CN107966411A - 一种微型水质自动监测质控系统及加标回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微型水质自动监测质控系统及加标回收方法，包括集成机柜、控制模块、水质监测质控腔以及废液桶，所述水质监测腔的下部设有水样池，所述水质监测腔的上部设有与所述水样池相连的加标机构，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排废管道两路，所述溢流管道与排水管道后端相连通，所述排废管道与所述废液桶相连通，所述水样池内设有水质监测传感器、搅拌器、液位探针机构。本发明采用高度集成化设计，自动监测和自动质控功能一体化，能够有效地减少加标回收率的计算误差，起到判断测量准确度的作用。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测领域，特别是涉及一种微型水质自动监测质控系统及加标回收方法。
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，使得传统水质自动监测系统适用性有限。
已建设的传统水质自动监测系统智能监测固定监测点位，但是无法更换监测点位，在需要更换监测点位时容易造成资源的极大浪费，需要水质监测系统做到易拆卸和移动。水质自动监测系统长期运行过程中，需要定期考核测量准确度，从而进行监测质量控制。传统手工方法进行监测质量控制对人力物力消耗较大，而且难以做到根据需要随时执行，因此需要同时具备自动监测和自动质控功能。
自动质控系统进行加标回收可以代替手工方法考核测量准确度，提高水质自动监测系统质量控制的自动化程度。一般自动质控系统属于水质自动监测系统的附加模块，需要额外的加标池，增加了系统的体积和复杂度，因此考虑自动监测和自动质控一体化设计，减少额外的加标池。
而且一般自动质控系统所采用的定容方式(例如溢流定容方式)容易产生加标溶液的配制误差(例如少量标液进入溢流管路)，影响加标回收率的计算，进而影响测量准确性的判断。因此需要考虑采用更准确的定容方式，保证加标溶液准确配制，减少加标回收率的计算误差。另外，一般自动质控系统采用相互独立的加标操作部分和标样存贮部分，容易增加加标过程的复杂程度，且也容易引入污染，因此考虑采用同一部件完成加标操作和标液存贮，简化系统，避免污染。
发明内容
本发明的目的是针对现有水质自动监测系统存在的上述问题，提出了一种能够用于户外或室内水质自动监测、数据处理传输并能进行自动加标回收的微型水质自动监测质控系统及加标回收方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种微型水质自动监测质控系统，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质控腔以及设置在所述集成机柜内下部的废液桶，所述水质监测腔的下部设有水样池，所述水质监测腔的上部设有与所述水样池相连的加标机构，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排废管道两路，所述溢流管道与排水管道后端相连通，所述排废管道与所述废液桶相连通，所述水样池内设有水质监测传感器、搅拌器、液位探针机构。
优选地，所述加标机构包括设置在所述水质监测腔上部的标样注射器、设置在所述标样注射器下部的自动注射模块、两端分别与所述标样注射器和水样池相连通的标样注入管。
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、搅拌器、液位探针机构均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、搅拌器的搅拌头、液位探针机构的探针均伸入水样池内部。
优选地，所述液位探针机构包括高液位探针与低液位探针，所述高液位探针的探针下端位置高于所述低液位探针的探针下端位置，且所述高液位探针与低液位探针的探针下端均位于溢流位置以下。
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，所述排废管道的前段上设有排废阀。
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上部设有观察窗口，所述观察窗口下部的柜门上设有通风孔。
优选地，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；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至少包括紫外法总有机碳传感器、紫外法化学需氧量传感器、离子选择电极法氨氮传感器。
本发明的另一目的在于提供了一种微型水质自动监测质控系统的加标回收方法，所述加标回收方法包括如下步骤：
A、设置控制模块，配置水质自动监测时间和频率，同时设置进行自动质控的时间和频率；
B、当到达监测时间点时，首先通过控制模块将排水阀开启，排空水样池，然后关闭排水阀并将进水阀完全开启，随后启动潜水泵，待测水体通过进水管路进入到水样池中，水满后从溢流管道流回到待测水体中；当到达预设时间后，关闭潜水泵并关闭进水阀，水质监测传感器检测进入到水样池中的待测水样，所述控制模块采集、存储、显示监测数据，并将监测数据传送至数据服务器；
C、当到达自动质控预定时间或收到自动质控的控制指令时，所述控制模块控制排水阀开启排空水样池，然后关闭排水阀并将进水阀开启，随后启动潜水泵，待测水体通过进水管路进入到水样池中，通过液位探针机构判断液位到达低液位后，控制进水阀降低进水流速，当液位到达高液位时关闭进水阀，采用水质监测传感器对待测水样进行测量后，加标机构将固定量的标样注入水样池，再采用水质监测传感器对加标后的水样进行检测，根据水质监测传感器前后两次测量值计算加标回收率，并通过加标回收率判断监测准确度；
D、加标检测完成后开启排废阀，将加标后的水样排入废液桶，排空水样池后关闭排废阀，将进水阀开启并随后启动潜水泵，待测水体通过进水管路进入到水样池中并保持溢流一段时间；
E、控制模块通过物联网网关将加标回收数据传送至数据服务器，所述加标回收数据用于数据分析应用。
基于上述技术方案，本发明的优点是：
本发明的微型水质自动监测质控系统及加标回收方法至少具有以下优点：
(1)具有集成度高、功能完整、占地面积小，易于现场建设实施、节省建设时间、降低建设成本的特点；
(2)由于所述水质自动监测质控系统体积小，可在复杂地形条件下部署；
(3)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，节约资源；
(4)自动质控系统进行加标回收可以代替手工方法考核测量准确度，提高水质自动监测系统质量控制的自动化程度；
(5)采用自动监测与自动质控功能一体化设计，减少额外的加标池，采用高低液位探针精确定容，并采用同一部件完成加标操作和标液存贮，简化系统，提高加标回收率和减少计算误差，从而更加准确的判断测量准确性。
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质控系统。
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。
实施例1
本发明提供了一种微型水质自动监测质控系统，如图1所示，其中示出了本发明的一种优选实施方式。本发明采用高度集成化设计，支持户外或室内应用，自动监测和自动质控功能一体化，采用精准定容方式减少加标回收率的计算误差，采用同一部件完成加标操作和标液存贮，系统复杂度低，便于拆卸和移动，在自动监测流程的间隙，可以根据预设时间或远程控制指令进行自动加标回收，计算加标回收率，判断测量准确度。
具体地，微型水质自动监测质控系统包括集成机柜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内中部的水质监测质控腔以及设置在所述集成机柜1内下部的废液桶19，所述水质监测腔的下部设有水样池10，所述水质监测腔的上部设有与所述水样池10相连的加标机构，所述水样池10的上部、下部、底部分别设有溢流管道13、进水管路11、排水管路12，所述排水管路12分为排水管道与排废管道两路，所述溢流管道13与排水管道后端相连通，所述排废管道与所述废液桶19相连通，所述水样池10内设有水质监测传感器6、搅拌器7、液位探针机构。
如图1所示，所述微型水质自动监测质控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、标样注射器3、自动注射机构4、标样注入管5、水质监测传感器6、搅拌器7、高液位探针8、低液位探针9、水样池10、进水管路11、排水管路12、溢流管道13、进水阀14、排废阀15、排水阀16、潜水泵17、待测水体18、废液桶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6监测到的水质数据并将所述水质数据上传至数据服务器。
水样池10处于控制模块2下方，水质监测传感器6通过支撑架用定位销安装在水样池10的箱盖上。水样池10的箱盖上同时固定了水质监测传感器6、搅拌器7、液位探针机构。优选地，所述加标机构包括设置在所述水质监测腔上部的标样注射器3、设置在所述标样注射器3下部的自动注射模块4、两端分别与所述标样注射器3和水样池10相连通的标样注入管5。标样注射器3存贮了水质监测传感器6对应的标样，能通过标样注入管5将标样从标样注射器3注入水样池10，借助自动注射模块4精确控制注入量。
进一步，所述自动注射模块4由步进电机、丝杠、导轨、滑块、安装座等组成。其中标样注射器3的前端固定在安装座上，标样注射器3的活塞推柄安装在滑块上，电机带动丝杠转动，通过螺纹带动滑块沿导轨作直线运动，推动活塞推柄，向水样池注入标样。控制模块2通过控制步进电机旋转量控制活塞推柄的推动距离，确定加标量，完成加标指令。
优选地，所述液位探针机构包括高液位探针8与低液位探针9，所述高液位探针8的探针下端位置高于所述低液位探针9的探针下端位置，且所述高液位探针8与低液位探针9的探针下端均位于溢流位置以下。
水样池10设置了进水管路11、排水管路12、溢流管道13。优选地，所述进水管路11上设有进水阀14，所述进水管路6通过设置在待测水体18内的潜水泵17取水。所述排水管道上设有排水阀16，所述排废管道的前段上设有排废阀15。所述进水阀14可控制开启程度，通过潜水泵17从待测水体18取水，集成机柜1内部最下方是废液桶19，用于收集排废管道排出的废液。
在室内使用时，集成机柜1底部可安装万向轮20，便于移动。机柜外部用潜水泵17组成的泵管系统来采集待测水体18，采集后将水样输送至水样池10，池内水样达到一定液位后通过溢流管道13溢出，然后水质监测传感器4对池内水样进行监测。在自动监测流程间隙，可以启动自动质控流程，水样输送至水样池10过程中，通过低液位探针9判断液位到达低液位后，通过控制进水阀14可以降低进水流速，再通过高液位探针8判断液位到达高液位，对水样进行测量后，再将标样注入水样池10，采用搅拌器7搅拌均匀后再测量加标后的水样，根据前后两次测量值可以计算加标回收率，从而判断传感器准确度，加标后的水样排入废液桶19。
优选地，所述集成机柜1顶部设有防雨帽，便于在户外使用，所述集成机柜1的底部设有万向轮20，便于室内使用，固定安装时可拆卸。所述集成机柜1的柜门上部设有内部显示屏的观察窗口，所述观察窗口下部的柜门上设有通风孔。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。
水样池10在集成机柜1内部的控制模块2下方。优选地，所述水样池10的水平截面为长方形，所述水样池10的材质为不锈钢、亚克力有机玻璃板或PVC板；所述水样池10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。水箱上部箱盖开水质监测传感器6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检测传感器6种类。箱盖同时固定搅拌器7、高液位探针8和低液位探针9，所述搅拌器7的搅拌叶片位于水样池10中部，用于混合水样与标样。所述高液位探针8下端高于低液位探针9下端，且两者的下端均位于溢流位置以下。
所述进水管路11是由潜水泵17、进水阀14和相应的管路等组成，末端为进水端。潜水泵17置于待测水体18之中，当执行水质监测指令时，先开启进水阀14，然后潜水泵17采集待测水体18，一路通过回水管路返回待测水体18，另一路输送到水样池10中待测，可通过调节进水阀14的开度调整水样进入水样池10的流速。当然，潜水泵管路系统也可采用自吸泵管路系统。溢流管道13起自溢流端，与排水管道后端相连通。当水样池10中的待测水样液位到达溢流位置时，水样会从溢流端沿着溢流管道13，进入排水管道后端，最终流回到待测水体18中。所述排水管路12分为排水管道与排废管道两路，排废管道设置排废阀15，加标后的水样可从排废管道排至废液桶19，排水管道设置排水阀16，其后端和溢流管道相连接，水样可排至待测水体18中。
所述待测水体18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。优选地，所述水质监测传感器6至少包括紫外法总有机碳传感器、紫外法化学需氧量传感器、离子选择电极法氨氮传感器。多种标样可以共用一个自动注射机构4，也可以分别采用各自的自动注射机构4。采用各自自动注射机构4时，可以根据需要只对某种或某几种传感器进行质量控制。进水、排水、溢流和加标管路系统可调整管的空间布置和阀的种类数量，实现相同效果即可，同时在加标回收流程中，可以增加水样池10的清洗和润洗过程，也可简化采用单探针进行定容，也可结合排水与探针信号实现精确定容。
实施例2
本发明的还提供了一种微型水质自动监测质控系统的加标回收方法，适用于水质自动监测质控应用，包括河流、湖泊、水库、近岸海域、地下水、污染源废水等方面。通过将水质自动监测质控系统布置在河流关键断面处，用于水体的水质在线监测和定期质量控制，可根据需要集成紫外法总有机碳传感器，采集并上传自动监测数据，根据预设时间或远程控制指令执行自动加标回收流程，并计算加标回收率，考核传感器准确性。
具体地，所述加标回收方法包括如下步骤：
A、设置控制模块2，配置水质自动监测时间和频率，同时设置进行自动质控的时间和频率。
B、当到达监测时间点时，首先通过控制模块2将排水阀16开启，排空水样池10，然后关闭排水阀16并将进水阀14完全开启，随后启动潜水泵17，待测水体18通过进水管路11进入到水样池10中，水满后从溢流管道13流回到待测水体18中；当到达预设时间后，关闭潜水泵17并关闭进水阀14，水质监测传感器6检测进入到水样池10中的待测水样，所述控制模块2采集、存储、显示监测数据，并将监测数据传送至数据服务器。
C、当到达自动质控预定时间或收到自动质控的控制指令时，所述控制模块2控制排水阀16开启排空水样池10，然后关闭排水阀16并将进水阀14开启，随后启动潜水泵17，待测水体18通过进水管路11进入到水样池10中，通过液位探针机构判断液位到达低液位后，控制进水阀14降低进水流速，当液位到达高液位时关闭进水阀14，采用水质监测传感器6对待测水样进行测量后，加标机构将固定量的标样注入水样池10，再采用水质监测传感器6对加标后的水样进行检测，根据水质监测传感器6前后两次测量值计算加标回收率，并通过加标回收率判断监测准确度。
其中，每种传感器前后两次测量值可以根据如下计算公式计算加标回收率R：
其中，C水样为待测水样的测量值，C混合为加标后水样的测量值，V水样为到达高液位探针下端时水样池内水样的体积，为所有注入标样的总体积，V标样为该传感器标样的注入体积，C标样为该传感器标样的浓度。
D、加标检测完成后开启排废阀15，将加标后的水样排入废液桶19，排空水样池10后关闭排废阀15，将进水阀14开启并随后启动潜水泵17，待测水体18通过进水管路11进入到水样池10中并保持溢流一段时间，此时水样从溢流管道13流出，流回到待测水体18中，保持水质监测传感器6浸泡于水样中。
E、控制模块2通过物联网网关将加标回收数据传送至数据服务器，所述加标回收数据用于数据分析应用。
本发明的微型水质自动监测质控系统的加标回收方法至少具有以下优点：
(1)具有集成度高、功能完整、占地面积小，易于现场建设实施、节省建设时间、降低建设成本的特点；
(2)由于所述水质自动监测质控系统体积小，可在复杂地形条件下部署；
(3)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，节约资源；
(4)自动质控系统进行加标回收可以代替手工方法考核测量准确度，提高水质自动监测系统质量控制的自动化程度；
(5)采用自动监测与自动质控功能一体化设计，减少额外的加标池，采用高低液位探针精确定容，并采用同一部件完成加标操作和标液存贮，简化系统，提高加标回收率和减少计算误差，从而更加准确的判断测量准确性。
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质控系统，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)内中部的水质监测质控腔以及设置在所述集成机柜(1)内下部的废液桶(19)，所述水质监测腔的下部设有水样池(10)，所述水质监测腔的上部设有与所述水样池(10)相连的加标机构，所述水样池(10)的上部、下部、底部分别设有溢流管道(13)、进水管路(11)、排水管路(12)，所述排水管路(12)分为排水管道与排废管道两路，所述溢流管道(13)与排水管道后端相连通，所述排废管道与所述废液桶(19)相连通，所述水样池(10)内设有水质监测传感器(6)、搅拌器(7)、液位探针机构。
2.根据权利要求1所述的微型水质自动监测质控系统，其特征在于：所述加标机构包括设置在所述水质监测腔上部的标样注射器(3)、设置在所述标样注射器(3)下部的自动注射模块(4)、两端分别与所述标样注射器(3)和水样池(10)相连通的标样注入管(5)。
3.根据权利要求1所述的微型水质自动监测质控系统，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(6)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质控系统，其特征在于：所述水样池(10)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(6)、搅拌器(7)、液位探针机构均通过支撑结构用定位销固定在所述水样池(10)的箱盖上，所述水质监测传感器(6)的传感器探头、搅拌器(7)的搅拌头、液位探针机构的探针均伸入水样池(10)内部。
5.根据权利要求4所述的微型水质自动监测质控系统，其特征在于：所述液位探针机构包括高液位探针(8)与低液位探针(9)，所述高液位探针(8)的探针下端位置高于所述低液位探针(9)的探针下端位置，且所述高液位探针(8)与低液位探针(9)的探针下端均位于溢流位置以下。
6.根据权利要求1所述的微型水质自动监测质控系统，其特征在于：所述进水管路(11)上设有进水阀(14)，所述进水管路(6)通过设置在待测水体(18)内的潜水泵(17)取水；所述排水管道上设有排水阀(16)，所述排废管道的前段上设有排废阀(15)。
7.根据权利要求1所述的微型水质自动监测质控系统，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)的柜门上部设有观察窗口，所述观察窗口下部的柜门上设有通风孔。
8.根据权利要求1所述的微型水质自动监测质控系统，其特征在于：所述水样池(10)的水平截面为长方形，所述水样池(10)的材质为不锈钢、亚克力有机玻璃板或PVC板；所述水样池(10)底部呈倒等腰梯形、直角梯形或倒等腰三角形。
9.根据权利要求1所述的微型水质自动监测质控系统，其特征在于：所述水质监测传感器(6)至少包括紫外法总有机碳传感器、紫外法化学需氧量传感器、离子选择电极法氨氮传感器。
10.一种微型水质自动监测质控系统的加标回收方法，其特征在于：所述加标回收方法包括如下步骤：
A、设置控制模块(2)，配置水质自动监测时间和频率，同时设置进行自动质控的时间和频率；
B、当到达监测时间点时，首先通过控制模块(2)将排水阀(16)开启，排空水样池(10)，然后关闭排水阀(16)并将进水阀(14)完全开启，随后启动潜水泵(17)，待测水体(18)通过进水管路(11)进入到水样池(10)中，水满后从溢流管道(13)流回到待测水体(18)中；当到达预设时间后，关闭潜水泵(17)并关闭进水阀(14)，水质监测传感器(6)检测进入到水样池(10)中的待测水样，所述控制模块(2)采集、存储、显示监测数据，并将监测数据传送至数据服务器；
C、当到达自动质控预定时间或收到自动质控的控制指令时，所述控制模块(2)控制排水阀(16)开启排空水样池(10)，然后关闭排水阀(16)并将进水阀(14)开启，随后启动潜水泵(17)，待测水体(18)通过进水管路(11)进入到水样池(10)中，通过液位探针机构判断液位到达低液位后，控制进水阀(14)降低进水流速，当液位到达高液位时关闭进水阀(14)，采用水质监测传感器(6)对待测水样进行测量后，加标机构将固定量的标样注入水样池(10)，再采用水质监测传感器(6)对加标后的水样进行检测，根据水质监测传感器(6)前后两次测量值计算加标回收率，并通过加标回收率判断监测准确度；
D、加标检测完成后开启排废阀(15)，将加标后的水样排入废液桶(19)，排空水样池(10)后关闭排废阀(15)，将进水阀(14)开启并随后启动潜水泵(17)，待测水体(18)通过进水管路(11)进入到水样池(10)中并保持溢流一段时间；
E、控制模块(2)通过物联网网关将加标回收数据传送至数据服务器，所述加标回收数据用于数据分析应用。
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