CN108801939A - 一种水中多种重金属同时在线监测系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水中多种重金属同时在线监测系统，包括用于定时采集样品并进行预处理的在线采样模块、用于连续在线热消解的在线消解模块、用于进行富集的在线富集模块、在线检测模块、用于将检测结果与相应的水质标准标准限值进行比较分析的数据处理/输出模块、用于控制各模块运行的系统控制模块；所述数据处理/输出模块与所述在线检测模块相连，所述系统控制模块分别与所述在线采样模块、在线消解模块、在线富集模块、在线检测模块相连。本发明提供的在线监测系统测量灵敏、准确度、精密度高，测量范围宽，多参数同时测量响应速度快，可实现水中重金属含量的实时和动态变化监控。

Description

一种水中多种重金属同时在线监测系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，尤其涉及一种水中多种重金属同时在线 监测系统及其监测方法。

背景技术

我国的水资源现状存在总量紧缺、人均占有量低、地区分布不均、水体污 染日益加重、城市缺水情况凸显等问题。目前我国污水、废水日排放量达到1 亿立方米。据近几年中国环境状况公报，我国地表水近1/3监测断面为IV类以 下水质，我国地下水60％监测点水质较差和极差。重金属污染是危害最大的水污 染问题之一，我国地表水重金属污染问题十分突出，江河湖库底质的污染率高 达80.1％。水质监测数据表明，我国地表水和地下水除汞、镉、铬和铅污染较普 遍外，铜、镍、锌、钼和锰等重金属在水体中超标现象严重。由于缺少对水体 中重金属长期有效的连续监控和风险预警，重金属等毒害物质污染引起的地表 水和饮用水污染事故的频发，水体重金属污染问题严重地危害群众健康，造成 恶劣影响，引起高度关注。

国家《水污染防治行动计划》要求加强水质在线、连续监测技术及设备的 开发，提升水环境监测及环境风险防控技术支撑能力，保障监测数据准确和保 护公众健康。国家《生态环境保护规划》中提升水环境质量、工业污染源全面 达标排放、重点污染物(特别是重金属)的减排、风险防控和应急响应体系完 善等计划实施，皆需先进环境监测仪器与智能化生态环境监测技术。为此，生 态环境部发布了《2018年生态环境监测工作要点》，要求全面提高环境监测数据 质量，大力推进监测新技术发展，确保环境监测数据“真、准、全”。

目前国内外应用于水中重金属在线分析技术主要是比色法和电化学方法 (阳极溶出伏安法)。2015年以来生态环保部发布的“铅、镉、砷、镍、铬、汞 重金属水质在线监测仪技术要求及检测方法”标准主要依据上述两种技术方 法。然而，比色法进行水质在线分析时，不同的重金属组分需要不同的显色剂， 为了消除其它组分的干扰需要特殊的方式进行样品处理，单台仪器无法同时测 定两种或多种重金属离子(当增多重金属监测参数时，仪器体积和成本皆大为 增加)，同时该方法的重金属在线分析灵敏度较低、易受共存离子的干扰，较适 用于高浓度水样和废水，无法满足在地表水、地下水、饮用水等重金属浓度较低的水环境中应用。电化学在线检测多采用阳极溶出伏安法，该方法的灵敏度 较好，但在监测中重现性很差，易受水中有机物等的干扰，水样需要预处理， 被测重金属要求为离子态；另外为延长电极使用寿命，除对电极维护技术人员 要求较高外，该方法测量上限较低，测量范围不宽。

由于污水和废水的大量排放，我国水体的水样成分复杂，重金属浓度差别 较大(从微量到痕量)，目前对水中重金属的在线分析，除了要求分析速度快和 灵敏度好之外，还要满足准确度高、稳定性好、检测限低、监测范围广、抗干 扰能力强、可多元素同时测定、等要求。因此，具有较高准确度、良好稳定性 和连续监测能力、运行工况良好的新型在线重金属检测技术是水中重金属污染 监控、水体重金属污染治理、水环境安全保障的迫切需求。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种水中多种重金属同 时在线监测系统及其监测方法，该监测系统可对重金属含量的准确、灵敏、稳 定、宽范围、同时自动在线监测，能应用于各类地表水、地下水、工业废水中 重金属在线、实时、监测。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种水中多种重金属同时在线监 测系统，包括用于定时采集样品并进行预处理的在线采样模块、用于连续在线 热消解的在线消解模块、用于进行富集的在线富集模块、在线检测模块、用于 将检测结果与相应的水质标准标准限值进行比较分析的数据处理/输出模块、用 于控制各模块运行的系统控制模块；所述在线采样模块、在线消解模块、在线 富集模块、在线检测模块顺次连接；所述在线消解模块消解后的样品溶液经过 所述在线富集模块后接入所述在线检测模块，或者，所述在线消解模块消解后 的样品溶液直接接入所述在线检测模块；所述数据处理/输出模块与所述在线检 测模块相连，所述系统控制模块分别与所述在线采样模块、在线消解模块、在 线富集模块、在线检测模块相连。

所述在线采样模块包括通过耐腐蚀塑料软管依次连接的进水管滤网、水泵、 沉降杯、两通电磁阀、筛网、第一直流电机蠕动泵、三通换向球阀和第一三通 电磁阀；还包括第一Y形管和自来水罐；所述第一三通电磁阀与所述第一Y形 管的第一端相连，所述三通换向球阀的自由端与所述第一Y形管的第二端相连， 所述第一Y形管的第三端通过所述第一直流电机蠕动泵与所述自来水罐相连；

所述在线消解模块包括通过耐酸耐高温塑料软管连接的消解试剂瓶、第一 活塞泵、第二三通电磁阀、混合杯、隔膜泵、加热体、耐酸耐高温消解管、冷 凝管和第二直流电机蠕动泵；所述消解试剂瓶、第一活塞泵分别通过所述第二 三通电磁阀与所述混合杯相接；所述混合杯一端与所述第一三通电磁阀相连， 其另一端通过隔膜泵与所述耐酸耐高温消解管端部的进样管相连；所述耐酸耐 高温消解管以螺旋方式半嵌入所述加热体中，所述耐酸耐高温消解管另端部的 出样管与所述冷凝管连接；所述冷凝管通过所述第二直流电机蠕动泵与所述自 来水罐相连，并且所述冷凝管与所述自来水罐之间形成回路；

所述在线富集模块包括通过耐酸塑料软管连接的第三三通电磁阀、第四三 通电磁阀、第五三通电磁阀、第六三通电磁阀、第七三通电磁阀、pH调节溶液 瓶、第三直流电机蠕动泵、第四直流电机蠕动泵、第二Y形管、调节杯、富集 柱、第二活塞泵、洗脱液瓶和第一废液瓶；所述第二Y形管开口两端通过所述 第三直流电机蠕动泵分别与第三三通电磁阀、pH调节溶液瓶相连，其后端与所 述调节杯相连；所述富集柱一端通过第四三通电磁阀分别与调节杯和第七三通 电磁阀连接，其另一端通过第六三通电磁阀分别与所述第一废液瓶和所述第二 活塞泵连接；所述第六三通电磁阀与所述活塞泵之间连接有第五三通电磁阀，所述第五三通电磁阀与所述洗脱液瓶相连；所述第三三通电磁阀一端与所述冷 凝管相连，其另一端通过所述第四直流电机蠕动泵后与所述第七三通电磁阀相 连；所述调节杯通过所述第四直流电机蠕动泵后与所述第四三通电磁阀相连；

所述在线检测模块包括通过耐酸软管连接的第五直流电机蠕动泵、发射光 谱检测装置、供气装置和第二废液瓶；所述发射光谱检测装置通过进样管、第 五直流电机蠕动泵与所述第七三通电磁阀连接，其另一端通过数据线与所述数 据处理/输出模块连接；所述供气装置通过所述第五直流电机蠕动泵与所述发射 光谱检测装置连接，所述发射光谱检测装置与所述第二废液瓶连接；

所述数据处理/输出模块包括用于分析处理所述发射光谱检测装置信号信 息并将结果显示出来的数据处理/显示系统、用于储存所述数据处理/显示系统 处理结果的管理服务器、用于供用户的查看与远程监控的终端设备；所述终端 设备包括第一终端设备和第二终端设备，所述第一终端设备和第二终端设备通 过所述管理服务器与所述数据处理/显示系统相连；

所述系统控制模块包括工控机系统、串口转换器和信号输入/输出接口；所 述工控机系统包括总工控机、在线采样工控机、消解工控机和富集工控机；所 述串口转换器包括第一串口转换器、第二串口转换器、第三串口转换器；所述 在线采样工控机一端通过所述第一串口转换器、信号输入/输出接口与所述总工 控机相接，其另一端分别与水泵、两通电磁阀、第一直流电机蠕动泵相连；所 述消解工控机一端通过所述第二串口转换器、信号输入/输出接口与所述总工控 机相接，其另一端分别与所述第一活塞泵、第二三通电磁阀、隔膜泵、第二直 流电机蠕动泵相连；所述富集工控机一端通过所述第三串口转换器、信号输入/ 输出接口与所述总工控机相接，其另一端分别与所述第三直流电机蠕动泵、调 节杯、第二活塞泵、第三三通电磁阀、第四三通电磁阀、第五三通电磁阀、第 六三通电磁阀、第七三通电磁阀相连。

所述在线采样模块将样品加入自来水经所述第一Y形管以在线稀释方式直 接分析含盐水样和海水水样；控制所述第一三通换向球阀，使水样以在线稀释 方式进样。

所述发射光谱检测装置为溶液进样方式的发射光谱检测装置。

所述数据处理与输出模块将所述发射光谱检测装置的检测结果与相应的水 质标准限值比较分析，收集某个时间点至现在的一定时间段数据描述其变化， 同时将数据结果、数据变化趋势和结果超标情况储存到所述管理服务器，所述 管理服务器与用户应用的终端设备通过有线或无线方式连接。

水样中污染物浓度超过所述在线检测模块对目标重金属的线性范围最高浓 度时，将样品加入自来水经所述第一Y形管以在线稀释方式直接稀释后再消解。

根据目标重金属浓度，所述在线消解模块处理后的样品溶液通过在线富集 模块后进入所述在线检测模块；或者，根据目标重金属浓度，所述在线消解模 块处理后的样品溶液直接通向所述在线检测模块测定。

一种基于水中多种重金属同时在线监测系统的检测方法，包括如下步骤：

步骤一、水样通过所述进水管滤网由水泵提升至所述沉降杯缓冲，在重力 作用下通过筛网，过滤后的水样再由所述第一直流电机蠕动泵输送至所述在线 消解模块；

步骤二、由所述在线采样模块输送来的水样和消解液在所述混合杯中预混 后，由所述隔膜泵输送至所述耐酸耐高温消解管，利用所述耐酸耐高温消解管 中进样管和出样管内径差异及所述加热体作用实现样品的高温、高压在线连续 流动消化，消化后样品溶液通过冷凝管降温；

步骤三、由所述在线消解模块输送来的样品在所述调节杯中由pH调节溶液 按富集条件要求调节样品酸度，由所述第四直流电机蠕动泵将调节酸度后的样 品溶液加入到所述富集柱，再由第二活塞泵反向洗脱所述富集柱；

步骤四、由在线消解模块或在线富集模块输送来的样品溶液经所述第五直 流电机蠕动泵提升至所述发射光谱检测装置进行测定，并将数据传输给所述数 据处理/显示系统对检测数据分析并将分析结果储存到所述管理服务器，用户通 过终端设备访问所述管理服务器查看检测结果。

与现有技术对比，本发明的优点在于：

1.本系统可对水中重金属灵敏度好、准确度高、稳定性好、监测范围广、 抗干扰能力强、可多元素同时测定、连续无人值守监测。

2.与水中重金属在线监测的比色法相比，本发明分析灵敏度高、检测准确 度好、分析干扰少、测定范围宽、所用化学试剂少，可多种重金属元素同时测 定。

3.与水中重金属在线监测的电化学法相比，本发明检测准确高、分析稳定 性好、抗干扰能力强、测量范围宽、操作维护要求低，可更多种重金属元素同 时测定。

4、本系统具有在线稀释功能，可应用于痕量水平重金属准确测定、高浓度 重金属以及含盐水样的测定。

5、本发明消解方式为连续流动在线消解，测量时间短。

6、本发明既有沉降装置又有过滤装置，可满足《地表水和污水监测技术规 范》(HJ/T 91)、《地下水监测技术规范》(HJ/T 164)和《国家地表水环境质量 监测网采测分离采样技术导则》(2017)等不同规范要求。

7、本系统对水样采用先消解后富集的方式，可避免水样中颗粒物在富集柱 上沉积使富集系统压力增大影响流路稳定；水样中溶解性有机质占据吸附位点 使富集柱较快饱和，影响对水样中重金属富集效果以及在富集柱所沉积的颗粒 物上结合的重金属难以被洗脱液解吸，使测定结果偏低等情况。本系统的检测 结果不仅可在工控机界面查看，也可在远程终端查看和监控。

附图说明

图1为本发明实施例的总体结构原理图；

图2为本发明实施例1的组成结构示意图；

图3为本发明实施例2的流程结构示意图；

图4为本发明实施例3的流程结构示意图；

图5为本发明实施例4的流程结构示意图；

图6为本发明实施例中系统控制模块的结构示意图。

图中附图标记含义：10、在线采样模块；11、进水管滤网；12、水泵； 13、沉降杯；14、两通电磁阀；15、筛网；16、第一直流电机蠕动泵；17、 三通换向球阀；18、第一Y形管；19、第一三通电磁阀；110、自来水罐； 20、在线消解模块；21、消解试剂瓶；22、第一活塞泵；23、第二三通电磁 阀；24、隔膜泵；25、加热体；26、耐酸耐高温消解管；27、混合杯；28、 冷凝管；29、第二直流电机蠕动泵；30、在线富集模块；31、第三三通电磁 阀；32、pH调节溶液瓶；33、第三直流电机蠕动泵；34、调节杯；35、第 二Y形管；36、第四直流电机蠕动泵；37、第四三通电磁阀；38、富集柱； 39、第一废液瓶；310、洗脱液瓶；311、第二活塞泵；312、第五三通电磁阀；313、第六三通电磁阀；314、第七三通电磁阀；40、在线检测模块；41、 第五直流电机蠕动泵；42、发射光谱检测装置；43、第二废液瓶；44、供气 装置；50、数据处理/输出模块；51、数据处理/显示系统；52、管理服务器； 53、第一终端设备；54、第二终端设备；60、系统控制模块；61、总工控机； 621、第一串口转换器；622、第二串口转换器；623、第三串口转换器；631、在线采样工控机；632、消解工控机；633、富集工控机；A、信号采集与控 制；B、操作控制与信息处理；C、样品。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例1

本实施例的图中的字母分别表示为：A、信号采集与控制；B、操作控制与 信息处理；C、样品。

参阅图1、图2及图6，为一种水中多种重金属同时在线监测系统，包括用 于定时采集样品并进行预处理的在线采样模块10、用于连续在线热消解的在线 消解模块20、用于进行富集的在线富集模块30、在线检测模块40、用于将检测 结果与相应的水质标准标准限值进行比较分析的数据处理/输出模块50、用于控 制各模块运行的系统控制模块60；在线采样模块10、在线消解模块20、在线富 集模块30、在线检测模块40顺次连接；在线消解模块20消解后的样品溶液经 过在线富集模块30后接入所述在线检测模块40，或者，可通过控制第三三通 电磁阀31，使在线消解模块20消解后的样品溶液直接接入在线检测模块40； 数据处理/输出模块50与在线检测模块40相连，系统控制模块60分别与在线 采样模块10、在线消解模块20、在线富集模块30、在线检测模块40相连。

在线采样模块10包括通过耐腐蚀塑料软管依次连接的进水管滤网11、水泵 12、沉降杯13、两通电磁阀14、筛网15、第一直流电机蠕动泵16、第一三通 换向球阀17和三通电磁阀；还包括第一Y形管18和自来水罐110；第一三通电 磁阀19与第一Y形管18的第一端相连，三通换向球阀17的自由端与第一Y形 管18的第二端相连，第一Y形管18的第三端通过第一直流电机蠕动泵16与自 来水罐110相连。沉降杯13与筛网15连接管路上的两通电磁阀14用于控制沉 降时间；第一Y形管18、三通换向球阀17、第一三通电磁阀19和自来水罐110 用于含盐水样在线稀释；第一直流电机蠕动泵16用于提升和输送溶液。

在线消解模块20包括通过耐酸耐高温塑料软管连接的消解试剂瓶21、第一 活塞泵22、第二三通电磁阀23、混合杯27、隔膜泵24、加热体25、耐酸耐高 温消解管26、冷凝管28和第二直流电机蠕动泵29；消解试剂瓶21、第一活塞 泵22分别通过第二三通电磁阀23与混合杯27相接；混合杯27一端与第一三 通电磁阀19相连，其另一端通过隔膜泵24与耐酸耐高温消解管26端部的进样 管相连；耐酸耐高温消解管26以螺旋方式半嵌入加热体25中，耐酸耐高温消 解管26另端部的出样管与冷凝管28连接；冷凝管28通过第二直流电机蠕动泵 29与自来水罐110相连，并且冷凝管28与自来水罐110之间形成回路。消解试 剂瓶21、第一活塞泵22和第二三通电磁阀23用于向混合杯27加注消解试剂； 隔膜泵24用于将混合杯27中样品溶液和消解试剂单向输送至耐酸耐高温消解 管26中；冷凝管28用于对消解溶液进行降温。

在线富集模块30包括通过耐酸塑料软管连接的第三三通电磁阀31、第四三 通电磁阀37、第五三通电磁阀312、第六三通电磁阀313、第七三通电磁阀314、 pH调节溶液瓶32、第三直流电机蠕动泵33、第四直流电机蠕动泵36、第二Y 形管35、调节杯34、富集柱38、第二活塞泵311、洗脱液瓶310和第一废液瓶 39；第二Y形管35开口两端通过第三直流电机蠕动泵33分别与第三三通电磁 阀31、pH调节溶液瓶32相连，其后端与调节杯34相连；富集柱38一端通过 第四三通电磁阀37分别与调节杯34和第七三通电磁阀314连接，其另一端通 过第六三通电磁阀313分别与第一废液瓶39和第二活塞泵311连接；第六三通 电磁阀313与活塞泵之间连接有第五三通电磁阀312，第五三通电磁阀312与洗 脱液瓶310相连；第三三通电磁阀31一端与冷凝管28相连，其另一端通过第 四直流电机蠕动泵36后与第七三通电磁阀314相连；调节杯34通过第四直流 电机蠕动泵36后与第四三通电磁阀37相连。第二Y形管35开口两端分别与pH 溶液调节瓶和第三三通电磁阀31相连，后端与调节杯34相连，用于调节消解 溶液酸度以满足富集条件要求；第二活塞泵311、洗脱液瓶310和第五三通电磁 阀312用于吸附溶液后富集柱38的反向洗脱；第三直流电机蠕动泵33与第四 直流电机蠕动泵36用于提升和输送溶液。

在线检测模块40包括通过耐酸软管连接的第五直流电机蠕动泵41、发射光 谱检测装置42、供气装置44和第二废液瓶43；发射光谱检测装置42通过进样 管、第五直流电机蠕动泵41与第七三通电磁阀314连接，其另一端通过数据线 与数据处理/输出模块50连接；供气装置44通过第五直流电机蠕动泵41与发 射光谱检测装置42连接，发射光谱检测装置42与第二废液瓶43连接。发射光 谱检测装置42用于溶液中重金属元素含量的测定；供气装置44用于提供发射 光谱检测装置42所需的气体(如氮气、氩气、氦气)；第二废液瓶43用于收集 检测后废液；第五直流电机蠕动泵41用于向发射光谱检测装置42提升和输送 检测溶液。

数据处理/输出模块50包括用于分析处理发射光谱检测装置42信号信息并 将结果显示出来的数据处理/显示系统51、用于储存数据处理/显示系统51处理 结果的管理服务器52、用于供用户的查看与远程监控的终端设备；终端设备包 括第一终端设备53和第二终端设备54，第一终端设备53和第二终端设备54通 过管理服务器52与数据处理/显示系统51相连；

系统控制模块60包括工控机系统、串口转换器和信号输入/输出接口；工 控机系统包括总工控机61、在线采样工控机631、消解工控机632和富集工控 机633；串口转换器包括第一串口转换器621、第二串口转换器622、第三串口 转换器623；在线采样工控机631一端通过第一串口转换器621、信号输入/输 出接口与总工控机61相接，其另一端分别与水泵12、两通电磁阀14、第一直 流电机蠕动泵16相连；消解工控机632一端通过第二串口转换器622、信号输 入/输出接口与总工控机61相接，其另一端分别与第一活塞泵22、第二三通电磁阀23、隔膜泵24、第二直流电机蠕动泵29相连；富集工控机633一端通过 第三串口转换器623、信号输入/输出接口与总工控机61相接，其另一端分别与 第三直流电机蠕动泵33、调节杯34、第二活塞泵311、第三三通电磁阀31、第 四三通电磁阀37、第五三通电磁阀312、第六三通电磁阀313、第七三通电磁阀 314相连。总工控机61通过信号输入/输出接口将预设的程序指令发送至各模块 工控机并实时读取各模块的控制参数，再通过模块工控机连接控制各模块中部 件以控制其运作和获取参数。

在线采样模块10可通过设定两通电磁阀14的开关时间，按相关监测标准 中采样要求或按水质监控需求自动灵活调整沉降时间。

在线采样模块10将样品加入自来水经第一Y形管18以在线稀释方式直接 分析含盐水样和海水水样；控制第一三通换向球阀17，使水样以在线稀释方式 进样。

发射光谱检测装置42为溶液进样方式的发射光谱检测装置42。

数据处理与输出模块将发射光谱检测装置42的检测结果与相应的水质标准 限值比较分析，收集某个时间点至现在的一定时间段数据描述其变化，同时将 数据结果、数据变化趋势和结果超标情况储存到管理服务器52，管理服务器52 与用户应用的终端设备通过有线或无线方式连接。

水样中污染物浓度超过在线检测模块40对目标重金属的线性范围最高浓度 时，将样品按一定比例加入自来水经第一Y形管18以在线稀释方式直接稀释后 再消解。

根据目标重金属浓度，在线消解模块20处理后的样品溶液通过在线富集模 块30后进入在线检测模块40；或者，根据目标重金属浓度，在线消解模块20 处理后的样品溶液直接通向在线检测模块40测定。

一种基于水中多种重金属同时在线监测系统的检测方法，包括如下步骤：

步骤一、水样通过进水管滤网11由水泵12提升至沉降杯13缓冲，在重力 作用下通过筛网15，过滤后的水样再由第一直流电机蠕动泵16输送至在线消解 模块20；

步骤二、由在线采样模块10输送来的水样和消解液在混合杯27中预混后， 由隔膜泵24输送至耐酸耐高温消解管26，利用耐酸耐高温消解管26中进样管 和出样管内径差异及加热体25作用实现样品的高温、高压在线连续流动消化， 消化后样品溶液通过冷凝管28降温；

步骤三、由在线消解模块20输送来的样品在调节杯34中由pH调节溶液按 富集条件要求调节样品酸度，由第四直流电机蠕动泵36将调节酸度后的样品溶 液加入到富集柱38，再由第二活塞泵311反向洗脱富集柱38；

步骤四、由在线消解模块20或在线富集模块30输送来的样品溶液经第五 直流电机蠕动泵41提升至发射光谱检测装置42进行测定，并将数据传输给数 据处理/显示系统51对检测数据分析并将分析结果储存到管理服务器52，用户 通过终端设备访问管理服务器52查看检测结果。

筛网15选择纤维或尼龙材质制成的筛网15。

步骤一的沉降时间按照水质监控需求灵活调整，筛网15的孔径为100～ 160μm。

本实施例可实现对水中铝(Al)、铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、铬(Cr)、 镉(Cd)、钴(Co)、镍(Ni)、铅(Pb)、锌(Zn)、钼(Mo)、钛(Ti)、钒(V)、 铍(Be)和钡(Ba)15种重金属含量的准确、灵敏、稳定、宽范围、同时自动 在线监测，能应用于各类地表水、地下水、工业废水中重金属在线、实时、监 测。

实施例2

参阅图3，本实施例提供了一种水中多种重金属同时在线监测方法，其具体 过程如下：

a)在线采样：在线采用模块控制水泵12将水样吸入水管滤网并提升至沉 降杯13中，通过重力作用下分离水样中的砂砾、废渣等较粗大杂质，达到预设 的沉降时间后，控制模块启动两通电磁阀14将沉降后的水样通过纤维(或尼龙) 筛网15以过滤细小粒径的悬浮物，再由第一直流电机蠕动泵16将过滤后的水 样经过三通换向球阀17和第一三通电磁阀19和提升输送至在线消解模块20。

进一步，步骤a)的沉降时间优选为20～30min，该时间范围能有效去除水 样杂质同时对重金属浓度影响较小。

进一步，步骤a)的纤维(或尼龙)筛网15的孔径优选为100μm～160μm。

b)在线消解：控制模块控制第二三通电磁阀23和第一活塞泵22第一将三 通电磁阀输送来的水样与消解试剂瓶21中的消解液在混合杯27预混，由隔膜 泵24按照一定的流速将混合溶液经进样软管输送至耐酸耐高温消解管26中并 以螺旋流动方式通过加热体25，控制模块控制加热体25根据预设的消解温度以 及消解时间对水样进行消解，消解后溶液通过出样软管进入冷凝管28，在冷凝 管28中与反向流动的自来水进行热交换降温，冷凝管28中自来水的流动由第 二直流电机蠕动泵29控制。

进一步，步骤b)的消解液优选为体积比＝1:5的HNO₃:H₂O₂溶液。

进一步，步骤b)的消解温度优选为150～160℃。

c)在线富集：控制模块控制第三直流电机蠕动泵33将流出冷凝管28溶液 提升经过第三三通电磁阀31，与pH调节溶液在第二Y形管35汇合，以旋流方 式进入调节杯34中混匀，第四直流电机蠕动泵36将调节杯34中样品溶液经第 四三通电磁阀37输送到富集柱38；富集柱38吸附后样品溶液流经第六三通电 磁阀313至第一废液瓶39；第二活塞泵311将一定体积的洗脱液通过阀第五三 通电磁阀312和第六三通电磁阀313对富集柱38反向洗脱，洗脱液流经阀第四 三通电磁阀37和第七三通电磁阀314被输送至在线检测模块40。

进一步，步骤c)调节后的溶液pH值为6～7。

进一步，步骤c)的pH调节溶液优选为2％～5％氨水溶液。

进一步，步骤c)经过富集柱38的样品溶液体积为1000mL。

进一步，步骤c)洗脱液的体积为20mL。

进一步，步骤c)的富集柱38所采用的富集材料优选为活性炭。

d)在线检测：控制系统控制第五直流电机蠕动泵41将通过第七三通电磁 阀314的样品溶液提升至发射光谱检测装置42进行检测。数据处理/显示系统 51对检测数据分析处理、显示结果，将处理结果储存到管理服务器52，同时， 管理服务器52将数据结果发送到用户应用的第一终端设备53、第二终端设备54。

进一步，步骤d)的检测原理方法优选为原子发射光谱法。

按照上述的方法步骤对自来水和河水样品进行加标回收率实验，加标浓度 为5μg/L，重复测定6次，所得结果的平均值如表1所示。由表1可知，本发 明的测定方法准确性良好，可应用于地表水中的重金属的动态监测。

表1地表水样测定结果(n＝6)

实施例3

请参阅图4，本实施例提供了一种水中多种重金属同时在线监测系统和方 法，与实施例2不同的是，消解冷却后的溶液直接进入发射光谱检测装置42进 行检测，适用于各类地表水、地下水、工业废水中重金属在线监测。方法的具 体过程如下：

a)按照实施例1所述的步骤一、二对水样进行在线采样和消解。

b)通过切换线路，控制模块控制第四直流电机蠕动泵36将流出冷凝管28 溶液提升经过第三三通电磁阀31、第七三通电磁阀314输送至在线检测模块40。

c)按照实施例1所述的步骤四对溶液进行分析检测和数据处理。

按照上述的方法步骤对自来水和河水样品进行加标回收率实验，加标浓度 为10μg/L，重复测定6次，所得结果的平均值如表2所示，测定结果准确度 良好。

表2地表水样测定结果(n＝6)

实施例4

请参阅图5，本实施例提供了一种含盐样品的在线稀释及消解的装置和方 法，与实施例1不同的是，本实施例的在线采样模块10包含在线稀释装置，适 用于含盐量较高的水样如海水、高含盐量废水前处理。方法的具体过程如下：

a)控制模块控制水泵12将水样吸入水管滤网并提升至沉降杯13中，通过 重力作用下分离水样中的砂砾、废渣等较粗大杂质，达到预设的沉降时间后， 控制模块启动两通电磁阀14将沉降后的水样通过纤维(或尼龙)筛网15以过 滤细小粒径的悬浮物，通过三通换向球阀17切换流路，控制模块控制第一直流 电机蠕动泵16将过滤后的水样与自来水罐110中的稀释液提升至第一Y形管18 混合并通过第一三通电磁阀19输送至在线消解模块20。

b)按照实施例1所述的步骤二将第一三通电磁阀19输送来的水样进行消 解。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限 制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本 案的专利范围中。

Claims (8)

1.一种水中多种重金属同时在线监测系统，其特征在于：包括用于定时采集样品并进行预处理的在线采样模块、用于连续在线热消解的在线消解模块、用于进行富集的在线富集模块、在线检测模块、用于将检测结果与相应的水质标准标准限值进行比较分析的数据处理/输出模块、用于控制各模块运行的系统控制模块；所述在线采样模块、在线消解模块、在线富集模块、在线检测模块顺次连接；所述在线消解模块消解后的样品溶液经过所述在线富集模块后接入所述在线检测模块，或者，所述在线消解模块消解后的样品溶液直接接入所述在线检测模块；所述数据处理/输出模块与所述在线检测模块相连，所述系统控制模块分别与所述在线采样模块、在线消解模块、在线富集模块、在线检测模块相连。

2.根据权利要求1所述的水中多种重金属同时在线监测系统，其特征在于：所述在线采样模块包括通过耐腐蚀塑料软管依次连接的进水管滤网、水泵、沉降杯、两通电磁阀、筛网、第一直流电机蠕动泵、三通换向球阀和第一三通电磁阀；还包括第一Y形管和自来水罐；所述第一三通电磁阀与所述第一Y形管的第一端相连，所述三通换向球阀的自由端与所述第一Y形管的第二端相连，所述第一Y形管的第三端通过所述第一直流电机蠕动泵与所述自来水罐相连；

所述在线消解模块包括通过耐酸耐高温塑料软管连接的消解试剂瓶、第一活塞泵、第二三通电磁阀、混合杯、隔膜泵、加热体、耐酸耐高温消解管、冷凝管和第二直流电机蠕动泵；所述消解试剂瓶、第一活塞泵分别通过所述第二三通电磁阀与所述混合杯相接；所述混合杯一端与所述第一三通电磁阀相连，其另一端通过隔膜泵与所述耐酸耐高温消解管端部的进样管相连；所述耐酸耐高温消解管以螺旋方式半嵌入所述加热体中，所述耐酸耐高温消解管另端部的出样管与所述冷凝管连接；所述冷凝管通过所述第二直流电机蠕动泵与所述自来水罐相连，并且所述冷凝管与所述自来水罐之间形成回路；

所述在线富集模块包括通过耐酸塑料软管连接的第三三通电磁阀、第四三通电磁阀、第五三通电磁阀、第六三通电磁阀、第七三通电磁阀、pH调节溶液瓶、第三直流电机蠕动泵、第四直流电机蠕动泵、第二Y形管、调节杯、富集柱、第二活塞泵、洗脱液瓶和第一废液瓶；所述第二Y形管开口两端通过所述第三直流电机蠕动泵分别与第三三通电磁阀、pH调节溶液瓶相连，其后端与所述调节杯相连；所述富集柱一端通过第四三通电磁阀分别与调节杯和第七三通电磁阀连接，其另一端通过第六三通电磁阀分别与所述第一废液瓶和所述第二活塞泵连接；所述第六三通电磁阀与所述活塞泵之间连接有第五三通电磁阀，所述第五三通电磁阀与所述洗脱液瓶相连；所述第三三通电磁阀一端与所述冷凝管相连，其另一端通过所述第四直流电机蠕动泵后与所述第七三通电磁阀相连；所述调节杯通过所述第四直流电机蠕动泵后与所述第四三通电磁阀相连；

所述在线检测模块包括通过耐酸软管连接的第五直流电机蠕动泵、发射光谱检测装置、供气装置和第二废液瓶；所述发射光谱检测装置通过进样管、第五直流电机蠕动泵与所述第七三通电磁阀连接，其另一端通过数据线与所述数据处理/输出模块连接；所述供气装置通过所述第五直流电机蠕动泵与所述发射光谱检测装置连接，所述发射光谱检测装置与所述第二废液瓶连接；

所述数据处理/输出模块包括用于分析处理所述发射光谱检测装置信号信息并将结果显示出来的数据处理/显示系统、用于储存所述数据处理/显示系统处理结果的管理服务器、用于供用户的查看与远程监控的终端设备；所述终端设备包括第一终端设备和第二终端设备，所述第一终端设备和第二终端设备通过所述管理服务器与所述数据处理/显示系统相连；

所述系统控制模块包括工控机系统、串口转换器和信号输入/输出接口；所述工控机系统包括总工控机、在线采样工控机、消解工控机和富集工控机；所述串口转换器包括第一串口转换器、第二串口转换器、第三串口转换器；所述在线采样工控机一端通过所述第一串口转换器、信号输入/输出接口与所述总工控机相接，其另一端分别与水泵、两通电磁阀、第一直流电机蠕动泵相连；所述消解工控机一端通过所述第二串口转换器、信号输入/输出接口与所述总工控机相接，其另一端分别与所述第一活塞泵、第二三通电磁阀、隔膜泵、第二直流电机蠕动泵相连；所述富集工控机一端通过所述第三串口转换器、信号输入/输出接口与所述总工控机相接，其另一端分别与所述第三直流电机蠕动泵、调节杯、第二活塞泵、第三三通电磁阀、第四三通电磁阀、第五三通电磁阀、第六三通电磁阀、第七三通电磁阀相连。

3.根据权利要求2所述的水中多种重金属同时在线监测系统，其特征在于：所述在线采样模块将样品加入自来水经所述第一Y形管以在线稀释方式直接分析含盐水样和海水水样；控制所述第一三通换向球阀，使水样以在线稀释方式进样。

4.根据权利要求2所述的水中多种重金属同时在线监测系统，其特征在于：所述发射光谱检测装置为溶液进样方式的发射光谱检测装置。

5.根据权利要求2所述的水中多种重金属同时在线监测系统，其特征在于：所述数据处理与输出模块将所述发射光谱检测装置的检测结果与相应的水质标准限值比较分析，收集某个时间点至现在的一定时间段数据描述其变化，同时将数据结果、数据变化趋势和结果超标情况储存到所述管理服务器，所述管理服务器与用户应用的终端设备通过有线或无线方式连接。

6.根据权利要求2所述的水中多种重金属同时在线监测系统，其特征在于：水样中污染物浓度超过所述在线检测模块对目标重金属的线性范围最高浓度时，将样品加入自来水经所述第一Y形管以在线稀释方式直接稀释后再消解。

7.根据权利要求2所述的水中多种重金属同时在线监测系统，其特征在于：根据目标重金属浓度，所述在线消解模块处理后的样品溶液通过在线富集模块后进入所述在线检测模块；或者，根据目标重金属浓度，所述在线消解模块处理后的样品溶液直接通向所述在线检测模块测定。

8.一种基于权利要求2所述的水中多种重金属同时在线监测系统的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、水样通过所述进水管滤网由水泵提升至所述沉降杯缓冲，在重力作用下通过筛网，过滤后的水样再由所述第一直流电机蠕动泵输送至所述在线消解模块；

步骤二、由所述在线采样模块输送来的水样和消解液在所述混合杯中预混后，由所述隔膜泵输送至所述耐酸耐高温消解管，利用所述耐酸耐高温消解管中进样管和出样管内径差异及所述加热体作用实现样品的高温、高压在线连续流动消化，消化后样品溶液通过冷凝管降温；

步骤三、由所述在线消解模块输送来的样品在所述调节杯中由pH调节溶液按富集条件要求调节样品酸度，由所述第四直流电机蠕动泵将调节酸度后的样品溶液加入到所述富集柱，再由第二活塞泵反向洗脱所述富集柱；

步骤四、由在线消解模块或在线富集模块输送来的样品溶液经所述第五直流电机蠕动泵提升至所述发射光谱检测装置进行测定，并将数据传输给所述数据处理/显示系统对检测数据分析并将分析结果储存到所述管理服务器，用户通过终端设备访问所述管理服务器查看检测结果。