通道过滤装置相连，多通道切换阀接计算机，多通道过滤装置出口接真空系统，控制系统分别与采水泵、恒流泵、流量计、分流阀、多通道切换阀、多通道过滤装置和真空系统连接，所述多通道过滤装置为多个在线换膜过滤器，所述在线换膜过滤器设有水样储存腔体和便于换膜的固定装置。

2.如权利要求1所述的走航式多通道膜过滤悬浮颗粒物采样系统，其特征在于所述真空系统设有真空泵和真空瓶。

3.如权利要求1所述的走航式多通道膜过滤悬浮颗粒物采样系统，其特征在于所述控制系统设有PLC主机、扩展模块和人机界面，多通道切换阀经PLC主机接计算机。

4.如权利要求3所述的走航式多通道膜过滤悬浮颗粒物采样系统，其特征在于所述PLC主机与计算机通过RS-232串行接口连接。

5.如权利要求1所述的走航式多通道膜过滤悬浮颗粒物采样系统，其特征在于所述采水泵为往复活塞水泵或离心水泵。

6.如权利要求1所述的走航式多通道膜过滤悬浮颗粒物采样系统，其特征在于所述恒流泵为蠕动泵、注射泵或往复式柱塞泵。

7.如权利要求1所述的走航式多通道膜过滤悬浮颗粒物采样系统，其特征在于所述流量计为转子流量计、叶轮式流量计或容积式流量计。

8.如权利要求1所述的走航式多通道膜过滤悬浮颗粒物采样系统，其特征在于所述控制系统为以单片机或PLC为中央处理器的控制模块。 

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