CN107340375A - 一种水体污染在线监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水体污染在线监测装置，该装置包括：取样单元，所述单元包括水下监测箱、传感器、伸缩杆；监测单元，所述单元包括壳体、控制器、电源、远程监测数据采集卡、蠕动泵、水样桶；2个单元通过线缆与水管相连；所述传感器根据水体情况可置于水下监测箱或水样桶内；所述水下监测箱内设多种传感器与水管进口，并利用伸缩杆完成不同深度水质取样与监测；所述控制器接收并处理传感器信号，通过远程监测数据采集卡将数据无线传至工控机或手机上，实现水体污染情况实时在线监控；所述蠕动泵通过水管正向吸取水样至水样桶与反向冲洗传感器；所述装置的壳体为便携式，通过固定或光伏电源供电；本发明还提供了一种水体污染在线监测的方法。

Description

一种水体污染在线监测装置及方法

技术领域

本发明涉及水体污染监测领域，尤其黑臭水体在线监控与判别、水体污染应急检测与处理、水质野外监测领域的一种水体污染在线监测装置及方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展和城市化进程加快，大量工业废水、生活污水和其他废弃物进入江河湖海等水体，其超过了自然水体自净能力并所造成了污染，这会导致自然水体的物理、化学、生物等方面特征的改变，从而影响到水的利用价值，危害人体健康或破坏生态环境，造成水质恶化的现象。

水体污染监测是对水环境中污染物进行检查与判别，包括水体参数 (如流量、水温与深度等)，水质指标(如pH、浊度、溶解氧、氧化还原电位、电导率等)、生物指标(如叶绿素A、蓝绿藻)等，其监测的目标是为了了解水体质量和分析污染物产生的原因和污染方式，为预防与治理污染提供技术支持。

目前，我国对水体及其水质的监测大多采用“现场取样、实验室检测、人工分析”的方法，也有少量岸边式的固定式的实验室和可移动的取样装置，以上监测方式水质实际情况与结果均存在一定的时间差，即未能进行实时在线监测与数据分析，且由于监测装置不能任意移动造成监测范围受限，不能及时给水体污染预防与治理提供技术支持与保障。现有的水体水质监测设备和系统已不适合监测响应要求较高的黑臭水体监控与判别、水体污染应急检测与处理、野外水质监测等领域的使用。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供了一种水体污染在线监测装置及方法。

根据本发明的一个方面，提出了一种水体污染在线监测装置，所述装置包括：用于水下取样的取样单元，所述取样单元包括水下监测箱、传感器、伸缩杆；用于水质检测的监测单元，所述监测单元包括壳体、控制器、电源、远程监测数据采集卡、蠕动泵、水样桶；所述取样单元与监测单元通过线缆与水管相连；

根据本发明的第二方面，在本发明的水体污染在线监测装置中，传感器根据水体情况可置于水下监测箱或水样桶内；当水流较平稳、水中杂物较少时，传感器可置于水下监测箱内，可实现水体原位监测；当水流较湍急、水中杂物较多时，传感器可置于水样桶内，并监测蠕动泵吸取至水样桶内的水样；传感器可选用化学反应式、莹光式等电极，表征水体水温、深度、pH、浊度、溶解氧、氧化还原电位、电导率、叶绿素A、蓝绿藻等。

根据本发明的第三方面，在本发明的水体污染在线监测装置中，水下监测箱前部为子弹头式的挡水板，后部为能过水的镂空长方体，长方体上表面固定多种传感器，长方体内部设水管进口，进口与传感器邻近固定；整个水下监测箱与伸缩杆固定，并利用伸缩杆完成不同深度水质取样与监测；

根据本发明的第四方面，在本发明的水体污染在线监测装置中，控制器接收并处理传感器实时返回的信号，该数据通过远程监测数据采集卡无线传输至指定的工控机或手机APP上，工控机和手机APP通过计算反映出水体污染情况，最终实现水体污染情况实时在线监控；

根据本发明的第五方面，在本发明的水体污染在线监测装置中，蠕动泵通过水管正向吸取水样至水样桶，在水流较湍急、水中杂物较多时供传感器检测使用，出水返回至水体中；蠕动泵也可通过水管反向输送水样桶内的水至水下监测箱内水管进口，对传感器进行反向冲洗，冲洗操作可通过工控机设定；

根据本发明的第六方面，在本发明的水体污染在线监测装置中，壳体为便携式，带有滑轮及吊耳等移动部件，该装置可安装于船体内，也可安装于车辆中，便于野外作业或应急监测等情况；

根据本发明的第七方面，在本发明的水体污染在线监测装置中，电源为可利用岸边固定电源，也可采用太阳能电源；装置留有应急电源接口，以便于应急照明或连接其他监测仪器；

本发明还提供了一种水体污染在线监测的方法，该方法利用根据前述一个方面或者多个方面所述的水体污染在线监测装置，所述方法包括：

利用取样单元根据自然水体情况可利用蠕动泵从水体中抽吸水样或利用水下监测箱中传感器进行原位监测；

当水体较湍急、水中杂物较多时，将所述的水样送至监测单元的水样桶中利用传感器进行检测；当水流较平稳、水中杂物较少时，传感器可置于水下监测箱内，可实现水体原位检测；

传感器信号通过远程监测数据采集卡无线传输至指定的工控机或手机APP上，工控机和手机APP通过计算反映出水体污染情况，最终实现水体污染情况实时在线监控；

通过利用根据本发明的装置和方法，可以获得的有利之处至少在于：

本发明能够实现水体污染的实时、在线、原位监测，可用于黑臭水体在线监控与判别、水体污染应急检测与处理、水质野外监测等。

附图说明：

图1示出了根据本发明的一个优选实施方式的水体污染在线监测装置的示意图。

图2示出了根据本发明的另一优选实施方式的水体污染在线监测装置的示意图。

附图标记说明：

1：壳体；2：控制器：3：电源；4：远程监测数据采集卡；5：传感器；6：水下监测箱；7：伸缩杆；8：蠕动泵；9：水样桶；10：线缆； 11：水管；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作详细说明，应当理解，本公开内容中所提到的实施例仅是示例性的，根据本公开内容的启示，本发明可以以其他任何适宜的方式来实施。下文中所使用的术语和构造，也可以用其他等同的方式来替代。本发明的权利要求的保护范围并不受下午中具体实施方式中的具体的实例所限制。

本公开内容提出了一种水体污染在线监测装置。所述装置可以包括：

用于水下取样的取样单元，所述取样单元包括水下监测箱、传感器、伸缩杆；用于水质检测的监测单元，所述监测单元包括壳体、控制器、电源、远程监测数据采集卡、蠕动泵、水样桶；所述取样单元与监测单元通过线缆与水管相连；

可选地，在根据本发明的其他实施方式中，传感器根据水体情况可置于水下监测箱或水样桶内；当水流较平稳、水中杂物较少时，传感器可置于水下监测箱内，可实现水体原位监测；当水流较湍急、水中杂物较多时，传感器可置于水样桶内，并监测蠕动泵吸取至水样桶内的水样；传感器可选用化学反应式、莹光式等电极，表征水体水温、深度、pH、浊度、溶解氧、氧化还原电位、电导率、叶绿素A、蓝绿藻等。

水下监测箱前部为子弹头式的挡水板，后部为能过水的镂空长方体，长方体上表面固定多种传感器，长方体内部设水管进口，进口与传感器邻近固定；整个水下监测箱与伸缩杆固定，并利用伸缩杆完成不同深度水质取样与监测；

控制器接收并处理传感器实时返回的信号，该数据通过远程监测数据采集卡无线传输至指定的工控机或手机APP上，工控机和手机APP 通过计算反映出水体污染情况，最终实现水体污染情况实时在线监控；

蠕动泵通过水管正向吸取水样至水样桶，在水流较湍急、水中杂物较多时供传感器检测使用，出水返回至水体中；蠕动泵也可通过水管反向输送水样桶内的水至水下监测箱内水管进口，对传感器进行反向冲洗，冲洗操作可通过工控机设定；

类似地，在根据本发明的一个实施方式中，在水体污染在线监测装置中壳体为便携式，带有滑轮及吊耳等移动部件，该装置可安装于船体内，也可安装于车辆中，便于野外作业或应急监测等情况；

电源为可利用岸边固定电源，也可采用太阳能电源；装置留有应急电源接口，以便于应急照明或连接其他监测仪器；

例如，在一个实施方式中，根据自然水体湍流程度较低和水中杂物较少的情况，传感器安装于水下监测箱上，并利用伸缩杆将传感器伸直水下指定位置，进行水体原位监测，监测指标包括水温、深度、pH、浊度、溶解氧、氧化还原电位、电导率、叶绿素A、蓝绿藻等。传感器信号通过线缆传至监测单元的控制器中进行分析与处理，数据通过远程监测数据采集卡无线传输至指定的工控机或手机APP上，工控机和手机APP 通过计算反映出水体污染情况，最终实现水体污染情况实时在线监控；蠕动泵定时通过水管正向吸取水样至水样桶，并定期反向输送水样桶内的水至水下监测箱内水管进口对传感器进行反向冲洗，冲洗操作是通过工控机设定。整个装置壳体为便携式拉杆箱，安装于船体内，便于野外作业或应急监测等情况。电源采用太阳能应急电源，并设有急电源接口，以此作为应急照明和连接其他监测仪器使用。

本发明还提供了一种水体污染在线监测的方法，该方法利用根据前述一个方面或者多个方面所述的水体污染在线监测装置，所述方法包括：

利用取样单元根据自然水体情况可利用蠕动泵从水体中抽吸水样或利用水下监测箱中传感器进行原位监测；

当水体较湍急、水中杂物较多时，将所述的水样送至监测单元的水样桶中利用传感器进行检测；当水流较平稳、水中杂物较少时，传感器可置于水下监测箱内，可实现水体原位检测；

传感器信号通过远程监测数据采集卡无线传输至指定的工控机或手机APP上，工控机和手机APP通过计算反映出水体污染情况，最终实现水体污染情况实时在线监控；

通过利用根据本发明的装置和方法，能够实现水体污染的实时、在线、原位监测，可用于黑臭水体在线监控与判别、水体污染应急检测与处理、水质野外监测等。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在不同的示例中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

实施例1：

北方某河流，多条支流汇入但流速较慢，在流经某市3km区间就有 1座市政污水处理厂排放口、4座企业污水处理站排放口、12处雨水排放口，同时还有部分农业面源污染物进入，水质杂质较多，由此造成该河水环境较为脆弱，极易形成富营养化、转变成黑臭水体，且已发生多次水体污染事件，区域内现有1处固定的水质监测站点和每月定期取样监测等方法已不能实时反映水体污染情况，水体治理与应急处理都比较滞后。现利用1套水体在线监测装置在水体中自由移动，实时反馈水质指标、对水体污染情况进行初步判断。

参照图1所示，

水体污染在线监测装置由取样单元和监测单元组成，取样单元包括水下监测箱6、传感器5、伸缩杆7，监测单元包括壳体1、控制器2、电源3、远程监测数据采集卡4、蠕动泵8、水样桶9，两个单元通过线缆 10与水管11相连；

其中，多种传感器5安装于水下监测箱6上，伸缩杆7与水下监测箱6相连并可将水下监测箱6中的传感器5伸直水下指定位置，进行水体原位监测。传感器5包括pH传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、氧化还原电位传感器、铵离子传感器、叶绿素A传感器等。

水下监测箱6前部为子弹头式的挡水板，直径20cm，高度60cm，后部为能过水的镂空长方体L×B×H＝15×15×15cm，长方体上表面固定多种传感器5，长方体内部设水管11进口，进口与传感器5邻近固定；

设置两个控制器2通过线缆10与六个传感器5相连，实时接收并处理传感器5返回的信号。经处理后的数据通过远程监测数据采集卡4无线传输至指定的工控机控制软件或手机APP上，工控机控制软件和手机 APP通过模型计算反映出水体污染情况，最终实现水体污染情况实时在线监控；通过计算传感器5反馈的水体温度、测量深度、通明度、溶解氧、氧化还原电位、氨氮及蓝绿藻生长情况，根据模型计算后可达到该水体黑臭等级及富营养化程度。

可移动壳体1内安装的蠕动泵8定时通过水管11正向吸取水样至水样桶9，并定期反向输送水样桶9内的水至水下监测箱内水管11进口对传感器5进行反向冲洗，冲洗操作是通过工控机设定。

可移动的壳体1尺寸为73.6×45.7×35cm，内部装有控制器2、电源3、远程监测数据采集卡4、蠕动泵8、水样桶9，其中电源3采用太阳能应急电源，并设有急电源接口，以此作为应急照明和连接其他监测仪器使用。

整个装置安装于可在该水体中游弋的船体内，可移动壳体1与水下监测箱6通过线缆10和水管11相连，伸缩杆7固定于船上，水下监测箱6在伸缩杆7操作下可伸至任意水下区域与深度，实现对水体污染监测。

根据水体特点和监测项目，船体带着水体污染在线监测装置沿着河道上下以1km/h进行来回移动，通过伸缩杆将水下监测箱6置于液面下 0.5m，其子弹头挡板面向前进方向。远程监测数据采集卡4返回的数据如下：pH＝7.1、溶解氧1.6mg/L、浊度5NTU、氧化还原电位-50mV、铵离子11mg/L、叶绿素A30ug/L。通过模型计算可知该水体属于轻度黑臭水体，需进行微污染治理以防止其水质恶化。

本实例通过设置了一种水体污染在线监测装置，可以实时、在线、原位监测，及时反馈水域内各点水质情况，近而判断出该水体黑臭等级及富营养化程度，为流域水体污染控制及预防提供有力的技术保障。可用于黑臭水体在线监控与判别、水体污染应急检测与处理、水质野外监测等。

实施例2：

南方某河流，流量较小且流速较慢，在流经某市区间5km就设有2 座市政污水处理厂排放口、若干企业污水处理站排放口、多处雨水排放口，偶尔有企业偷拍现象发生，由此造成该河水环境较为脆弱，极易形成富营养化、转变成黑臭水体，且已发生多次水体污染事件，区域内现有3处固定的水质监测站点和定期取样监测等方法已不能实时反映水体污染情况，水体治理与应急处理都比较滞后。现利用1套水体在线监测装置在水体中自由移动，实时反馈水质指标、对水体污染情况进行初步判断。

参照图2所示，

水体污染在线监测装置由取样单元和监测单元组成，取样单元包括水下监测箱6、传感器5、伸缩杆7，监测单元包括壳体1、控制器2、电源3、远程监测数据采集卡4、蠕动泵8、水样桶9，两个单元通过线缆 10与水管11相连；

其中，多种传感器5安装于壳体1内的水样桶9上，伸缩杆7与水下监测箱6相连并可将水下监测箱6伸直水下指定位置进行取样，水样通过蠕动泵8送至水样桶9中，进行水体实时监测，出水排至水体中。传感器5包括pH传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、氧化还原电位传感器、铵离子传感器、叶绿素A传感器等。

水下监测箱6前部为子弹头式的挡水板，挡板直径20cm，高度60cm，后部为能过水的镂空长方体L×B×H＝15×15×15cm，长方体内部设水管11进口；

控制器2通过线缆10与传感器5相连，可实时接收并处理传感器5 返回的信号。经处理后的数据通过远程监测数据采集卡4无线传输至指定的工控机，工控机通过模型计算反映出水体污染情况，最终实现水体污染情况实时在线监控；通过计算传感器5反馈的水体温度、测量深度、通明度、溶解氧、氧化还原电位、氨氮及蓝绿藻生长情况，根据模型计算后可达到该水体黑臭等级及富营养化程度。

可移动壳体1内安装的蠕动泵8定时加大流量对水样桶9中传感器5 冲洗，冲洗操作是通过工控机设定。

可移动的壳体1尺寸为106.6×55.9×30cm，内部装有控制器2、电源3、远程监测数据采集卡4、蠕动泵8、水样桶9，其中电源3采用太阳能应急电源，并设有急电源接口，以此作为应急照明和连接其他监测仪器使用。

整个装置安装于可在该水体中游弋的船体内，可移动壳体1与水下监测箱6通过线缆10和水管11相连，伸缩杆7固定于船上，水下监测箱6在伸缩杆7操作下可伸至任意水下区域与深度，实现对水体污染监测。

根据水体特点和监测项目，船体带着水体污染在线监测装置沿着河道上下以0.5km/h进行来回移动，通过伸缩杆将水下监测箱6置于液面下 0.5m，其子弹头挡板面向前进方向。远程监测数据采集卡4返回的数据如下：pH＝7.1、溶解氧2.6mg/L、浊度3NTU、氧化还原电位20mV、铵离子6mg/L、叶绿素A20ug/L。通过模型计算可知该水体水质较好，不属于黑臭水体。

本实例通过设置了一种水体污染在线监测装置，可以实时、在线、原位监测，及时反馈水域内各点水质情况，近而判断出该水体黑臭等级及富营养化程度，为流域水体污染控制及预防提供有力的技术保障。可用于黑臭水体在线监控与判别、水体污染应急检测与处理、水质野外监测等。

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (8)

1.一种水体污染在线监测装置，其特征在于，所述装置包括：

一种水体污染在线监测装置的取样单元，所述单元包括水下监测箱、传感器、伸缩杆；

监测单元，所述单元包括壳体、控制器、电源、远程监测数据采集卡、蠕动泵、水样桶；

所述取样单元与监测单元通过线缆与水管相连。

2.根据权利要求1所述的水体污染在线监测装置，其特征在于，所述传感器根据水体情况可置于水下监测箱或水样桶内；当水流较平稳、水中杂物较少时，传感器可置于水下监测箱内，可实现水体原位监测；当水流较湍急、水中杂物较多时，传感器可置于水样桶内，并监测蠕动泵吸取至水样桶内的水样；传感器可选用化学反应式、莹光式等电极，表征水体水温、深度、pH、浊度、溶解氧、氧化还原电位、电导率、铵离子、叶绿素A、蓝绿藻等。

3.根据权利要求1所述的水体污染在线监测装置，其特征在于，所述水下监测箱前部为子弹头式的挡水板，后部为能过水的镂空长方体，长方体上表面固定多种传感器，长方体内部设水管进口，进口与传感器邻近固定；整个水下监测箱与伸缩杆固定，并利用伸缩杆完成不同深度水质取样与监测。

4.根据权利要求1所述的水体污染在线监测装置，其特征在于，所述控制器接收并处理传感器实时返回的信号，该数据通过远程监测数据采集卡无线传输至指定的工控机或手机APP上，工控机和手机APP通过计算反映出水体污染情况，最终实现水体污染情况实时在线监控。

5.根据权利要求1所述的水体污染在线监测装置，其特征在于，所述蠕动泵通过水管正向吸取水样至水样桶，在水流较湍急、水中杂物较多时供传感器检测使用，出水返回至水体中；蠕动泵也可通过水管反向输送水样桶内的水至水下监测箱内水管进口，对传感器进行反向冲洗，冲洗操作可通过工控机设定。

6.根据权利要求1所述的水体污染在线监测装置，其特征在于，所述装置的壳体为便携式，带有滑轮及吊耳等移动部件，该装置可安装于船体内，也可安装于车辆中，便于野外作业或应急监测等情况。

7.根据权利要求1所述的水体污染在线监测装置，其特征在于，所述电源为可利用岸边固定电源，也可采用太阳能电源；装置留有应急电源接口，以便于应急照明或连接其他监测仪器。

8.一种利用根据权利要求1至7中一项或者多项所述的水体污染在线监测的方法，其特征在于，所述方法包括：

利用取样单元根据自然水体情况可利用蠕动泵从水体中抽吸水样或利用水下监测箱中传感器进行原位监测；

当水体较湍急、水中杂物较多时，将所述的水样送至监测单元的水样桶中利用传感器进行检测；当水流较平稳、水中杂物较少时，传感器可置于水下监测箱内，可实现水体原位检测；

传感器信号通过远程监测数据采集卡无线传输至指定的工控机或手机APP上，工控机和手机APP通过计算反映出水体污染情况，最终实现水体污染情况实时在线监控；

该装置与方法可以实现水体污染的实时、在线、原位监测，可用于黑臭水体在线监控与判别、水体污染应急检测与处理、水质野外监测等。