CN211904845U - 一种用于在线监测设备的全自动水样预处理系统 - Google Patents

Abstract

一种用于在线监测设备的全自动水样预处理系统,尤其适用于高浊度黄河水体，整体系统包括：采样沉降系统、离心分离系统、过滤系统和取样箱；采样沉降系统上连接有采样泵及采样管路，采样沉降系统内设有斜板沉降装置以及第一抽取部件；沉降后的水体经过离心分离器进行初步离心；过滤系统内设有高压过滤装置，可根据水体的浊度特性设计过滤的高压压力；所述过滤系统的入口与离心分离系统可开关的联通，采样沉降系统沉降后水样流入离心系统，离心后的水体再经过滤系统；通过多层次设计实现对水样的多种类沉降、过滤和检测。

Description

一种用于在线监测设备的全自动水样预处理系统

技术领域

本实用新型涉及水质监测领域，特别是一种用于高浊度黄河水体的在线监测设备全自动水样预处理系统。

背景技术

现有的在线水质监测技术一直在进步优化中，需根据实际水样选择合理的前处理方法。因而，需要在线设备需有可根据监测水体的变化自动协调前处理配置的功能；

现有的预处理方式操作复杂，且多为实验室使用，而实验室的预处理装置应用不需要过多的考虑维护成本、体积、易清洗的流路等问题，但在户外使用这些都是需要考虑的部分；

市面上集成度较高的预处理装置，灵活性较差，过滤器定制成本较高，且质量不易把控；或是产品功能单一，只能针对单一水样进行前处理，同一条河流，不同时间段浊度不一样的情况则无法解决，局限性较大。

大致有以下几种问题：

1、常以某些离心过滤器作为预处理装置，功耗大、结构复杂、占用面积大，对于在线监测设备集成较为不便，不易清洗，测试水样易出现交叉污染；

2、有一些技术采用自然沉淀的预处理装置，该装置体积一般较大，应用在高浊度水样时，需较长时间沉淀，可能导致水样变质，满足不了在线监测要求；

3、有些过滤方式采用滤网过滤则维护频繁，需要时常清洗更替滤网，人工成本高，且仅适用于部分参数（氨氮、重金属等）的测量；

4、自动清洗的流路及结构设计不合理，可能导致过滤装置存在死体积，对连续测试存在干扰。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可提供不同等级的沉降、实现不同压力的过滤的用于在线监测设备的全自动水样预处理装置。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案为：一种用于在线监测设备的全自动水样预处理系统，其特征在于，包括：采样沉降系统、离心分离系统、过滤系统和取样箱；

所述采样沉降系统由沉降箱、斜板沉降池、及第一水箱依次联通形成，其中沉降箱上连接有抽取式采样管路，沉降箱侧壁中部与斜板沉降池联通；斜板沉降池的侧壁上部与第一水箱联通；所述第一水箱设有至少一个第一抽取部件，所述第一抽取部件与外部的第一测量模块一一连接；所属第一水箱进一步与离心分离系统利用可控开关的水管接通；

离心分离系统由离心分离器和第二水箱组成，其中第一水箱与离心分离器利用可控开关的水管接通，且离心分离器上部通过水管与第二水箱接通；所述第二水箱设有至少一个第二抽取部件，所述第二抽取部件与外部的第二测量模块一一连接；所述第二水箱进一步利用可控开关的水管与过滤系统接通；

过滤系统内设有高压过滤装置，所述过滤系统的入口与第二水箱可开关的联通，过滤系统的过滤液出口通过可控开关的水管与取样箱接通；

所述取样箱内设有至少一个第三抽取部件，所述第三抽取部件与外部的第三测量模块一一连接。

进一步，还设有反冲洗系统和排空系统：

所述反冲洗系统为从自来水管以主管道向沉降箱、斜板沉降池、第一水箱、第二水箱及过滤系统可控开关地并联连接的水管管道，皆从沉降箱、斜板沉降池、第一水箱、第二水箱及过滤系统的上方与之联通；

所述沉降箱、斜板沉降池、第一水箱、离心分离器、第二水箱、过滤系统和第三水箱，其底部皆设有可控开关的排空结构，各排空结构皆通过各管路集合于一总排空管并向废液池排空，形成排空系统；所述第一水箱、过滤系统上方设有溢流管，所述溢流管进一步与排空系统的总排空管接通。

进一步，所述反冲洗系统上的主管道还与一空压机连接。

进一步，所述第二水箱内设有浊度探头，可将第二水箱内水样浊度读取至控制中心进行利用；所述过滤系统上方设有压力开关，过滤系统工作时，控制中心控制空压机对过滤系统充气加压，控制中心根据浊度探头的浊度来确定需要加压的压力用以控制压力开关的开启或关闭。

进一步，第二水箱的外壁设有超声波振子，超声波振子可根据指令带动第二水箱进行超声波震动。

进一步，所述过滤系统由过滤池、置于过滤池内的过滤装置组成，所述过滤池上方设有过滤池盖，过滤池盖上设有三个管路接头，所述三个管路接头一个与第二水箱联通，一个与反冲洗系统的主管道联通，一个与溢流管联通；所述过滤装置有过滤液出口，该过滤液出口通过管道向过滤池的斜下方延伸出去，进一步通过可控开关的水管与取样箱接通，所述过滤液出口的管道与此可控开关的水管依赖一带有电动执行元件的三通接头连接，所述三通接头其第三接头与反冲洗系统的主管道联通，所述电动执行元件能够切换三通接头的通路。

进一步，所述主管道进一步可控开关的与采样管路接通，所述采样管路进一步设有可控开关的溢流管，此溢流管延伸至废液池。

进一步，所述采样管路设为第一采样管路和第二采样管路，两者可交替使用。

采用上述方案后，具有以下优点：

1、集成各参数不同浊度下最适合的各项前处理手段：不同等级的沉降自动切换、不同压力的高压过滤、高压水气结合反冲洗、超声波沉降；

2、体积小：占用空间小，节约水样消耗量；结构简单：可快速集成于在线监测系统中，对于应用到在线监测系统上具有很大优势；

3、出水口结构优化、采样池底部采用倒锥设计：不会残留死体积干扰下次测试；

4、该水样预处理装置气密性佳，经测试，连续测试1年，不会出现漏液问题。

该预处理系统能够实现连续对高浊度水样进行各项预处理操作以完成常规参数（氨氮、总磷、总氮、CODmn、重金属等）的测定，促成了需无人值守长期自动测量设备的正常工作。解决了因常规滤网过滤效果差，自然沉降时间长等其他预处理方式，导致设备测量不准确、测量时间过长及配水系统需频繁维护等问题。尤其是氨氮、总氮、总磷的测试对浊度敏感，不同浊度的污染水样需要配套不同的前处理方案。该装置可针对不同浊度的水样自动配套不同的预处理方式：不同等级的沉降自动切换、不同压力的高压过滤、高压水气结合反冲洗、超声波沉降等，配合浊度的数据自动切换设置前处理方式，核心部件可重复使用，维护频率低，可广泛应用于要求对水样进行预处理的检测系统中。

附图说明

图1是本实用新型实施例的系统示意图；

图2是本实用新型实施例的过滤系统结构示意图；

图3是本实用新型实施例的过滤系统剖面结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

实施例：

如图1-图3所示，一种用于在线监测设备的全自动水样预处理系统，包括：采样沉降系统29、离心分离系统202、过滤系统203、取样箱35、反冲洗系统和排空系统；

所述采样沉降系统29由沉降箱28、斜板沉降池27、及第一水箱26依次联通形成，其中沉降箱28上连接有抽取式采样管路30，本实施例中，采样管路30上设有第一采样管路301和第二采样管路302，其中第一采样管路301利用电动球阀V1和采样泵M1实现原始水样的抽取，第二采样管路302利用电动球阀V2和采样泵M2实现原始水样的抽取；第一采样管路301和第二采样管路302可交替使用，亦可其中一个使用另一个做备用。

如图1所示，沉降箱28侧壁中部与斜板沉降池27联通；斜板沉降池27的侧壁上部与第一水箱26联通；所述第一水箱26设有至少一个第一抽取部件（图中未画出），所述第一抽取部件与外部的第一测量模块25一一连接，此实施例中，第一测量模块25一般为测量CODmn或CODcr之测量模块；所属第一水箱26进一步与离心分离系统202的离心分离器22利用可控开关的水管24接通，此水管24上设有配水泵M3，利于将第一水箱26内澄清液抽取至离心分离器22内；

离心分离系统202由离心分离器22和第二水箱23组成，其中离心分离器22上部通过水管21与第二水箱23接通；所述第二水箱23设有至少一个第二抽取部件（图中未画出），所述第二抽取部件与外部的第二测量模块20一一连接，此实施例中，第二测量模块20一般为测量总磷或总氮之测量模块，因总磷总氮的测量标准，要求粒径小于一定尺寸，而此处高澄清水样经过前端的阶梯式沉降，已经符合相关要求；所述第二水箱23进一步利用可控开关的水管19与过滤系统203的入口接通，此水管19上设有配水泵M4，利于将第二水箱23内高澄清水样抽取至过滤系统203内；

过滤系统203内设有过滤装置221，所述过滤系统203的入口与第二水箱23可开关的联通，过滤系统203的过滤液出口2210通过可控开关的水管与取样箱35接通；

所述取样箱35内设有至少一个第三抽取部件（图中未画出），所述第三抽取部件与外部的第三测量模块17一一连接，此实施例中，第三测量模块17一般为测量氨氮之测量模块，因氨氮的测量标准，对杂质的粒径要求很细小，而此处滤液经过进一步的阶梯式沉降，可符合相关要求。

所述反冲洗系统为从自来水管以主管道38向沉降箱28、斜板沉降池27、第一水箱26、第二水箱23及过滤系统203可控开关地并联连接的水管管道如图1中水管管道31、32、33、34、15、18等，这些水管管道皆从沉降箱28、斜板沉降池27、第一水箱26、第二水箱23及过滤系统203的上方与之联通；

所述沉降箱28、斜板沉降池27、第一水箱26、离心分离器22、第二水箱23、过滤系统203和第三水箱35，其底部皆设有可控开关的排空结构51，如图1所示，所示排空结构51设为倒锥形，利于液体的排净，各排空结构51皆通过各自管路6、7、8、10、11、13、16集合于一总排空管5并向废液池B排空，以上形成排空系统；所述第一水箱26、过滤系统203上方设有溢流管9、12，所述溢流管9、12进一步与排空系统的总排空管5接通。

所述反冲洗系统上的主管道38还与一空压机40连接。

所述第二水箱23内设有浊度探头231，可将第二水箱23内水样浊度读取至控制中心进行利用；所述过滤系统203上方设有压力开关2207，过滤系统203工作时，控制中心控制空压机40通过水管管道18对过滤系统203充气加压，控制中心根据浊度探头231的浊度来确定需要加压的压力用以控制压力开关2207对水管管道18的开启或关闭，可实现对其中水样的高压过滤。

第二水箱23的外壁设有超声波振子232，超声波振子232可根据指令带动第二水箱23进行超声波震动。

如图2、图3所示，所述过滤系统203由过滤池220、置于过滤池220内的过滤装置221组成，所述过滤池220上方设有过滤池盖2201，过滤池盖2201上设有三个管路接头2202、2203、2204，所述管路接头2203与第二水箱23联通，管路接头2204依赖水管管道18、15与反冲洗系统的主管道38联通，管路接头2202与溢流管12联通；所述过滤装置221有过滤液出口2210，该过滤液出口2210通过管道41向过滤池220的斜下方延伸出去，进一步通过可控开关的水管305与取样箱35接通，所述过滤液出口2210与此可控开关的水管305依赖一带有电动执行元件V10的三通接头2211连接，所述三通接头2211其第三接头与反冲洗系统的主管道38通过管14、15联通，所述电动执行元件V10能够切换三通接头2211的通路。

所述主管道38进一步可控开关的与采样管路30接通，所述采样管路30上的第一采样管路301和第二采样管路302，进一步分别设有可控开关的溢流管3、4，此溢流管3、4延伸至废液池B。

如上所述的一种用于在线监测设备的全自动水样预处理系统的预处理流程，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：润洗流程，所述润洗流程为开启采样管路30，打开沉降箱28、斜板沉降池27、第一水箱26、离心分离器22、第二水箱23、过滤系统203和第三水箱35底部的排空结构51，排空各级处理水箱的旧水样；到达指定时间后，关闭采样管路30，再关闭沉降箱28、斜板沉降池27、第一水箱26、离心分离器22、第二水箱23、过滤系统203和第三水箱35底部的排空结构51。

步骤二：打开采样管路30抽取原始水样至沉降箱28，水样在沉降箱28流速变缓，水样从沉降箱28侧壁中部溢流至斜板沉降池27，水体由下而上经过斜板沉降池27后，大颗粒被沉降，澄清液由斜板沉降池27的侧壁上部溢流至第一水箱26；控制中心控制第一抽取部件抽取澄清液至外部的第一测量模块25测量所需参数；此处因大颗粒已经被沉降，所得澄清液已可用于检测对于水样颗粒要求较低的检测参数，例如CODmn或CODcr之测量。

步骤三：澄清液经由可抽吸水管24从第一水箱26抽吸至离心分离器22，此处可抽吸水管24利用配水泵M3来实现抽吸；离心分离器22进一步将澄清液分离成高浊水体和高澄清水样；所述高澄清水样从离心分离器22的上部抽吸至第二水箱23，如图1，通过水管21抽至第二水箱23；控制中心控制第二水箱23内的第二抽取部件抽取高澄清水样至外部的第二测量模块20进行测量所需参数；与此同时，控制中心控制浊度探头231读取第二水箱23的高澄清水样浊度，并根据浊度数值控制超声波振子232，带动第二水箱23进行超声波震动，震动时间和震动强度可根据实际需要自行设定，若浊度较低亦可不启动超声波震动。

步骤四：进行过滤，高澄清水样经由可抽吸水管19从第二水箱23抽吸至过滤系统203的入口，控制中心根据第二水箱23内高澄清水样的浊度数值在步骤三中控制空压机40对过滤系统203进行充气加压，且根据浊度数值控制所充气的气压强度；此时，反冲洗系统为不启用状态，其中管道皆为空置管道，空压机40通过与水管管道15、18联通的管路接头2204向过滤系统203内充气加压实现加压过滤；因检测状态下所述三通接头2211切换为向取样箱35导通的状态，即将过滤液出口2210的管道41与水管305导通的状态，过滤后的滤液经过滤液出口2210流出并流至取样箱35；控制中心控制取样箱35内的第三抽取部件抽取滤液至外部的第三测量模块17进行测量所需参数，此取样箱35中水样其中固体颗粒粒径微小，符合绝大多数检测条件要求较高的检测参数。

步骤五：完成上述步骤后，进行自来水反冲洗步骤，具体如下：

1）如图1所示，打开电动球阀V3、 V4、V5、V6、V7、V9、V11用以启动沉降箱28、斜板沉降池27、第一水箱26、离心分离器22、第二水箱23、过滤系统203和第三水箱35底部的排空结构51，各级箱体的液体由总排空管5排出至废液池B；

2）打开自来水龙头，利用反冲洗系统的主管道38分别向沉降箱28、斜板沉降池27、第一水箱26、第二水箱23、过滤系统203内排水反冲洗；且可将三通接头切换至过滤液出口2210的管道41与反冲洗系统的主管道38联通的状态，利用自来水反冲洗过滤液出口2210处管道41。

具体流程可如下：

如图1所示，启动电磁阀V14、V16，再打开配水泵M5，对沉降箱28进行反冲洗，一定时间后，关闭配水泵M5、电磁阀V16；打开电磁阀V17、配水泵M5，对斜板沉降池27进行反冲洗，一定时间后，关闭配水泵M5、电磁阀V17；打开电磁阀V18、配水泵M5，对第一水箱26进行反冲洗，一定时间后，关闭配水泵M5、电磁阀V18；打开电磁阀V19、配水泵M5，对第二水箱23反冲洗，一定时间后，关闭配水泵M5、电磁阀V19； 打开电磁阀V20、配水泵M5，对过滤系统203反冲洗，一定时间后，关闭配水泵M5、电磁阀V20；切换三通接头2211，将管14与过滤液出口2210接通，清洗过滤液出口2210处管道41，打开配水泵M5，对过滤装置221进行反冲洗，一定时间后，关闭配水泵M5、电磁阀V14。

外部管路反冲洗：启动电磁阀V14、V13，再打开配水泵M5，对第一采样管路301进行反冲洗，反冲洗液通过打开的溢流管4排出，一定时间后，关闭配水泵M5、电磁阀V13； 打开电磁阀V12、配水泵M5，对第二采样管路302进行反冲洗，反冲洗液通过打开的溢流管3排出，一定时间后，关闭配水泵M5、电磁阀V12。

步骤六：可进一步启动空气清洗，打开空压机40利用反冲洗系统的主管道38分别向沉降箱28、斜板沉降池27、第一水箱26、第二水箱23、过滤系统203内排入高压空气进行反冲洗；且可将三通接头切换至过滤液出口2210与反冲洗系统的主管道38联通，利用高压空气反冲洗过滤液出口2210处管道41。具体流程可参考上述步骤五中自来水反冲洗的流程。

上述步骤五、步骤六的清洗流程亦可同时进行，利用水、气混合实现较佳清洗处理。

在实际的实施例中，亦可在采样管路30上进一步接通其他管路，用以加入一些检测过程中需要的试剂，例如图1所示，采样管路30上加设一管路39，可在检测过程中加入除藻剂等需要的试剂。

本实用新型主要是结合各种水样的前处理手段（不同等级的沉降自动切换、不同压力的高压过滤、高压水气结合反冲洗、超声波沉降），根据现场水样的浊度数据自动调整前处理方案，以适应各参数的测试。结构部分整体体积小、过滤器与采样池采用螺纹对接、采样池底部采用倒锥设计，软件部分通过工控机和PLC进行控制。高度集成，预处理效率高，过滤器材质为钛合金，耐腐蚀，耐压强度大，表面不易附着杂质，滤孔分布均匀，维护方便。采样池底部采用倒锥设计，清洗排液完全，不会残留死体积干扰下次测试。整体结构简单，使用户更好参照说明去实现应用，同时在成本把控质量把控方面更具有主动性。

本实用新型的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、 “顶”、“底”“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种用于在线监测设备的全自动水样预处理系统，其特征在于，包括：采样沉降系统、离心分离系统、过滤系统和取样箱；

所述采样沉降系统由沉降箱、斜板沉降池、及第一水箱依次联通形成，其中沉降箱上连接有抽取式采样管路，沉降箱侧壁中部与斜板沉降池联通；斜板沉降池的侧壁上部与第一水箱联通；所述第一水箱设有至少一个第一抽取部件，所述第一抽取部件与外部的第一测量模块一一连接；所属第一水箱进一步与离心分离系统利用可控开关的水管接通；

离心分离系统由离心分离器和第二水箱组成，其中第一水箱与离心分离器利用可控开关的水管接通，且离心分离器上部通过水管与第二水箱接通；所述第二水箱设有至少一个第二抽取部件，所述第二抽取部件与外部的第二测量模块一一连接；所述第二水箱进一步利用可控开关的水管与过滤系统接通；

过滤系统内设有过滤装置，所述过滤系统的入口与第二水箱可开关的联通，过滤系统的过滤液出口通过可控开关的水管与取样箱接通；

所述取样箱内设有至少一个第三抽取部件，所述第三抽取部件与外部的第三测量模块一一连接。

2.如权利要求1所述的一种用于在线监测设备的全自动水样预处理系统，其特征在于：还设有反冲洗系统和排空系统；

所述反冲洗系统为从自来水管以主管道向沉降箱、斜板沉降池、第一水箱、第二水箱及过滤系统可控开关地并联连接的水管管道，皆从沉降箱、斜板沉降池、第一水箱、第二水箱及过滤系统的上方与之联通；

所述沉降箱、斜板沉降池、第一水箱、离心分离器、第二水箱、过滤系统和第三水箱，其底部皆设有可控开关的排空结构，各排空结构皆通过各管路集合于一总排空管并向废液池排空，形成排空系统；所述第一水箱、过滤系统上方设有溢流管，所述溢流管进一步与排空系统的总排空管接通。

3.如权利要求2所述的一种用于在线监测设备的全自动水样预处理系统，其特征在于：所述反冲洗系统上的主管道还与一空压机连接。

4.如权利要求3所述的一种用于在线监测设备的全自动水样预处理系统，其特征在于：所述第二水箱内设有浊度探头，可将第二水箱内水样浊度读取至控制中心进行利用；所述过滤系统上方设有压力开关，过滤系统工作时，控制中心控制空压机对过滤系统充气加压，控制中心根据浊度探头的浊度来确定需要加压的压力用以控制压力开关的开启或关闭。

5.如权利要求4所述的一种用于在线监测设备的全自动水样预处理系统，其特征在于：第二水箱的外壁设有超声波振子，超声波振子可根据指令带动第二水箱进行超声波震动。

6.如权利要求4所述的一种用于在线监测设备的全自动水样预处理系统，其特征在于：所述过滤系统由高压过滤池、置于过滤池内的过滤装置组成，所述过滤池上方设有过滤池盖，过滤池盖上设有三个管路接头，所述三个管路接头一个与第二水箱联通，一个与反冲洗系统的主管道联通，一个与溢流管联通；所述过滤装置有过滤液出口，该过滤液出口通过管道向过滤池的斜下方延伸出去，进一步通过可控开关的水管与取样箱接通，所述过滤液出口的管道与此可控开关的水管依赖一带有电动执行元件的三通接头连接，所述三通接头其第三接头与反冲洗系统的主管道联通，所述电动执行元件能够切换三通接头的通路。

7.如权利要求2所述的一种用于在线监测设备的全自动水样预处理系统，其特征在于：所述主管道进一步可控开关的与采样管路接通，所述采样管路进一步设有可控开关的溢流管，此溢流管延伸至废液池。

8.如权利要求1所述的一种用于在线监测设备的全自动水样预处理系统，其特征在于：所述采样管路设为第一采样管路和第二采样管路，两者可交替使用。

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