CN107894348A - 一种微型水质自动监测留样系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微型水质自动监测留样系统，包括集成机柜、控制模块、水质监测腔以及水样冷藏腔，所述水质监测腔的下部设有水样池，所述水样池的上部、下部、底部分别设有溢流管道、进水管路、排水管路，所述排水管路分为排水管道与留样管道两路，所述溢流管道与排水管道后端相连通，所述水样池内设有水质监测传感器，所述水样冷藏腔内设有安装支架，所述安装支架上设有水质留样单元，所述水质留样单元与所述留样管道相连通。本发明采用高度集成化设计，支持户外或室内应用，自动监测和自动留样功能一体化，便于拆卸和移动，由自动监测数据和预设条件触发自动留样，留取监测数据对应的水样。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测领域，特别涉及一种微型水质自动监测留样系统及其监测留样方法。
背景技术
在环境监测领域，对河流、湖泊、水库、近岸海域、地下水和污染源废水等待测水体进行自动监测时，传统水质自动监测系统一般采用固定的站房式监测站对某一监测点位进行水质监测，存在建设工程量大、占地面积大、投入成本高、建设周期长、维护复杂、运营成本高等缺点，且某些监测点周围地形特殊，难以布置站房式监测站点，传统水质自动监测系统适用性有限，当前的水质采样需要水质自动监测系统做到占地小、易建设、易维护。已建设的传统水质自动监测系统智能监测固定监测点位，无法更换监测点位，在需要更换监测点位时容易造成资源的极大浪费，是的目前的水质采样需要水质监测系统做到易拆卸和移动。
另外，当水质自动监测系统测量水质状况时，根据监测应用所关注的水质风险状态，一旦发现当前水质状态需要深入分析，则要求及时进行水质留样，需要同时具备自动监测和自动留样功能。
传统水质自动监测系统如果配套自动留样设备会进一步增加系统体积和复杂度，进一步增加建设成本和维护成本，所以采样设备需要实现自动监测和自动留样一体化，节省占地面积，减少系统复杂度，降低建设和维护成本。
采用人工留样会存在时间延迟的问题，而传统水质自动监测系统中配套自动留样设备进行留样时会进一步增加系统体积和复杂度，进一步增加建设成本和维护成本，而且额外自动留样设备所留水样通常仅为同时段水样，与水质监测传感器所测水样仍存在差异，导致所留水样与在线数据不一致，降低后续分析应用价值，目前要求需要留取监测数据所对应的水样。
发明内容
本发明的目的是提出一种微型水质自动监测留样系统，所述水质自动监测留样系统采用高度集成化设计，支持户外或室内应用，自动监测和自动留样功能一体化，便于拆卸和移动，由自动监测数据和预设条件触发自动留样，留取监测数据对应的水样。
为实现上述目的，本发明提供了一种微型水质自动监测留样系统，包括集成机柜、设置在所述集成机柜内上部的控制模块、设置在所述集成机柜内中部的水质监测腔以及设置在所述集成机柜内下部的水样冷藏腔，所述水质监测腔的下部设有水样池，所述水样池的上部、下部、底部分别设有溢流管道、进水管路、排水管路，所述排水管路分为排水管道与留样管道两路，所述溢流管道与排水管道后端相连通，所述水样池内设有水质监测传感器，所述水样冷藏腔内设有安装支架，所述安装支架上设有水质留样单元，所述水质留样单元与所述留样管道相连通。
优选地，所述自动水质留样单元包括设置在底部的底盘、设置在上部的旋转导向盖、均匀设置在所述底盘与旋转导向盖之间的采样瓶组、贯穿连接所述底盘与旋转导向盖的空心轴状轴承安装座，所述底盘、旋转导向盖、空心轴状轴承安装座之间通过安装支架连接，所述空心轴状轴承安装座中部安装有第一轴承、上部安装有旋转导向轴、顶部安装有第二轴承，所述安装支架上部设置有步进电机，所述旋转导向盖上设有与所述采样瓶组相连通的凹槽导流机构，所述留样管道下端设置在所述凹槽导流机构上方。
优选地，所述控制模块包括物联网网关、控制器、显示屏，通过集成机柜内部的导轨固定；所述控制模块收集所述水质监测传感器监测到的水质数据并将所述水质数据上传至数据服务器。
优选地，所述水样池设置在集成机柜内中部的支撑结构上，所述水质监测传感器通过支撑结构用定位销固定在所述水样池的箱盖上，所述水质监测传感器的传感器探头伸入水样池内部。
优选地，所述进水管路上设有进水阀，所述进水管路通过设置在待测水体内的潜水泵取水；所述排水管道上设有排水阀，所述留样管道的前段上设有留样阀。
优选地，所述集成机柜顶部设有防雨帽，所述集成机柜的底部设有万向轮，所述集成机柜的柜门包括上门与下门；所述上门为控制模块和水质监测腔部分的外门，所述上门的上部设有观察窗口，所述上门的下部设有通风孔；所述下门为水样冷藏腔的外门。
优选地，所述水样池设置在所述集成机柜内部的控制模块下侧，所述水样池的水平截面为长方形，所述水样池的材质为不锈钢、亚克力有机玻璃板或PVC板。
优选地，所述水样冷藏腔内设有制冷设备，所述制冷设备采用压缩机制冷或电子制冷。
优选地，所述水样池底部呈倒等腰梯形、直角梯形或倒等腰三角形。
优选地，所述水质监测传感器监测的水质参数包括pH、浊度、溶解氧、电导率以及水温。
基于上述技术方案，本发明的优点是：
(1)微型水质自动监测留样系统集成度高，功能完整，占地面积小，易于现场建设实施，节省了建设时间，降低了建设成本；
(2)微型水质自动监测留样系统体积小，可在复杂地形条件下部署；
(3)微型水质自动监测留样系统可在户外或室内应用，在需要更换监测点位时便于拆卸和移动，能够节约资源；
(4)微型水质自动监测留样系统采用自动监测与自动留样功能一体化设计，根据监测应用所关注的水质风险状态，由自动监测数据和预设条件触发自动留样，留取监测数据对应的水样，提高了后续水样分析应用价值。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为微型水质自动监测留样系统结构示意图；
图2为微型水质自动监测留样系统下部详图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明提供了一种微型水质自动监测留样系统，如图1、图2所示，其中示出了本发明的一种优选实施方式。所述水质自动监测留样系统采用高度集成化设计，支持户外或室内应用，自动监测和自动留样功能一体化，便于拆卸和移动，由自动监测数据和预设条件触发自动留样，留取监测数据对应的水样。
本发明提供了一种能够用于户外或室内水质自动监测、数据处理传输并能根据预设条件触发水质自动留样的微型水质自动监测留样系统。具体地，所述微型水质自动监测留样系统包括集成机柜1、设置在所述集成机柜1内上部的控制模块2、设置在所述集成机柜1内中部的水质监测腔3以及设置在所述集成机柜1内下部的水样冷藏腔14，所述水质监测腔3的下部设有水样池5，所述水样池5的上部、下部、底部分别设有溢流管道8、进水管路6、排水管路7，所述排水管路7分为排水管道与留样管道两路，所述溢流管道8与排水管道后端相连通，所述水样池5内设有水质监测传感器4，所述水样冷藏腔14内设有安装支架16，所述安装支架16上设有水质留样单元，所述水质留样单元与所述留样管道相连通。
如图1、图2所示，所述微型水质自动监测留样系统采用机柜式集成，小型化布置，模块化设计，包括集成机柜1、控制模块2、水质监测腔3、水质监测传感器4、水样池5、进水管路6、排水管路7、溢流管道8、进水阀9、排水阀10、留样阀11、潜水泵12、待测水体13、水样冷藏腔14、步进电机15、安装支架16、旋转导向盖17、凹槽导流机构18、水样瓶组19、万向轮20。
其中，集成机柜1采用室外机柜，防盗设计，且尽可能小型化。控制模块2布置在集成机柜1内部的最上方，且采用独立电控柜模块，优选地，所述控制模块2包括物联网网关、控制器、显示屏，该部分通过柜体内部导轨固定在集成机柜1最上部。所述控制模块2收集所述水质监测传感器4监测到的水质数据并将所述水质数据上传至数据服务器。
所述控制模块2下部分是水质监测腔3，水质监测腔3内布置了水质监测传感器4、水样池5、进水阀9、排水阀10、留样阀11以及相关管路。优选地，所述水样池5设置在集成机柜1内中部的支撑结构上，所述水质监测传感器4通过支撑结构用定位销固定在所述水样池5的箱盖上，所述水质监测传感器4的传感器探头伸入水样池5内部。
如图1所示，水样池5设置了进水管路6、排水管路7、溢流管道8。优选地，所述进水管路6上设有进水阀9，所述进水管路6通过设置在待测水体13内的潜水泵12取水；所述排水管道上设有排水阀10，所述留样管道的前段上设有留样阀11。
集成机柜1内部最下方是水质留样部分，该部分均处于水样冷藏腔14内，具有独立的柜门，安装支架16固定在底部，其最上部安装步进电机15，步进电机15下面是旋转导向盖17，旋转导向盖17之上开凹槽导流机构18，再下方安装水样瓶组19；在室内使用时，集成机柜1底部可安装万向轮20，便于移动。
如图2所示，所述自动水质留样单元包括设置在底部的底盘、设置在上部的旋转导向盖17、均匀设置在所述底盘与旋转导向盖17之间的采样瓶组19、贯穿连接所述底盘与旋转导向盖17的空心轴状轴承安装座，所述底盘、旋转导向盖17、空心轴状轴承安装座之间通过安装支架16连接，所述空心轴状轴承安装座中部安装有第一轴承、上部安装有旋转导向轴、顶部安装有第二轴承，所述安装支架16上部设置有步进电机15，所述旋转导向盖17上设有与所述采样瓶组19相连通的凹槽导流机构18，所述留样管道下端设置在所述凹槽导流机构18上方。
机柜外部用潜水泵12组成的泵管系统来采集待测水体13，采集后将水样输送至水样池5，达到水样池5内水样一定液位后通过溢流管道8溢出，然后水质监测传感器4对水样池5内的水样进行监测，监测完成后根据预设条件选择监测池内水样是直接排出或留样。下部水样冷藏腔14可根据需要控制水样保存温度，保证水样不变质，将水样保存采样瓶组19中，记录留样所对应的监测数据和采样瓶组19，监测数据和留样信息通过物联网网关上传至数据服务器。
在户外使用时，所述集成机柜1顶部可增设防雨帽。优选地，所述集成机柜1的柜门包括上门与下门；所述上门为控制模块2和水质监测腔3部分的外门，所述上门的上部设有观察窗口，所述上门的下部设有通风孔；所述下门为水样冷藏腔14的外门，具备保温性能，防止冷量损失。优选地，所述集成机柜1的底部设有万向轮20，固定安装时可拆卸，便于室外使用。
优选地，所述水样池5设置在所述集成机柜1内部的控制模块2下侧，所述水样池5的水平截面为长方形，所述水样池5的材质为不锈钢、亚克力有机玻璃板或PVC板。水样池5上部箱盖开水质监测传感器4的安装孔，安装孔用两侧定位销固定，便于安装和拆卸，可根据需求增加或减少水质传感器种类。优选地，所述水质监测传感器4监测的水质参数包括pH、浊度、溶解氧、电导率以及水温。优选地，所述水样池5底部呈倒等腰梯形、直角梯形或倒等腰三角形，便于排出杂质。
进水系统是由潜水泵12、进水阀9和相应的管路等组成，末端为进水端6。潜水泵12置于待测水体13之中，当执行监测水质指令时，进水阀9先打开，然后潜水泵12工作，将待测水体13输送到水样池5中待测。溢流系统起自溢流管道8，所述溢流管道8与排水管道后端相连通。当水样池5中的待测水样液位到达溢流位置时，待测液体会从溢流端8沿着溢流管道8，进入排水管道后端，最终流回到待测水体13中。所述排水管路7正下方连接排水管道与留样管道两路，排水管道设置排水阀10，其末端和溢流管道8相连接，留样管道设置留样阀11，当待测水体在水样池5中测量之后，按照预设条件确定直接排出或进行留样，由排水阀10和留样阀11完成相应动作。
水样冷藏腔14内采用自动水质留样单元，具备冷藏功能，可设置冷藏温度，可根据不同需求配置不同数量和规格的水样瓶组19。优选地，所述水样冷藏腔14内设有制冷设备，所述制冷设备采用压缩机制冷或电子制冷。安装支架16固定在集成机柜1的内部的底部，安装支架16上部为步进电机15，靠螺栓连接到安装支架16上；下部是旋转导向盖17，可在步进电机的带动下旋转，旋转导向盖17上开凹槽导流机构18，最下面是水样瓶组19。按照预设条件，在步进电机15的带动下，旋转导向盖17旋转到水样瓶组19中不同的水样瓶位置，需要留存的水样会沿着凹槽导流机构18流入到对应的水样瓶中，然后按照预设条件将样品保存在预设温度的水样冷藏腔14内。
具体地，在水质采样留样时，水质样本沿凹槽导流机构18中的导流槽经导流孔进入水样瓶组19中。所述留样管道下端设置在所述凹槽导流机构18上方，水样自留样管道流入到所述凹槽导流机构18中，然后旋转导向轴旋转到指定采样瓶的位置，水在重力作用下沿着凹槽型导流机构，进入采样瓶中。动力部分采用步进电机15，在电机的带动下，旋转导向轴可旋转到任意预设采样瓶的位置，并经过凹槽导流机构将水质样本导入到预设的采样瓶中。优选地，凹槽导流机构18上可设置溢流口位置，即将水样抽上来润洗管道，水样直接排出而不进入任何一个采样瓶。
待测水体13可以为室内水质样品也可以为河流、湖泊、水库、近岸海域、地下水和污染源废水等水体。
本发明的微型水质自动监测留样系统监测和留样基本步骤如下：
(a)配置控制模块2的控制参数，设置好水质监测时间和频率以及水质留样条件和冷藏温度；
(b)当到达监测时间点时，控制模块2先将排水阀10开启，排空水样池5，然后关闭排水阀10并将进水阀9开启，随后启动潜水泵12，待测水体13通过潜水泵所在进水管路6进入到水样池5中，水位到达溢流端8位置后，水从溢流管流出，流回到待测水体13中；当到达预设时间后，关闭潜水泵12并关闭进水阀9；
(c)水质监测传感器4会检测进入到水样池5中的待测水样，控制模块2对水质数据进行采集、存储和显示监测；
(d)监测数据如果满足预设留样条件，则旋转导向盖17在步进电机15的带动下旋转到预设水样瓶位置，留样阀11打开，水样池5中的水质样品流入到预设水样瓶中，留取足够水样后留样阀11关闭；监测数据如果不满足预设留样条件，则无动作；
(e)控制模块2通过物联网网关将监测数据和留样信息传送至数据服务器，便于后续数据分析应用；周期性监测或定时监测时，循环上述过程。
本发明的微型水质自动监测留样系统适用于水质自动监测留样，包括河流、湖泊、水库、近岸海域、地下水、污染源废水等。微型水质自动监测留样系统可布置在河流关键断面处，用于水体的水质在线监测，可根据需要集成水质常规五参数在线监测探头(pH、浊度、溶解氧、电导率、水温)，然后按照上述监测和留样基本步骤进行水质在线监测和按照预设条件留样，之后将数据传送至网络，用于后续应用。
本发明的微型水质自动监测留样系统，采用高度集成化设计，支持户外或室内应用，自动监测和自动留样功能一体化，便于拆卸和移动，由自动监测数据和预设条件触发自动留样，留取监测数据对应的水样，其至少具有以下优点：
(1)微型水质自动监测留样系统集成度高，功能完整，占地面积小，易于现场建设实施，节省了建设时间，降低了建设成本；
(2)微型水质自动监测留样系统体积小，可在复杂地形条件下部署；
(3)微型水质自动监测留样系统可在户外或室内应用，在需要更换监测点位时便于拆卸和移动，能够节约资源；
(4)微型水质自动监测留样系统采用自动监测与自动留样功能一体化设计，根据监测应用所关注的水质风险状态，由自动监测数据和预设条件触发自动留样，留取监测数据对应的水样，提高了后续水样分析应用价值。
本发明中水质多参数监测探头可以是水质常规五参数在线监测探头，包括pH、浊度、溶解氧、电导率、水温，也可以是水质常规五参数之外的其他探头，同时也可以是采用这些探头的自由组合。所述集成机柜1可采用普通碳钢、不锈钢机柜或者采用SMC材料的机柜，可采用单开门形式、双门对开或者两侧开单门等开门形式。所述进水系统也可采用自吸泵管路系统。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种微型水质自动监测留样系统，其特征在于：包括集成机柜(1)、设置在所述集成机柜(1)内上部的控制模块(2)、设置在所述集成机柜(1)内中部的水质监测腔(3)以及设置在所述集成机柜(1)内下部的水样冷藏腔(14)，所述水质监测腔(3)的下部设有水样池(5)，所述水样池(5)的上部、下部、底部分别设有溢流管道(8)、进水管路(6)、排水管路(7)，所述排水管路(7)分为排水管道与留样管道两路，所述溢流管道(8)与排水管道后端相连通，所述水样池(5)内设有水质监测传感器(4)，所述水样冷藏腔(14)内设有安装支架(16)，所述安装支架(16)上设有水质留样单元，所述水质留样单元与所述留样管道相连通。
2.根据权利要求1所述的微型水质自动监测留样系统，其特征在于：所述自动水质留样单元包括设置在底部的底盘、设置在上部的旋转导向盖(17)、均匀设置在所述底盘与旋转导向盖(17)之间的采样瓶组(19)、贯穿连接所述底盘与旋转导向盖(17)的空心轴状轴承安装座，所述底盘、旋转导向盖(17)、空心轴状轴承安装座之间通过安装支架(16)连接，所述空心轴状轴承安装座中部安装有第一轴承、上部安装有旋转导向轴、顶部安装有第二轴承，所述安装支架(16)上部设置有步进电机(15)，所述旋转导向盖(17)上设有与所述采样瓶组(19)相连通的凹槽导流机构(18)，所述留样管道下端设置在所述凹槽导流机构(18)上方。
3.根据权利要求1所述的微型水质自动监测留样系统，其特征在于：所述控制模块(2)包括物联网网关、控制器、显示屏，通过集成机柜(1)内部的导轨固定；所述控制模块(2)收集所述水质监测传感器(4)监测到的水质数据并将所述水质数据上传至数据服务器。
4.根据权利要求1所述的微型水质自动监测留样系统，其特征在于：所述水样池(5)设置在集成机柜(1)内中部的支撑结构上，所述水质监测传感器(4)通过支撑结构用定位销固定在所述水样池(5)的箱盖上，所述水质监测传感器(4)的传感器探头伸入水样池(5)内部。
5.根据权利要求1所述的微型水质自动监测留样系统，其特征在于：所述进水管路(6)上设有进水阀(9)，所述进水管路(6)通过设置在待测水体(13)内的潜水泵(12)取水；所述排水管道上设有排水阀(10)，所述留样管道的前段上设有留样阀(11)。
6.根据权利要求1所述的微型水质自动监测留样系统，其特征在于：所述集成机柜(1)顶部设有防雨帽，所述集成机柜(1)的底部设有万向轮(20)，所述集成机柜(1)的柜门包括上门与下门；所述上门为控制模块(2)和水质监测腔(3)部分的外门，所述上门的上部设有观察窗口，所述上门的下部设有通风孔；所述下门为水样冷藏腔(14)的外门。
7.根据权利要求1所述的微型水质自动监测留样系统，其特征在于：所述水样池(5)设置在所述集成机柜(1)内部的控制模块(2)下侧，所述水样池(5)的水平截面为长方形，所述水样池(5)的材质为不锈钢、亚克力有机玻璃板或PVC板。
8.根据权利要求1所述的微型水质自动监测留样系统，其特征在于：所述水样冷藏腔(14)内设有制冷设备，所述制冷设备采用压缩机制冷或电子制冷。
9.根据权利要求7所述的微型水质自动监测留样系统，其特征在于：所述水样池(5)底部呈倒等腰梯形、直角梯形或倒等腰三角形。
10.根据权利要求3所述的微型水质自动监测留样系统，其特征在于：所述水质监测传感器(4)监测的水质参数包括pH、浊度、溶解氧、电导率以及水温。
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