CN110174379A - 一种多参数水质监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多参数水质监测装置及方法，所述装置包括主控单元、反应分析单元、试剂存储单元、废液回收单元和进样单元，所述反应分析单元将多个污染物分析单元模块化，根据不同的监测情景快速添加或调整监测参数，可插拔安装所需的污染物参数分析模块，结构简单、组合灵活，测量成本降低；所述装置内部各单元自组网，与所述主控单元无线通讯，所述主控单元支持数据远传与本地存储。该水质监控装置体积小，测量参数配置灵活，尤其适合河道污水和工业废水的监测。
Description
技术领域
本发明涉及水环境参数检测技术领域，特别涉及一种多参数水质监测装置及方法。
背景技术
水质监测是监视和测定水体中污染物的种类、各类污染物的浓度及变化趋势，评价水质状况的过程。监测范围十分广泛，包括未被污染和已受污染的天然水(江、河、湖、海和地下水)及各种各样的工业排水等。主要监测项目可分为两大类：一类是反映水质状况的综合指标，如温度、色度、浊度、pH值、电导率等；另一类是一些污染物或有毒物质。
统的水质监测系统水质在线自动监测系统是以在线分析仪表和实验室研究需求为服务目标，以提供具有代表性、及时性和可靠性的样品信息为核心任务，运用自动控制技术、计算机技术并配以专业软件，组成一个从取样、预处理、分析到数据处理及存贮的完整系统，从而实现对样品的在线自动监测。自动监测系统一般包括取样系统、预处理系统、数据采集与控制系统、在线监测分析仪表、数据处理与传输系统及远程数据管理中心，这些分系统既各成体系，又相互协作，以完成整个在线自动监测系统的连续可靠地运行。
而上述技术实现系统复杂，实现过程繁冗不简洁，系统架构庞大，且设备扩展性差、维护量高、布置要求高，不便于大规模推广，因此，需要一款新的水质监测系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题是当前污水水质监测设备扩展性差、设备维护量高、设备布置要求高的问题。
为解决上述技术问题，本发明第一方面公开了一种多参数水质监测装置，包括：
进样单元，所述进样单元和所述反应分析单元相连，用于提供水样；
试剂存储单元，所述试剂存储单元和所述反应分析单元相连，用于存储水质参数分析所需试剂；
反应分析单元，所述反应分析单元用于调配反应试剂，并对所述水样进行水质参数分析；
废液回收单元，所述废液回收单元和所述反应分析单元相连，用于回收所述水质参数分析的废液；
主控单元，所述主控单元分别与所述反应分析单元、所述试剂存储单元、所述废液回收单元相连接。
进一步的，所述主控单元包括控制器、触控屏、第一通讯模块和第二通讯模块，所述第一通讯模块、所述第二通讯模块、所述触控屏分别与所述控制器相连接；
所述控制器用于发送配液指令和测量指令给所述反应分析单元；
所述触控屏用于显示所述水质参数分析的分析结果；
所述第一通讯模块用于上传相关数据至远程服务器；
所述第二通讯模块用于与所述试剂存储单元、所述反应分析单元、所述废液回收单元通讯。
进一步的，所述反应分析单元包括配液计量模块和污染物参数分析模块；
所述配液计量模块和所述试剂存储单元相连，所述配液计量模块用于根据所述配液指令计量和抽取所述反应试剂；
所述污染物参数分析模块和所述配液计量模块相连，所述污染物参数分析模块用于根据所述测量指令进行所述水质参数分析。
进一步的，所述反应分析单元还包括常规参数分析模块，所述常规参数分析模块和所述配液计量模块相连；
所述常规参数分析模块用于测量所述水样的温度、pH值、电导率、溶解氧和浊度中的任意一种或多种。
进一步的，所述污染物参数分析模块包括氨氮分析模块、COD分析模块、总磷分析模块和总氮分析模块；
所述氨氮分析模块用于测量所述水样中氨氮含量；
所述COD分析模块用于测量所述水样中COD含量；
所述总磷分析模块用于测量所述水样中总磷含量；
所述总氮分析模块用于测量所述水样中总氮含量。
进一步的，所述污染物参数分析模块包括消解比色单元，所述消解比色单元包括消解比色管、加热丝、温度传感器、风扇、LED单色光源和光电接收器；
所述加热丝用于给所述消解比色管中液体加热；
所述温度传感器用于检测所述消解比色管中的反应温度；
所述光电接收器用于采集所述LED单色光源的入射光和所述LED单色光源通过所述消解比色管后的光强度；
所述风扇用于给所述消解比色管中液体降温。
进一步的，所述配液计量模块包括多通道电磁阀和蠕动泵；
所述多通道电磁阀用于连通所述试剂存储单元和所述污染物参数分析模块；
所述蠕动泵用于抽取和释放所述反应试剂。
进一步的，所述废液回收单元包括废液桶和液位传感器，所述液位传感器用于检测所述废液桶的储存量。
进一步的，所述试剂存储单元包括试剂存放瓶和底座，所述底座设于所述试剂存放瓶底部，所述底座包括一称重传感器，所述称重传感器用于检测所述试剂存放瓶的重量。
本发明第二方面公开了一种多参数水质监测方法，包括：
进样单元提供水样给反应分析单元；
主控单元发送配液指令到所述反应分析单元；
所述反应分析单元根据所述配液指令从试剂存储单元抽取反应试剂；
所述主控单元发送测量指令到所述反应分析单元；
所述反应分析单元根据所述测量指令进行水质参数分析，并将分析结果发送到所述主控单元；
所述主控单元显示所述分析结果并上传相关数据至远程服务器；
所述反应分析单元将废液排入废液回收单元。
采用上述技术方案，本发明所述的多参数水质监测装置具有如下有益效果：
所述装置包括主控单元、反应分析单元、试剂存储单元、废液回收单元和进样单元，所述反应分析单元将多个污染物分析单元模块化，根据不同的监测情景快速添加或调整监测参数，可插拔安装所需的污染物参数分析模块，结构简单、组合灵活，测量成本降低；所述装置内部各单元自组网，与所述主控单元无线通讯，所述主控单元支持数据远传与本地存储。该水质监控装置体积小，测量参数配置灵活，尤其适合河道污水和工业废水的监测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种多参数水质监测装置；
图2为本发明实施例的一种多参数水质监测方法；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
实施例1：
如图1所示，一种多参数水质监测装置，包括：
进样单元，所述进样单元和所述反应分析单元相连，用于提供水样；
试剂存储单元，所述试剂存储单元和所述反应分析单元相连，用于存储水质参数分析所需试剂；
反应分析单元，所述反应分析单元用于调配反应试剂，并对所述水样进行水质参数分析；
废液回收单元，所述废液回收单元和所述反应分析单元相连，用于回收所述水质参数分析的废液；
主控单元，所述主控单元分别与所述反应分析单元、所述试剂存储单元、所述废液回收单元相连接。
通过上述技术方案的实施，本发明所述反应分析单元将多个污染物分析单元模块化，根据不同的监测情景快速添加或调整监测参数，可插拔安装所需的污染物参数分析模块，结构简单、组合灵活，测量成本降低；该水质监控装置体积小，测量参数配置灵活，尤其适合河道污水和工业废水的监测。
所述主控单元包括控制器、触控屏、第一通讯模块和第二通讯模块，所述第一通讯模块、所述第二通讯模块、所述触控屏分别与所述控制器相连接；
所述控制器用于发送配液指令和测量指令给所述反应分析单元；
所述触控屏用于显示所述水质参数分析的分析结果，包括实时监测结果、数据趋势曲线、历史数据和报警信息现场显示；
所述第一通讯模块为GPRS网络模块，用于上传相关数据至远程服务器；
所述第二通讯模块为ZigBee网络模块，用于与所述试剂存储单元、所述反应分析单元、所述废液回收单元通讯。
所述主控单元还包括继电器控制模块和供电模块。
所述反应分析单元包括配液计量模块和污染物参数分析模块；
所述配液计量模块和所述试剂存储单元相连，所述配液计量模块用于根据所述配液指令计量和抽取所述反应试剂；
具体的，如图1所示，所述配液计量模块包括多通道电磁阀、蠕动泵、计量管、可移动式光电液位传感器和ZigBee网络模块；所述多通道电磁阀用于连通所述试剂存储单元和所述污染物参数分析模块；所述蠕动泵用于抽取和释放所述反应试剂。
本发明所述配液计量模块，所述ZigBee网络模块接收所述配液指令，通过多通道电磁阀组选择计量试剂通道，根据不同的试剂成分控制可移动式光电液位传感器至相应位置，通过所述蠕动泵吸取反应试剂至液位传感器位置；然后多通道电磁阀组切换通道至相应的反应分析单元，控制所述蠕动泵的转向将计量好的试剂推入所述反应分析单元中，试剂全部推入所述反应分析单元后，切换多通道电磁阀组至清洗液，通过所述蠕动泵清洗管路后，进行下一试剂的计量。
所述污染物参数分析模块和所述配液计量模块相连，所述污染物参数分析模块用于根据所述测量指令进行所述水质参数分析；
所述污染物参数分析模块包括氨氮分析模块、COD分析模块、总磷分析模块和总氮分析模块；所述氨氮分析模块用于测量所述水样中氨氮含量；所述COD分析模块用于测量所述水样中COD含量；所述总磷分析模块用于测量所述水样中总磷含量；所述总氮分析模块用于测量所述水样中总氮含量。本发明所述反应分析单元将多个污染物分析单元模块化，根据不同的监测需求，可插拔安装所需的污染物参数分析模块，最多可安装四组污染物参数分析模块，结构简单、组合灵活，测量成本降低。
如图1所示，所述污染物参数分析模块包括消解比色单元，还包括控制单元和第二通讯模块，所述消解比色单元、所述第二通讯模块分别与所述控制单元相连；
所述第二通讯模块为ZigBee网络模块，用于接收所述测量指令；所述控制单元用于根据所述测量指令控制所述消解比色单元执行所述水质参数分析。
所述消解比色单元包括消解比色管、加热丝、温度传感器、风扇、LED单色光源和光电接收器；
所述加热丝用于给所述消解比色管中液体加热；
所述温度传感器用于检测所述消解比色管中的反应温度；
所述光电接收器用于采集所述LED单色光源的入射光和所述LED单色光源通过所述消解比色管后的光强度；
所述风扇用于给所述消解比色管中液体降温。
本发明通过所述ZigBee网络模块与所述主控单元通讯，接收到分析开始命令后，关闭所述消解比色管的高压电磁阀，并控制所述加热丝加热，通过所述温度传感器采集温度控制所述加热丝的输出功率，以达到恒定的试剂反应温度。反应结束后，通过所述光电接收器测量所述LED单色光源的入射光和通过所述消解比色管后的光强度，计算出透光率，从而计算出监测的污染物浓度，通过所述ZigBee网络模块将结果发送给所述主控单元。
所述反应分析单元还包括常规参数分析模块，所述常规参数分析模块和所述配液计量模块相连；
所述常规参数分析模块，包括pH电极、溶解氧电极、电导率电极、浊度探头、缓流池、ZigBee网络模块、数据采集模块，用于测量所述水样的温度、pH值、电导率、溶解氧和浊度中的任意一种或多种。
所述试剂存储单元包括试剂存放瓶和底座，所述底座设于所述试剂存放瓶底部，所述底座包括一称重传感器，所述称重传感器用于检测所述试剂存放瓶的重量；本发明所述试剂存储单元还包括ZigBee网络模块，通过所述称重传感器检测所述试剂存放瓶重量来判断试剂的存储量，并通过所述ZigBee网络模块将存储量发送到所述主控单元。
所述废液回收单元包括废液桶和液位传感器，所述液位传感器用于检测所述废液桶的储存量；
本发明所述废液回收单元还包括ZigBee网络模块，通过所述液位传感器的信号触发所述ZigBee网络模块向所述主控单元发出满桶报警。
本发明所述装置内部各单元自组网，与所述主控单元无线通讯，所述主控单元支持数据远传与本地存储。
实施例2：
如图2所示，一种多参数水质监测方法，包括：
S01，进样单元提供水样给反应分析单元；
S02，主控单元发送配液指令到所述反应分析单元；
S03，所述反应分析单元根据所述配液指令从试剂存储单元抽取反应试剂；
S04，所述主控单元发送测量指令到所述反应分析单元；
S05，所述反应分析单元根据所述测量指令进行水质参数分析，并将分析结果发送到所述主控单元；
S06，所述主控单元显示所述分析结果并上传相关数据至远程服务器；
S07，所述反应分析单元将废液排入废液回收单元。
该实施例中，S03具体包括：所述配液计量模块按照污染物参数分析程序控制蠕动泵和多通道电磁阀组抽取标准液和分析试剂，按配比分别推入消解比色管中进行混合；配液结束后，发送通知到所述主控单元。
该实施例中，S05具体包括：在抽取水样前先冲洗所述污染物参数分析模块的计量管、消解管及其中间的连接管路；调整所述配液计量模块的可移动光电液位传感器，抽取计量水样；将水样推入消解管；调整所述可移动光电液位传感器，抽取计量蒸馏水；将蒸馏水推入消解管；调整所述可移动光电液位传感器，抽取计量各反应分析试剂，将所述试剂推入消解管进行混合，各试剂抽取之间需要清洗管道；关闭所述计量管两端高压电磁阀；控制加热丝加热至设定温度并保持一定时间；采集LED光源入射光和透射光强度，计算所测参数浓度，将测得值发送至所述主控单元，当测量参数实际值超过报警限值触发报警，报警信息表现形式为所述主控单元的触摸屏报警信息跳闪和手机客户端消息推送，可点击确认信息消除报警。
该实施例中，S07具体包括：所述主控单元接收到数据后，向所述反应分析单元发送测量完成指令，所述污染物参数分析模块开启风扇使反应试剂降温，所述配液计量模块抽取所述消解比色管中试剂排入所述废液回收单元。
本发明所述方法还包括根据应用场景选择测量参数，安装对应的污染物参数分析模块和常规参数测量电极，安装测量参数对应的试剂存放单元，组成一个小型监测站；通过所述触摸屏对采样参数，采样频率，采样顺序，自标定周期，各参数报警限值和触摸屏基本参数等进行设置；内部联网测试，通过触摸屏切换到手动模式，分别控制蠕动泵、多通道电磁阀、可移动液位传感器、加热丝、风扇、水泵，观察是否响应，检测采集信息是否符合当前试剂存储瓶、废液桶状态，以确认内部通讯正常；远程通讯测试，通过手机客户端查看设置的参数，以确认远程通讯是否正常。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多参数水质监测装置，其特征在于，包括：
进样单元，所述进样单元和所述反应分析单元相连，用于提供水样；
试剂存储单元，所述试剂存储单元和所述反应分析单元相连，用于存储水质参数分析所需试剂；
反应分析单元，所述反应分析单元用于调配反应试剂，并对所述水样进行水质参数分析；
废液回收单元，所述废液回收单元和所述反应分析单元相连，用于回收所述水质参数分析的废液；
主控单元，所述主控单元分别与所述反应分析单元、所述试剂存储单元、所述废液回收单元相连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述主控单元包括控制器、触控屏、第一通讯模块和第二通讯模块，所述第一通讯模块、所述第二通讯模块、所述触控屏分别与所述控制器相连接；
所述控制器用于发送配液指令和测量指令给所述反应分析单元；
所述触控屏用于显示所述水质参数分析的分析结果；
所述第一通讯模块用于上传相关数据至远程服务器；
所述第二通讯模块用于与所述试剂存储单元、所述反应分析单元、所述废液回收单元通讯。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述反应分析单元包括配液计量模块和污染物参数分析模块；
所述配液计量模块和所述试剂存储单元相连，所述配液计量模块用于根据所述配液指令计量和抽取所述反应试剂；
所述污染物参数分析模块和所述配液计量模块相连，所述污染物参数分析模块用于根据所述测量指令进行所述水质参数分析。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述反应分析单元还包括常规参数分析模块，所述常规参数分析模块和所述配液计量模块相连；
所述常规参数分析模块用于测量所述水样的温度、pH值、电导率、溶解氧和浊度中的任意一种或多种。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：
所述污染物参数分析模块包括氨氮分析模块、COD分析模块、总磷分析模块和总氮分析模块；
所述氨氮分析模块用于测量所述水样中氨氮含量；
所述COD分析模块用于测量所述水样中COD含量；
所述总磷分析模块用于测量所述水样中总磷含量；
所述总氮分析模块用于测量所述水样中总氮含量。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：
所述污染物参数分析模块包括消解比色单元，所述消解比色单元包括消解比色管、加热丝、温度传感器、风扇、LED单色光源和光电接收器；
所述加热丝用于给所述消解比色管中液体加热；
所述温度传感器用于检测所述消解比色管中的反应温度；
所述光电接收器用于采集所述LED单色光源的入射光和所述LED单色光源通过所述消解比色管后的光强度；
所述风扇用于给所述消解比色管中液体降温。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述配液计量模块包括多通道电磁阀和蠕动泵；
所述多通道电磁阀用于连通所述试剂存储单元和所述污染物参数分析模块；
所述蠕动泵用于抽取和释放所述反应试剂。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述废液回收单元包括废液桶和液位传感器，所述液位传感器用于检测所述废液桶的储存量。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述试剂存储单元包括试剂存放瓶和底座，所述底座设于所述试剂存放瓶底部，所述底座包括一称重传感器，所述称重传感器用于检测所述试剂存放瓶的重量。
10.一种多参数水质监测方法，其特征在于，包括：
进样单元提供水样给反应分析单元；
主控单元发送配液指令到所述反应分析单元；
所述反应分析单元根据所述配液指令从试剂存储单元抽取反应试剂；
所述主控单元发送测量指令到所述反应分析单元；
所述反应分析单元根据所述测量指令进行水质参数分析，并将分析结果发送到所述主控单元；
所述主控单元显示所述分析结果并上传相关数据至远程服务器；
所述反应分析单元将废液排入废液回收单元。
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