CN112567242B - 用于在饮用水分配网络中连续自动在线地监测水质和颗粒采样的移动系统 - Google Patents

用于在饮用水分配网络中连续自动在线地监测水质和颗粒采样的移动系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在饮用水分配网络中连续自动在线地监测水质和颗粒采样的移动系统(1)，该移动系统(1)包括：移动单元，设置有：供应装置，用于从饮用水分配网络中的多个点中选择的至少一个点供应对应的、所选择的流入流体样本流(2)；排放装置，用于排放对应的、所选择的流出流体样本流；对于每个所选择的流入流体样本流(2)，对应关联的连续监测模块，包括用于监测流入样本流(2)的温度、流速和压力的装置(3)、以及用于将流体样本流(2)引导至瓶子(14)和过滤器(11、12、13)的装置(10)，该瓶子(14)用于收集水样，该过滤器(11、12、13)用于收集颗粒。

Description

用于在饮用水分配网络中连续自动在线地监测水质和颗粒采 样的移动系统
技术领域
本发明涉及一种用于在饮用水分配网络中连续自动在线地监测水质和颗粒采样的移动系统。本发明还涉及一种用于在饮用水分配网络中连续自动在线地监测水质和颗粒采样的方法。
背景技术
由于许多原因，水质以及对水的监测和测试已成为当今环境中的非常重要的任务。日益地定期对水体进行质量监测。此外，在给定水体中，正在针对更多数量的位置取得、分析和记录水样。水样被取得并分析，以确定各种化学物质和生物元素的残留量。然后，出于后续计划的目的，将这些测量记录到数据库中。随着采取各种行动来净化或去污染水，再次使用采样来确定水处理计划是否有效。可以例如通过使用称为“多参数便携式水质监测仪(multiprobes)”的多传感器单元来执行监测水质。感测设备或多参数便携式水质监测仪配备有传感器，以测量不同的水质参数或特性，例如特别是pH、溶解氧、电导率、盐度、温度、浑浊度、氨、硝酸盐、氧化还原电位(ORP)及许多其他参数。传感器设备还可包括电子电路板、模数电路，以基于实时时间表来控制传感器的操作。
为了增强饮用水网络中的水质监测，在沿着网络路线的各个点都安装了水采样站。在美国，这些采样站通常以街道水平放置，其中它们连接到当地的总水管，并被设计为封闭的、固定的盒子，该盒子包含小水槽和水龙头，以帮助样本收集。分析所收集的样本的细菌、氯水平、pH、无机和有机污染物、浑浊度、气味和许多其他水质指示物。
使用这些站，纽约市环境保护局(DEP)每月从达546个位置收集1200多个水样。
KR20120034924涉及一种用于测量水质并收集供水管线的颗粒的移动设备。该移动设备包括用于将水样引入到移动设备中的入口，在该设备中存在水质测量单元，并且该水质测量单元连接到流入单元的一端以测量样本水的水质。该设备还具有颗粒收集部分，该颗粒收集部分连接到流入部分的另一端，以收集样本水中包含的颗粒。该设备还包含数据存储单元，用于存储由水质测量单元和颗粒收集单元测量的水质测量值。水样到移动设备中的流由手动操作的阀控制。
US 2016/340204涉及一种用于用过以下操作来监测管道中水流质量的方法：将来自管道的水流转移到激光颗粒计数器中，该计数器连续地对转移的水流中颗粒大小间隔内的颗粒进行计数；将来自管道的水流转移到单元中，该单元将流分离成较高的颗粒浓度部分和较低的颗粒浓度部分；以及取得所述部分中的至少一个的样本；以及在预定时间长度期间当颗粒大小超过预定阈值时发送警报信号。
US 2017/336380涉及一种用于监测消防栓的手动冲洗的设备，该设备包括：构造并成比例地可附接到消防栓的出口的适配器；适配器上的进入端口，进入端口的大小适合于对流过消防栓的水流进行采样；附接到进入端口的柔性软管；以及包含适于感测水特性的传感器在内的分析盒，该传感器可操作地连接到柔性软管。
用于监测水源特性的系统对许多行业至关重要。感兴趣的水源可位于人类难以接近的偏远位置。因此，水监测是借助于采样器设备自动收集样本来进行的。水源的自动远程采样允许在不同的时间和位置进行水源采样。传统上，位于偏远的采样器以预定的时间表(例如，每12小时一次采样的预设采样时间表)被传送到其安装的站点。
从US 4,713,772中已知一种用于在水系统中的多个不同点中的任意一个处进行自动连续在线地监测水的系统。该文件涉及对发电厂蒸汽循环水中杂质的控制，并且被认为对于保护发电厂的蒸汽系统免受腐蚀相关故障是至关重要的。大部分情况下，工厂化学监测基于仅对一些化学特性(例如电导率、pH和溶解氧浓度)的在线监测，并且通过抓取样本的实验室分析，每天仅对引起腐蚀的关键杂质(例如，氯化物和硫酸盐)检查一次或两次。由于仅以很长的时间间隔获得的抓取样本数据仅提供了工厂化学的历史记录，因此在控制杂质引起的腐蚀程度以及预防腐蚀相关故障方面用处不大。
发明内容
本发明的一方面是提供一种用于在饮用水分配网络中连续自动在线地监测水质的系统，该系统可以容易地从一个位置运输到另一位置。
本发明的另一方面提供了一种用于在饮用水分配网络中连续自动在线地对颗粒进行采样的系统。
本发明的另一方面提供了一种用于在饮用水分配网络中连续自动在线地监测水质的系统，该系统可以在指定的时间间隔内产生结果。
因此，本发明涉及一种用于在饮用水分配网络中连续自动在线地监测水质和颗粒采样的移动系统，该移动系统包括：
移动单元，设置有：
供应装置，用于从所述饮用水分配网络中选择的多个点中的至少一个点供应对应的、所选择的流入流体样本流；
用于排放对应的、所选择的流出流体样本流的装置；
对于每个所选择的流入流体样本流，分别关联的连续监测模块包括：
用于监测所述流入流体样本流的温度并生成对应的温度信号的装置；
用于监测所述流入流体样本流的流速并生成对应的流速信号的装置；
用于监测所述流入流体样本流的压力并生成对应的压力信号的装置；
用于将所选择的流入流体样本流引导至瓶子的装置，所述瓶子用于收集所述流入流体样本流的水样；
用于引导所选择的流入流体样本流通过过滤器的装置，所述过滤器用于收集所述流入流体样本流的颗粒；以及
测量装置，用于至少响应于所述温度信号、所述流速信号、所述压力信号来确定其样本序列。
基于这种用于在饮用水分配网络中连续自动在线地监测水质和颗粒采样的移动系统，将实现本发明的一个或多个目的。移动构造允许在任何位置容易地安装本监测系统。该移动系统包括例如可以连接到汽车或小型卡车的拖车。这意味着移动系统关于要监测的位置是非常灵活的。此外，本移动系统也允许仅一个人进行操作。如果需要，可以将本移动系统运输到现场的不同位置，这使其可以移动并可以沿着分布进行实验。本系统还包括电源(例如，电池)、流入部分、传感器部分、样本部分和排出部分。此外，本移动系统可以配备有用于发电的太阳能板。对于所有测量，数据(即，这里提到的信号)被记录并被上传到服务器。本系统还可以设置有冷却装置(例如，冰箱部分)，出于微生物分析的质量原因，该冷却装置将样本保持在低温下。
电池将为整个系统提供能量。存在给电池充电的两种方法。直接连接到城市电网是最有效的方法，但与太阳能板的连接也是可行的。此外，拖车优选地配备有汽油发电机，这使得在现场执行测量变得灵活。电池通过电池控制器为定序设备供电。
在实施例中，连续监测模块还包括用于监测流入流体样本流的电导率并生成对应的电导率信号的装置。
在实施例中，连续监测模块还包括用于监测流出流体样本流的压力并生成对应的压力信号的装置。基于来自流出流体样本流和流入样本流两者的压力信号，可以确定移动系统上的压降。移动系统上的压降指示水中的颗粒负荷。
为了防止室外条件对测量的影响，连续监测模块优选地放置在温度受控的环境中，例如具有标准温度和相对湿度水平的环境。
在实施例中，用于引导所选择的流入流体样本流的装置还包括主流入管道，该主流入管道连接到至少一个辅助管道，其中，该至少一个辅助管道设置有用于收集颗粒的过滤器。
在实施例中，用于引导所选择的流入流体样本流的装置还包括主流入管道，该主流入管道连接到至少一个辅助管道，其中，该至少一个辅助管道设置有至少一个瓶子，瓶子优选地被密封并与周围空气隔离，所述瓶子用于对水进行采样。
在实施例中，主流入管道连接到若干辅助管道，每个辅助管道具有特定功能，即，用于收集颗粒或对水进行采样。
在实施例中，连续监测模块还包括用于将主流入管道切换到至少另一辅助管道的装置，其中，用于切换的装置经由时间编程的序列来控制。这种构造允许连续的可再现的自动样本程序。
在实施例中，从具有温度、流速、流入压力、流出压力和电导率的组中选择的一个或多个信号被发送到监测单元，其中，该监测单元将所接收的信号发送到电子数据系统。这种数据系统可以连接到无线系统(例如，互联网)。这样产生的数据可以用于水质的进一步分析。
用于在饮用水分配网络中连续自动在线地监测水质和颗粒采样的本系统允许连续操作以实现24小时采样。根据本系统的实施例，一天被划分为八个时段，每个时段持续三个小时。对于每个时段，将要分析的水源从主流入管道引导到多个辅助管线，例如三个辅助管线。每个辅助管道均设置有用于收集颗粒的装置，例如包含过滤器的过滤器壳体。在实施例中，三个辅助管道之一连接到用于收集水样的装置，例如，用于收集液体样本的瓶子。这种瓶子被很好地密封并且与空气隔离。当瓶子装满水样时，所有水将被推到过滤器中进行过滤。在一定时间段(例如三个小时)后，主流入管道的流向将自动被改变，并且另外三个过滤器开始运行。基于上述内容，可以收集到二十四个过滤器(固体样本)和八个液体样本。样本——液体(瓶子)和固体(过滤器)二者——的理化和生物特性可以在实验室中进行检查。本系统的结果是分析了固体颗粒(过滤器)的特性，并且因此水质的任何改变可以被监测和研究。
要分析的水从固定在拖车底部的流入连接器流入本系统，该流入连接器可以直接连接到分配系统。入口阀被设置在连接器之后，既充当开关又充当流量调节器。在特定实施例中，存在二十四个管道，其将要分析的水引导到不同的过滤器并在不同的时间段进行测量。
本系统优选地由PLC(可编程逻辑控制器)控制。不同类型的传感器测量流入和流出压力、平均流速、pH、温度和电导率。流出压力传感器连接到流出管道，并且所有其他传感器固定在主流入管道上。所有的值都以特定时间间隔进行监测，可以在界面屏幕上读取该特定时间间隔。
在实施例中，将监测模块放置在温度受控的区域中，以用于保持适当的温度以保证所取得样本的恒定质量。在实施例中，存在二十四个管道，并且每个管道配备有过滤器保持器和阀。在这二十四个管道中，仅八个管道分别连接到一个瓶子以进行液体采样。
本发明还涉及一种用于在饮用水分配网络中连续自动在线地监测水质和颗粒采样的方法，该方法包括：
i)提供饮用水分配网络，
ii)从所述饮用水分配网络获得流入样本流，
iii)将所述流入样本流发送到多个分支管线，在所述多个分支管线中存在自动可控阀，多个分支设置有用于收集部分的过滤器或用于对水进行采样的瓶子，
iv)以根据特定采样方案，每个分支管线分别设置有所述流入样本流的方式操作所述自动可控阀，以及
v)根据所述特定采样方案收集过滤器样本和水样。
在实施例中，测量流入样本流的一个或多个参数，所述一个或多个参数是从具有温度、pH、压力、流速、电导率和流式细胞仪(flowcytometer)(计数细胞数)或其组合的组中选择的。
在实施例中，步骤iv)包括在特定时间间隔期间向特定分支管线提供流入样本流，并且在该特定时间间隔之后，在特定时间间隔期间向另一分支管线提供流入样本流。在这种实施例中，自动可控阀将在特定时间间隔期间将流入样本流发送到特定的分支管线。在该时段之后，另一分支管线连接到流入样本流。因此，若干个分支管线以特定的序列(即，一个接一个)连接到流入样本流。例如，一个分支管线用于收集水样，而另一分支管线用于收集颗粒样本。因此，在实施例中，可以一起操作一些分支管线，即，用于经由不同的分支管线同时收集水样和颗粒样本的实施例。每个分支管线都具有特定的功能，即收集颗粒(即，过滤器)或收集水样(即，瓶子)。
在实施例中，自动可控阀的操作经由PLC(可编程逻辑控制器)进行。
在实施例中，对于所有测量，从本方法获得的数据被记录并被上传到服务器。
附图说明
将参考唯一的图来讨论本发明。
该图示出了用于在饮用水分配网络中连续自动在线地监测水质和颗粒采样的移动系统1的示例。
具体实施方式
流入流体样本流2(即，要分析的水的供应管线)被发送到多个分支管线6、7、8、9和15。经由一个或多个传感器3分析流2中的水流的许多参数，例如温度、pH和压力、电导率。在该实施例中，在流4中也存在附加的传感器4，即，在线流式细胞仪(计数细胞数)。此处示出的移动系统1指的是例如0-3小时的采样周期。通过管线5的水流被发送到多个分支管线6、7、8和9。在这些分支管线6、7、8和9中，存在自动阀10。自动阀10连接到PLC盒(此处未示出)。分支管线6、7、8分别设置有用于收集颗粒的过滤器11、12和13。分支管线9设置有用于对水进行采样的瓶子。在操作模式下，要分析的水从入口点经由传感器3、4经过管线5一直到分支管线6、7、8和9之一。在分支管线6、7和8中的自动阀被关闭并且分支管线9中的自动阀打开的情况下，通过填充水瓶14来取得水样。在填充水瓶14之后，分支管线9中的自动阀将被关闭，并且分支管线6、7和8中的一个或多个自动阀将被打开。然后，来自管线5的水流将通过过滤器11、12和13中的一个或多个，以用于收集颗粒。在实施例中，将根据特定的时间程序来操作过滤器11、12和13。例如，过滤器11将在0-1小时的时段中操作，过滤器12将在1-2小时的时段中操作，并且过滤器13将在2-3小时的时段中操作。因此，每个过滤器11、12和13对应于采样方案的特定时间范围。在该示例中，另一组分支管线15将在以下时段中操作，例如，在3-6小时的时段中，在6-9小时的时段中，在9-12小时的时段中等。这意味着，对于每个时段，将收集若干过滤器样本和一个水样。在另一实施例中，过滤器11、12、13可以一起从0-3小时操作，这可以收集一式三份的过滤器样本/颗粒样本。在该实施例中，管线14可以在0-3小时取得水样。
因此，在主供应管线中，存在用于测量温度、pH、电导率、压力的多个传感器，以及测量水中的细胞数的在线流式细胞仪。优选地，总共存在30个管线，每3小时有4个管线将作为一组运行，每组由自动阀控制以进行打开和关闭。在这四个管线中，三个管线用于过滤，以通过放置在过滤器保持器中的过滤器(例如，正在使用的1.2μm玻璃纤维过滤器)收集悬浮的颗粒，另一个管线连接到采样瓶，以收集水样。对所收集的颗粒和水样进行关于理化和微生物参数的分析。
对样本(即，固体和液体)可以进行关于理化和微生物参数(ATP、元素、气单胞菌、DNA等)的分析。为了获得可靠的液体和固体样本，优选地将所有过滤器和采样瓶存储在温度受控的环境(例如，冰箱)中。从可读性的角度，此处未描述PLC盒、附加阀、泵、控制面板。在另一实施例中，可以应用不同的样本方案，例如，过滤器11、12、13可以一起从0-3小时操作，导致一式三份的过滤器/颗粒样本的收集。在这种实施例中，分支管线14可以在0-3小时取得水样水样。此处，取得样本的时段并不重要。这意味着可以在例如0-2小时、2-4小时、4-6小时或0-1小时、1-2小时、2-3小时等的采样程序期间取得样本。
要注意的是，这里讨论的实施例不限制于特定数量的传感器、分支管线、自动阀、过滤器等。仅出于说明性目的，实施例描述了用于在饮用水分配网络中连续自动在线地监测水质和颗粒采样的本移动系统1。

Claims (5)

1.一种用于在饮用水分配网络中连续自动在线地监测水质和颗粒采样的方法，所述方法包括：
i)提供饮用水分配网络，
ii)从所述饮用水分配网络获得流入样本流，
iii)将所述流入样本流发送到多个分支管线，在所述多个分支管线中存在自动可控阀，多个分支设置有用于收集颗粒的过滤器或用于对水进行采样的瓶子，
iv)以根据特定采样方案、向每个分支管线单独地提供所述流入样本流的方式操作所述自动可控阀，以及
v)根据所述特定采样方案收集过滤样本和水样，
其中，步骤iv)包括在特定时间间隔期间向特定分支管线提供所述流入样本流，并且在所述特定时间间隔之后，在特定时间间隔期间向另一分支管线提供所述流入样本流，其中每个分支管线具有特定功能，用于收集颗粒或收集水样。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，测量所述流入样本流的一个或多个参数，所述一个或多个参数是从具有温度、pH、压力、流速、电导率和流式细胞仪或其组合的组中选择的，所述流式细胞仪对细胞数进行计数。
3.根据权利要求1—2中任一项所述的方法，其中，操作所述自动可控阀由可编程逻辑控制器PLC控制。
4.根据权利要求1—2中任一项所述的方法，其中，对于所有测量，根据本方法获得的数据被记录并被上传到服务器。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，对于所有测量，根据本方法获得的数据被记录并被上传到服务器。
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