CN110095424B - 一种黑臭水体四参数在线监测一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种黑臭水体四参数在线监测一体化装置，涉及环境监测技术领域；一体化装置包括信息处理器、信号发射装置、透明度测定模块和/或氨氮测定模块和/或双探头电化学测定模块，透明度测定模块和/或氨氮测定模块和/或双探头电化学测定模块均与信号发射装置和所述信号处理器相连；可同时完成氨氮、透明度、溶解氧和氧化还原电位的快速原位测定，通过在线传输，对仪器设备进行远程控制和对采集的数据进行远程处理。本发明既可作为固定监测装置安装于水体现场，也可以搭载在移动监测装置上进行多点位多时段的测定。本装置透明度、溶解氧和氧化还原电位的水体原位测定可不对水体进行提升或转移，有效避免水体性质因位置转移而导致的变化。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测技术领域，尤其涉及一种黑臭水体四参数在线监测一体化装置。
背景技术
黑臭水体是指呈现令人不悦的颜色和(或)散发令人不适气味的水体的统称，根据黑臭程度的不同，可将黑臭水体分为“轻度黑臭”和“重度黑臭”两级，其分级的评价指标包括透明度、溶解氧、氧化还原电位和氨氮。其中，透明度、溶解氧、氧化还原电位和氨氮的测定方法分别为塞式盘法或铅字法、电化学法、电极法和纳氏试剂光度法或水杨酸-次氯酸盐光度法。其中，除氨氮外，其余3个参数均需要现场原位测定。另外，黑臭水体监测布点每个水体不少于3个，间隔1至7日检测1次，至少检测3次以上。因此，完成某一黑臭水体的黑臭等级判定，工作量较大，且需要较多的人力、财力和时间。
目前市面上缺少关于黑臭水体4个参数同时在线测定的仪器或装置，也鲜见可搭载在移动监测装置上的黑臭水体测定装置。部分在线测定的装置，大多采用抽取水样至检测装置进行测定的方法，这与指南中现场原位测定的方法有所偏差，且容易造成水体性质改变或导致二次污染。
通用的氧化还原电位测定方法一般采用便携式仪器在现场原位测定。由于流动的水体中的氧化还原电位一直处于不停的变化状态中，且大多数天然水水体不均匀，因此在现场测定水体中氧化还原电位时，要得到相对稳定的读数较难，常常出现测定重现性低、时间长的问题。市面上与氧化还原电位在线测定相关产品较少，已推出的设备大多表现出仪器示值难稳定，准确度低和故障性高等不足，为我国环境治理、黑臭水体整治过程中实施的在线水质监测工作带来不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种黑臭水体四参数在线监测一体化装置，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种黑臭水体四参数在线监测一体化装置，包括信息处理器、信号发射装置、透明度测定模块和/或氨氮测定模块和/或双探头电化学测定模块，所述透明度测定模块和/或所述氨氮测定模块和/或所述双探头电化学测定模块均与所述信号发射装置和所述信号处理器相连。
优选地，所述透明度测定模块为独立模块，包括光学分辨装置和带自动伸缩杆的反射平面，所述光学分辨装置向反射平面发射一束光线，通过反射平面对该束光线反射后接收的光信号，判断水体的透明度值。
优选地，所述透明度测定模块还包括纯水清洗喷头，所述纯水清洗喷头位于所述测定模块顶端，用于清洗所述光学分辨装置、所述自动伸缩杆、所述反射平面和所述透明度测定模块的内壁。
优选地，所述氨氮测定模块采用防腐蚀外壳，内部包括采样管、废液管、蠕动泵、过滤头、多个针筒式试剂盒、加热器、纯水进水管、检测装置及其配套管路，所述采样管与所述过滤头相连，通过所述蠕动泵连接至所述六通阀，所述六通阀、所述加热器、所述检测器和所述废液管顺次连接，所述针筒式试剂盒和所述纯水进水管连接在所述过滤头与所述六通阀之间。
优选地，所述针筒式试剂盒包括试剂管和所述针筒式压液板，所述试剂管连接在所述针筒式压液板上。
优选地，所述双探头电化学测定模块包括外壳、信号发射装置、链条提升装置、蓄水桶、氧化还原电位测定仪、氧化还原电位探头和溶解氧探头，所述氧化还原电位测定仪用于测定蓄水桶中的氧化还原电位；所述信号发射装置用于实时传输测定仪测得的数据；所述链条提升装置连接着所述蓄水桶，用于控制所述蓄水桶的上下移动；
所述蓄水桶上下均无盖，且中间安装金属空心套管，所述氧化还原电位测定仪的探头和溶解氧探头进入金属中心套管内进行测定。
优选地，所述金属空心套管由2个铝合金空心管嵌套而成，内管固定于蓄水桶所在的空间顶部，起支撑与固定外管的作用；外管可活动，与链条提升装置相连接；内层空心管内部分为两个区域，分别安装氧化还原电位探头和溶解氧探头，每个区域开有用于探头测定的窗口；外层空心管底部为平面网筛状匀样器；两套管之间可进行相对运动。
优选地，两探头所在套管上端均具有清洁海绵，所述清洁海绵内有纯净水喷头；氧化还原电位探头所在套管内清洁海绵向上方为探头保护海绵，保护海绵中有探头保护溶液喷头；探头下端具有与探头同时移动的封闭端。
优选地，所述蓄水桶底部设置电控自动开闭盖板。
优选地，所述装置还包括电源、纯水瓶、废液收集桶及其配套管路，所述纯水瓶分别与各个测定模块的纯水进水口相连，所述废液收集桶收集各个测量模块产生的废液。
本发明的有益效果是：
本发明提供的黑臭水体四参数在线监测一体化装置可同时完成氨氮、透明度、溶解氧和氧化还原电位4个黑臭等级判断参数的快速原位测定，通过在线传输，对采集数据进行远程控制与处理。本发明即可作为固定监测装置安装于水体现场，也可以搭载在移动监测装置上进行多点位多时段的测定。本装置透明度、溶解氧和氧化还原电位的水体原位测定可不对水体进行提升或转移，有效避免水体性质因位置转移而导致的变化。
其中，氨氮测定采用密封针筒式试剂盒储存试剂，试剂只需进行首次脱气即可保证后续使用避免产生气泡峰，且校正曲线只需要在每次更换试剂时测定即可；透明度测定过程高度模拟人眼识别的模式，程序内添加多种复杂水体的校正方式，以应对不同水体环境的监测；氧化还原电位测定通过使待测水体快速达到流体的均匀性和稳定性，从而在很短时间内得到稳定的示值，在不影响该参数变化的前提下，大大缩短了在线测定过程中单个周期内仪器示值的稳定时间，提高了测定的准确性和重现性，能有效提高工作效率。
附图说明
图1是本发明的整体内部示意图；
图2是双探头电化学测定模块待机状态内部示意图；
图3是双探头电化学测定模块测定状态内部示意图；
图4是双探头电化学测定模块金属空心套管的结构示意图；
图5是透明度测定模块待机内部示意图；
图6是透明度测定模块测定内部示意图；
图7是氨氮测定模块内部示意图；
图8是针筒式试剂管的结构；
氨氮测定模块—1 透明度测定模块—2 信号发射装置—3
纯水瓶—4 信号处理器—5 电源—6
废液收集桶—7 双探头电化学测定模块—8
防腐蚀外壳—9 氧化还原电位溶解氧氧化还原电位和溶解氧测定仪—10 金属空心套管—11
蓄水桶—12 第一机械齿轮—13 第二机械齿轮—14
双探头电化学测定模块接电线板—15 定滑轮—16 硬质链条—17
机械系统①—18 机械系统②—19 网筛状匀样器—20 蓄水桶底部支撑架—21 探头保护液海绵—22
氧化还原电位探头清洗海绵及纯净水出水口—23 溶解氧探头清洗海绵及纯净水出水口—24 溶解氧探头—25 氧化还原电位探头—26 溶解氧空心杆探头窗口—27
氧化还原电位空心杆探头窗口—28 机械系统③—29 光学分辨装置—30
自动伸缩杆—31 透明度测定空间内壁—32 光学测定仪—33
反射平面—34 透明度测定模块接电线板—35 防腐蚀外壳—36
氨氮测定模块接电线板—37 六通阀—38 加热器及溶液混合反应管路—39
防腐蚀外壳—40 废液管—41 蠕动泵—42
机械系统④—43 过滤头—44 采水样管—45
检测器—46 试剂盒—47 纯水管—48
试剂管—49 针筒式压液板—50。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
如图1所示，一种黑臭水体四参数在线监测一体化装置，它内部结构主要包括氨氮测定模块、透明度测定模块、信号发射装置、纯水瓶、信号处理器、电源、废液收集桶、双探头电化学测定模块(氧化还原电位探头和溶解氧探头)、机械装置组合及内部所有管线等，所有组件均为可拆卸的独立模块化个体，各模块通过螺丝固定或嵌套的方式组装在方形防腐蚀外壳内。外壳在侧边开盖，开盖后即可对各个部件进行更换、维修或维护。
所述透明度测定模块为独立模块，包括纯水清洗喷头，光学测定仪、光学分辨装置和带自动伸缩杆的反射平面，所述光学分辨装置与光学测定仪相连，测定时，光学分辨装置向反射平面发射一束光线，通过反射平面对该束光线反射后接收的光信号，判断水体的透明度值，所述纯水清洗喷头位于所述测定模块顶端，用于清洗所述光学分辨装置、所述自动伸缩杆、所述反射平面和所述透明度测定模块的内壁。
所述氨氮测定模块采用防腐蚀外壳，内部包括采样管、废液管、蠕动泵、过滤头、多个针筒式试剂盒、加热器、纯水进水管、检测装置及其配套管路，所述采样管与所述过滤头相连，通过所述蠕动泵连接至所述六通阀，所述六通阀、所述加热器、所述检测器和所述废液管顺次连接，所述针筒式试剂盒和所述纯水进水管连接在所述过滤头与所述六通阀之间；所述针筒式试剂盒包括试剂管和所述针筒式压液板，所述试剂管连接在所述针筒式压液板上。
双探头电化学测定模块内部，包括外壳、信号发射装置、链条提升装置、蓄水桶、氧化还原电位测定仪、氧化还原电位探头和溶解氧探头，所述氧化还原电位测定仪用于测定蓄水桶中的氧化还原电位；所述信号发射装置用于实时传输测定仪测得的数据；所述链条提升装置用于控制所述蓄水桶的上下移动；
所述蓄水桶上下均无盖，且中间安装金属空心套管，所述氧化还原电位测定仪的探头和溶解氧探头进入金属中心套管内进行测定。
所述金属空心套管由2个铝合金空心管嵌套而成，内管固定于蓄水桶所在的空间顶部，起支撑与固定外管的作用；外管可活动，与链条提升装置相连接；内层空心管内部分为两个区域，分别安装氧化还原电位探头和溶解氧探头，每个区域开有用于探头测定的窗口；外层空心管底部为平面网筛状匀样器；两套管之间可进行相对运动。
两探头所在套管上端均具有清洁海绵，所述清洁海绵内有纯净水喷头；氧化还原电位探头所在套管内清洁海绵向上5cm处为探头保护海绵，保护海绵中有探头保护溶液喷头；探头下端具有与探头同时移动的封闭端。
为了减少采样测定时对溶解氧的影响，因此在蓄水桶底部设置电控自动开闭盖板。
各测定模块中均设置有机械装置组合，由独立的机械系统控制各装置运动。
电源提供所有部件的供电；各测定模块中的测定仪器及部件均可装载不同仪器厂家的仪器，各模块测定仪器与信息处理器5相连接；信号发射装置3接收各测定模块的数据后以4G网络信号形式传输。
纯净水瓶提供个测定模块内部所有管路或部件的清洗和氨氮测定模块载液所使用的纯净水。废液收集装置收集氨氮测定模块产生的废液。
进一步地，本实施例可将所述黑臭水体四参数在线监测一体化装置应用于移动平台上，所述移动平台上包括固定的水上监测站和/或小型移动监测船：即所述黑臭水体四参数在线监测一体化装置可分别搭载在固定的水上监测站和小型移动监测船上，只需要保证一体化装置底部平面位于水面以下5cm即可，两种搭载方式的使用方法相同，移动监测船须具有固定位置的功能。
使用前须将一体化装置安装在相对稳定的位置，其中透明度测定模块和双探头电化学测定模块(氧化还原电位探头和溶解氧探头)需安装在一体化装置的下方。开启装置和与装置连接的手机或电脑，连接成功后，在程序软件上编辑各个项目的测定方法，输入各项测定的参数后保存，点击“运行方法”，一体化装置即可开始按照程序运作。
所述透明度测定模块进行运作时，首先通过机械装置控制伸缩杆，将反射平面深入待测水体中，然后通过光学分辨装置向反射平面发射一束光线，通过光学检测装置接收反射平面对该束光线反射后接收的光信号，判断水体的透明度值。
测定结束后，可通过设置在透明度测定模块顶端的纯水清洗喷头对整个透明度测定模块进行冲洗清洁，清洗后的水通过废水收集器收集。
对于双探头电化学测定模块进行运作时，首先进行溶解氧测定，然后进行氧化还原电位的测定，具体的测定步骤如下：
使用前须将测定装置安装在相对稳定的位置，圆形桶底面朝下。开启双探头电测定模块装置和与装置连接的手机或电脑，连接成功后，在程序软件上编辑测定溶解氧和氧化还原电位的方法，输入测定时间、频率周期、桶进入水体的深度、匀样器运动速度、匀样次数、探头进入水体时间、读数次数、清洗时间及次数等参数后保存，点击“运行方法”，所述双探头电化学测定模块即可开始按照程序运作。
蓄水桶在机械系统的链条提升装置的作用下插入待测水体中，水进入蓄水桶内，蓄水桶内的中心管中的溶解氧探头经清洁海绵清洗后进入待测水体内，开始测定待测水体的溶解氧；氧化还原电位溶解氧氧化还原电位和溶解氧测定仪得到读数后，与之相连的信号发射装置将数据传输到手机或电脑软件上，即完成一次测定。为了保证测试准确性，可在程序中设置对水体进行平行或多次测定。
溶解氧测定完毕后，安装在中心管外管上的网筛状匀样器通过链条装置开始从上方开始以5～8cm/s的速度上下往复运动，使蓄水桶内待测水体充分均匀；匀样器工作程序可在软件中进行设定，默认进行3次往复运动，单次匀样工作约20s；
待匀样器工作完毕后，氧化还原电位测定探头从保护海绵中向下伸出，经清洁海绵清洗后进入待测水体内，开始测定待测水体的氧化还原电位；溶解氧、氧化还原电位测定仪得到读数后，与之相连的信号发射装置将数据传输到手机或电脑软件上，即完成一次测定。为了保证测试准确性，可在程序中设置对水体进行平行或多次测定。
为了保证测定实验更准确，在每次测定前后均可添加清洗程序，即通过装置中的纯水对探头和桶壁进行清洗。
所述双探头测定模块在非工作时段内处于待机省电状态，需要紧急测定时，可通过控制软件对其唤醒。
对于氨氮测定模块，其氨氮测定方法原理为流动注射-水杨酸分光光度法，测定时蠕动泵抽取水样或标准样品，经过滤后进入仪器内部与载液和测试试剂水杨酸钠溶液、缓冲溶液和次氯酸钠溶液混合加热反应后进入比色池进行比色，使用紫外分光光度计进行光度测试，所得检测数据随即可以在手机和电脑中进行处理。
在每次更换测试液的时候，需要绘制校正曲线，校正曲线的绘制方法如下：配制不同浓度的系列标准溶液通过蠕动泵提取进入仪器，经试剂混合反应后生成特定吸收波长的产物进入比色池通过检测器进行测定。其氨氮浓度与其响应的峰面积成正比，使用几个不同的浓度点的峰面积绘制成校正曲线可对未知样品进行定量测定。
透明度测定模块中光学分辨装置位于水体液面位置，反射平面插入水中，光学分辨装置发出光束经平面反射被装置接收，光信号达到预设值即得出透明度值读数传输至操作软件中；双探头电化学测定模块中，蓄水桶插入水体，水进入桶内，桶底开口闭合，蓄水桶内水体环境稳定，溶解氧探头插入桶内进行测定。溶解氧测定完毕后，筛网式匀样器开始从上方开始以5～8cm/s的速度上下往复运动，使水体充分均匀。匀样器工作完毕后，探头从保护海绵经清洁海绵清洗后进入水体内，同时开始测定。得到读数后，与氧化还原电位测定仪相连的信号发射装置将数据传输到手机或电脑软件上，即完成一次测定。在每次测定前后均可添加清洗程序，对探头和桶壁进行清洗。一体化监测装置在非工作时段内处于待机省电状态，需要紧急测定时，可通过控制软件对其唤醒。
上述三个测定模块均可单独使用，且相互不影响。整个装置设置有纯净水瓶，该纯净水瓶通过纯净水进水管连接至各个测定模块的纯净水喷头；此外，各个模块还设置有废水管道，测定过程中产生的废水经废水管道排放至废液收集桶中。(此内容未在图中描述)
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
本发明提供的黑臭水体四参数在线监测一体化装置可同时完成氨氮、透明度、溶解氧和氧化还原电位4个黑臭等级判断参数的快速原位测定，通过在线传输，对采集数据进行远程控制与处理。本发明即可作为固定监测装置安装于水体现场，也可以搭载在移动监测装置上进行多点位多时段的测定。本装置透明度、溶解氧和氧化还原电位的水体原位测定可不对水体进行提升或转移，有效避免水体性质因位置转移而导致的变化。
其中，氨氮测定采用密封针筒式试剂盒储存试剂，试剂只需进行首次脱气即可保证后续使用避免产生气泡峰，且校正曲线只需要在每次更换试剂时测定即可；透明度测定过程高度模拟人眼识别的模式，程序内添加多种复杂水体的校正方式，以应对不同水体环境的监测；氧化还原电位测定通过使待测水体快速达到流体的均匀性和稳定性，从而在很短时间内得到稳定的示值，在不影响该参数变化的前提下，大大缩短了在线测定过程中单个周期内仪器示值的稳定时间，提高了测定的准确性和重现性，能有效提高工作效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种黑臭水体四参数在线监测一体化装置，其特征在于，包括信息处理器、信号发射装置、透明度测定模块和/或氨氮测定模块和/或双探头电化学测定模块，所述透明度测定模块和/或所述氨氮测定模块和/或所述双探头电化学测定模块均与所述信号发射装置和所述信号处理器相连；
所述双探头电化学测定模块包括外壳、信号发射装置、链条提升装置、蓄水桶、氧化还原电位和溶解氧测定仪、氧化还原电位探头和溶解氧探头，所述氧化还原电位测定仪用于测定蓄水桶中的氧化还原电位；所述信号发射装置用于实时传输测定仪测得的数据；所述链条提升装置连接所述蓄水桶，用于控制所述蓄水桶的上下移动；
所述蓄水桶上下均无盖，且中间安装金属空心套管，所述氧化还原电位测定仪的探头和溶解氧探头进入金属中心套管内进行测定；
所述金属空心套管由2个铝合金空心管嵌套而成，内管固定于蓄水桶所在的空间顶部，起支撑与固定外管的作用；外管可活动，与链条提升装置相连接；内层空心管内部分为两个区域，分别安装氧化还原电位探头和溶解氧探头，每个区域开有用于探头测定的窗口；外层空心管底部为平面网筛状匀样器；两套管之间可进行相对运动；
两探头所在套管上端均具有清洁海绵，所述清洁海绵内有纯净水喷头；氧化还原电位探头所在套管内清洁海绵向上方为探头保护海绵，保护海绵中有探头保护溶液喷头；探头下端具有与探头同时移动的封闭端。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述透明度测定模块为独立模块，包括光学分辨装置和带自动伸缩杆的反射平面，所述光学分辨装置向反射平面发射一束光线，通过反射平面对该束光线反射后接收的光信号，判断水体的透明度值。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述透明度测定模块还包括纯水清洗喷头，所述纯水清洗喷头位于所述测定模块顶端，用于清洗所述光学分辨装置、所述自动伸缩杆、所述反射平面和所述透明度测定模块的内壁。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述氨氮测定模块采用防腐蚀外壳，内部包括采样管、废液管、蠕动泵、过滤头、多个针筒式试剂盒、加热器、纯水进水管、检测装置及其配套管路，所述采样管与所述过滤头相连，通过所述蠕动泵连接至六通阀，所述六通阀、所述加热器、所述检测器和所述废液管顺次连接，所述针筒式试剂盒和所述纯水进水管连接在所述过滤头与所述六通阀之间。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述针筒式试剂盒包括试剂管和所述针筒式压液板，所述试剂管连接在所述针筒式压液板上。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述蓄水桶底部设置电控自动开闭盖板。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括电源、纯水瓶、废液收集桶及其配套管路，所述纯水瓶分别与各个测定模块的纯水进水口相连，所述废液收集桶收集各个测量模块产生的废液。
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