CN214668555U - 一种水质在线监测系统 - Google Patents

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谢广群
戈燕红
闵文傲
周浩
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Abstract

本申请属于水质监测技术领域,提供一种水质在线监测系统,包括消解模块、比色模块、进样模块和控制模块,消解模块包括消解罐和加热单元,比色模块包括流通池和光收发单元,进样模块包括多通阀、多个试剂容器以及注射器,多通阀具有用于与注射器连通的第一接口、用于供待测水样通过的第二接口、用于与消解罐连通的第三接口、用于与流通池连通的第四接口以及用于与多个试剂容器对应连通的多个第五接口。上述水质在线监测系统易于生产,容易进行推广应用;另外,上述水质在线监测系统能够合理安排各因子的监测顺序,在进行总磷消解的同时,检测待测水样中氨氮和亚硝酸盐氮的含量,这样可以有效缩短监测周期。

Description

一种水质在线监测系统
技术领域
本申请涉及水质监测技术领域,特指水质在线监测系统。
背景技术
我国地表水环境监测网络历经近30年的发展,建立了覆盖全国十大流域、指标相对完备的监测网络,但是能够同时监测水体的多因子的标准水质自动站由于自身建设难度大,建设数量远未达到全面监控的要求,导致我国家仍有大量的流域没有得到有效监控,特别是对毛细管河涌的监测还是一片空白;另外,传统的标准水质自动站的监测周期长,无法实现对水质的实时监控。
实用新型内容
本申请实施例的目的在于提供一种水质在线监测系统,以解决现有技术中存在的的标准水质自动站建设难度大,监测周期长,无法实现对水质的实时监控的技术问题。
为实现上述目的,本申请采用的技术方案是:提供一种水质在线监测系统,包括:
消解模块,包括消解罐以及设于所述消解罐内的加热单元;
比色模块,包括流通池以及具有发射端和接收端的光收发单元,所述流通池设于所述光收发单元的发射端和接收端之间;
进样模块,包括多通阀、多个试剂容器以及注射器,所述多通阀具有与所述注射器相连通的第一接口,用于供待测水样通过的第二接口,与所述消解罐相连通的第三接口,通过毛细管与所述流通池相连通的第四接口,以及分别与对应的所述试剂容器相连通的多个第五接口;
控制模块,其与所述加热单元、所述光收发单元、所述多通阀以及所述注射器电性连接。
在其中一个实施例中,所述毛细管的管径为0.5mm-0.7mm。
在其中一个实施例中,所述水质在线监测系统还包括相连通的沉砂罐和取水泵,所述取水泵与所述控制模块电性连接并用于将所述待测水样抽吸至所述沉砂罐内,各所述试剂容器均设置于所述沉砂罐内。
在其中一个实施例中,所述水质在线监测系统还包括设于所述沉砂罐内的第一液位计,所述沉砂罐上设有第一排水管,所述第一排水管上设有第一排水阀。
在其中一个实施例中,水质在线监测系统还包括第一蠕动泵和与所述多通阀的所述第二接口相连通的蓄水罐,所述第一蠕动泵用于将所述沉砂罐中的所述待测水样输送至所述蓄水罐。
在其中一个实施例中,所述水质在线监测系统还包括设于所述蓄水罐内的第二液位计,所述蓄水罐上设有第二排水管,所述第二排水管上设有第二排水阀。
在其中一个实施例中,所述水质在线监测系统还包括过滤单元,所述过滤单元设于所述取水泵的入口端。
在其中一个实施例中,所述水质在线监测系统还包括光谱检测模块,所述光谱检测模块包括光谱仪和第二蠕动泵,所述第二蠕动泵用于将所述沉砂罐内的所述待测水样输送至所述光谱仪。
在其中一个实施例中,所述水质在线监测系统还包括用于检测待测水样的水温、pH值、溶解氧、电导率和浊度的参数监测模块。
在其中一个实施例中,所述水质在线监测系统还包括废液回收单元,所述流通池与所述废液回收单元相连通。
本申请提供的水质在线监测系统的有益效果在于:在使用时,首先将总磷氧化剂、总磷显色剂、总磷还原剂、氨氮氧化剂、氨氮显色剂、氨氮催化剂以及亚硝酸盐氮显色剂分别装入对应的试剂容器中;接着通过注射器抽取待测水样和总磷氧化剂形成的第一混合溶液,并将第一混合液输送至消解模块进行消解;在进行第一混合溶液消解的同时,通过注射器抽取氨氮氧化剂、氨氮显色剂、氨氮催化剂以及待测水样形成第二混合溶液,并将第二混合溶液输送至流通池,利用比色模块对第二混合溶液进行比色分析,以监测待测水样中的氨氮含量;接着,采用注射器抽取亚硝酸盐氮显色剂和待测水样形成第三混合溶液,并将第三混合溶液输送至流通池,由比色模块对第三混合溶液进行比色分析,以监测待测水样中的亚硝酸盐氮含量;最后采用注射器抽吸总磷显色剂和总磷还原剂以及消解完的第一混合溶液形成第四混合溶液,并将第四混合溶液输送至流通池,由比色模块对第四混合溶液进行比色分析,以监测待测水样中的总磷含量。上述水质在线监测系统易于生产,容易进行推广应用;另外,上述水质在线监测系统能够合理安排各因子的监测顺序,在进行总磷消解的同时,检测待测水样中氨氮和亚硝酸盐氮的含量,这样可以有效缩短监测周期,而且由于流通池与多通阀的第四接口采用毛细管连通,各混合液从注射器输送至流通池的过程中即开始显色,能够降低显色时间,可进一步缩短监测周期。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的水质在线监测系统的结构示意图;
图2为本申请实施例提供的水质在线监测系统的进样模块、比色模块以及消解模块的结构示意图。
其中,图中各附图标记:
100-消解模块;110-消解罐;200-比色模块;210-流通池;220-光发射器;230-光接收器;300-进样模块;310-多通阀;311-第二接口;312-第三接口;313-第四接口;314-第五接口;320-注射器;330-毛细管;400-光谱检测模块;410-光谱仪;420-第二蠕动泵;500-沉砂罐;510-第一液位计;520-第一排水管;530-第一排水阀;600-取水泵;700-蓄水罐;710-第二排水管;720-第二排水阀;800-第一蠕动泵;900-参数监测模块;1000-过滤单元。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例,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,旨在用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“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申请和简化描述,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申请的限制。
此外,术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”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”、“第三”、“第四”、“第五”、的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
请参阅图1及图2,现对本申请实施例提供的水质在线监测系统进行说明。水质在线监测系统包括:消解模块100、比色模块200、进样模块300以及控制模块(图未显示),消解模块100包括消解罐110以及设于消解罐110内的加热单元(图未显示);比色模块200包括流通池210以及具有发射端和接收端的光收发单元,流通池210设于光收发单元的发射端和接收端之间;进样模块300包括多通阀310、多个试剂容器(图未显示)以及注射器320,多通阀310具有与注射器320相连通的第一接口(图未显示),用于供待测水样通过的第二接口311,与消解罐110相连通的第三接口312,通过毛细管330与流通池210相连通的第四接口313,以及分别与对应的试剂容器相连通的多个第五接口314;控制模块与加热单元、光收发单元、多通阀310以及注射器320电性连接。
值得说明的是,消解模块100能够通过加热和/或加压的方式为待测水样的总磷消解反应、总氮消解反应提供条件。比色模块200通过比较加入试剂后的待测水样所呈现的颜色深浅可以测定溶液中待测物质的溶度,如对待测水样中的氨氮、亚硝酸盐氮含量进行测定。控制模块用于控制加热单元、光收发单元、注射器320的启闭,以及控制多通阀310的第一接口与第二接口311、第三接口312、第四接口313和多个第五接口314导通或关闭。多通阀310的第五接口314的数量可以根据需要进行设置,在此不作唯一限定。试剂容器的数量与第五接口314的数量相对应,各试剂容器可用于盛装用于对水质在线监测系统进行清洁的纯水,也可以盛装各种反应试剂,如总磷氧化剂、总磷显色剂、总磷还原剂、氨氮氧化剂、氨氮显色剂、氨氮催化剂或亚硝酸盐氮显色剂等,可以根据需求进行设置,在此不作唯一限定。
作为一种具体的实施例,光收发单元可以包括光发射器220以及光接收器230,其中光发射器220包括第一单色光源(图未显示)和第二单色光源(图未显示),第一单色光源所发射的光线和二单色光源所发射的光线穿过流通池210后均由光接收器230接收。
本申请提供的水质在线监测系统在使用时,首先将总磷氧化剂、总磷显色剂、总磷还原剂、氨氮氧化剂、氨氮显色剂、氨氮催化剂以及亚硝酸盐氮显色剂分别装入对应的试剂容器中;接着,通过注射器320抽取待测水样和总磷氧化剂形成的第一混合溶液,并将第一混合液输送至消解模块100进行消解;在进行第一混合溶液消解的同时,通过注射器320抽取氨氮氧化剂、氨氮显色剂、氨氮催化剂和待测水样形成第二混合溶液,并将第二混合溶液输送至流通池210,由光发射器220的第一单色光源和光接收器230对第二混合溶液进行比色分析,以监测待测水样中的氨氮含量;接着,采用注射器320抽取待测水样和亚硝酸盐氮显色剂形成第三混合溶液,并将第三混合溶液输送至流通池210,由光发射器220的第二单色光源和光接收器230对第三混合溶液进行比色分析,以监测待测水样中的亚硝酸盐氮含量;最后采用注射器320抽取总磷显色剂和总磷还原剂以及消解完的第一混合溶液形成第四混合溶液,并将第四混合溶液输送至流通池210,由光发射器220的第一单色光源和光接收器230对第四混合溶液进行比色分析,以监测待测水样中的总磷含量。上述水质在线监测系统易于生产,容易进行推广应用;另外,上述水质在线监测系统能够合理安排各因子的监测顺序,在进行总磷消解的同时,检测待测水样中氨氮和亚硝酸盐氮的含量,这样可以有效缩短监测周期,而且由于流通池210与多通阀310的第四接口313采用毛细管330连通,各混合液从注射器320输送至流通池210的过程中即开始显色,能够降低显色时间,可进一步缩短监测周期缩短。
另外,本申请实施例提供的水质在线监测系统采用多通阀310与注射器320配合进样,单试剂单次取液量10ul,仅为同原理现有设备每次试剂用量的百分之一,试剂用量小,不易产生二次污染。
在本申请另一个实施例中,第一单色光源用于发射波长为695nm-705nm的单色光,第二单色光源用于发射波长为535nm-545nm的单色光。
值得说明的是,由于同一溶液对不同波长的光的吸收程度不同,分别选用波长介于695nm-705nm之间的第一单色光源以及波长介于535nm-545nm之间的第二单色光源,能够保证用于检测待测水样的氨氮含量的第二混合溶液和用于检测待测水样的总磷含量的第四混合溶液均能够对第一单色光源发出的光线均具有较好的吸光度,用于检测待测水样中的亚硝酸盐氮含量的第三混合溶液对第二单色光源发出的光线也具有较好的吸光度,能够提高系统的集成度以及氨氮、总磷以及亚硝酸盐氮含量的监测精度。
在本申请另一个实施例中,毛细管330的管径为0.5mm-0.7mm。
值得说明的是,第二混合溶液、第三混合溶液以及第四混合溶液在从注射器320经过毛细管330输送至流通池210的过程中已经开始快速显色,在到达流通池210时已经形成相对稳定的显色体系,能够直接由第一单色光源或第二单色光源进行扫描,并由光接收器230采集比色信号,进而实现待测水样的氨氮、总磷和亚硝酸盐氮的监测。采用上述结构的水质在线监测系统,其第二混合溶液、第三混合溶液以及第四混合溶液能够在输送过程快速显色,显色时长短于2min,有利于缩短监测周期。
在本申请另一个实施例中,请参阅图1,水质在线监测系统还包括相连通的沉砂罐500和取水泵600,取水泵600与控制模块电性连接并用于将待测水样抽吸至沉砂罐500内,各试剂容器均设置于沉砂罐500内。
值得说明的是,试剂容器具有多种形式,如试剂盒、试剂袋等,在此不作唯一限定。
本申请实施例提供的水质在线监测系统,将装有试剂的试剂容器存放于沉砂罐500中,并浸没在沉砂罐500内液体的液面之下,可利用待测水样本身的温度对试剂进行保存,在保证对试剂进行有效保存的同时,无需额外应用存储设备,有效简化水质在线监测系统的结构,降低生产成本,更便于上述水质在线监测系统的推广应用,而且能够降低该水质在线监测系统的维护频率。
在本申请另一个实施例中,请参阅图1,水质在线监测系统还包括第一蠕动泵800和与多通阀310的第二接口311相连通的蓄水罐700,第一蠕动泵800用于将沉砂罐500中的待测水样输送至蓄水罐700。采用上述结构的水质在线监测系统,能够降低沉砂罐500内的压力波动对于进样模块300的影响,从而可进一步提高上述水质在线监测系统监测精度。
在本申请另一个实施例中,水质在线监测系统还包括设于沉砂罐500内的第一液位计510,沉砂罐500上设有第一排水管520,第一排水管520上设有第一排水阀530;
和/或,水质在线监测系统还包括设于蓄水罐700内的第二液位计(图未显示),蓄水罐上设有第二排水管710,第二排水管710上设有第二排水阀720。
采用上述结构的水质在线监测系统,能够保证沉砂罐500和蓄水罐700内的待测水样均处于合适的液位,可保证上述水质在线监测系统的监测可靠性。
在本申请另一个实施例中,水质在线监测系统还包括光谱检测模块400,光谱检测模块400包括光谱仪410和第二蠕动泵420,第二蠕动泵420用于将沉砂罐500内的待测水样输送至光谱仪410。
值得说明的是,该光谱仪410为紫外可见光谱仪,紫外可见光谱仪采用氙灯作为光源,能够提供可见光以及紫外光,该紫外可见光谱仪的测量波长范围为190nm~880nm。UV254是指待测式水样在波长为254nm处的单位比色皿光程下的紫外吸光度,UV254的数值和水中的腐殖质等有机物浓度具有很高的关联性,本实施例提供的水质在线监测系统,在通过进样模块300、消解模块100以及比色模块200测量氨氮、总磷以及亚硝酸盐氮含量的同时,能够通过紫外可见光谱仪对测量UV254和硝酸盐氮的含量,且最后将氨氮、亚硝酸盐氮以及硝酸盐氮的含量加和,以此得到待测水样的总氮含量。
在本申请另一个实施例中,水质在线监测系统还包括过滤单元,过滤单元设于取水泵600的入口端。采用上述结构的水质在线监测系统,能够对泵送至沉砂罐500内的待测水样中的泥沙等杂质进行初步过滤。
在本申请另一个实施例中,水质在线监测系统还包括用于检测待测水样的水温、pH值、溶解氧、电导率和浊度参数监测模块900。
值得说明的是,参数监测模块900包括温度计、PH计、电导率仪、浊度测量仪以及溶氧量测试仪,可设于沉砂罐500或者蓄水罐700内,对待测水样进行温度、PH值、溶解氧、电导率和浊度的测量,可丰富水质监测系统的功能,提高设备的集成度。
在本申请另一个实施例中,水质在线监测系统还包括废液回收单元(图未显示),流通池210与废液回收单元相连通。采用上述结构的水质在线监测系统,能够对比色模块200产生的废液进行回收,能够避免二次污染。
本申请实施例还提供一种水质在线监测方法,水质在线监测方法采用上述水质在线监测系统,水质在线监测方法包括以下步骤:
将总磷氧化剂、总磷显色剂、总磷还原剂、亚硝酸盐氮显色剂、氨氮氧化剂、氨氮显色剂以及氨氮催化剂分别装入对应的试剂容器中;
注射器320抽取待测水样和总磷氧化剂形成第一混合溶液,并将第一混合溶液输送至消解罐110进行消解;
在对第一混合溶液进行消解的同时,注射器320抽取待测水样、氨氮氧化剂、氨氮显色剂以及氨氮催化剂形成第二混合溶液,并将第二混合溶液输送至流通池210,随后光发射器220的第一单色光源朝流通池210发射第一光线,第一光线穿过流通池210后被光接收器230接收,光接收器230接收第一光线后形成第一光信号并将第一光信号传输至控制模块;
接着,注射器320抽取待测水样和亚硝酸盐氮显色剂形成第三混合溶液,并将第三混合溶液输送至流通池210,随后光发射器220的第二单色光源朝流通池210发射第二光线,第二光线穿过流通池210后被光接收器230接收,光接收器230接收第二光线后形成第二光信号,并将第二光信号传输至控制模块;
接着,注射器320抽取总磷显色剂、总磷还原剂以及从消解罐110中抽取第一混合溶液形成第四混合溶液,并将第四混合溶液输送至流通池210,随后光发射器220的第一单色光源朝流通池210发射第三光线,第三光线穿过流通池210后被光接收器230接收,光接收器230接收第三光线后形成第三光信号并将第三光信号传输至控制模块。
值得说明的是,对于待测水体中总磷的监测,可以先在待测水样中添加过硫酸钾溶液进行总磷的消解反应,并对消解后的第一混合溶液采用钼锑抗分光光度法或孔雀绿-磷钼杂多酸分光光度法测量总磷含量。在此不作唯一限定。对于氨氮含量的监测,可以采用纳氏分光光度法或者水杨酸-次氯酸盐分光光度法,在此不作唯一限定。对于硝酸盐氮的监测,可以采用重氮偶合分光光度法,在此不作唯一限定。
值得说明的是,水质在线监测方法还可以采用参数监测模块900检测待测水体的温度水温、pH值、溶解氧、电导率以及浊度,和/或,采用光谱模块检测待测水体的UV254和硝酸盐氮含量,可以根据需求选择需要监测的因子。
采用本实施例提供的水质在线监测方法,能够在第一混合溶液在消解模块100中进行总磷消解反应的同时,通过比色模块200检测氨氮、亚硝酸盐氮的含量,能够缩短多因子的监测周期,快速实现待测水体的总磷、氨氮以及亚硝酸盐氮的监测。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水质在线监测系统,其特征在于:
消解模块,包括消解罐以及设于所述消解罐内的加热单元;
比色模块,包括流通池以及具有发射端和接收端的光收发单元,所述流通池设于所述光收发单元的发射端和接收端之间;
进样模块,包括多通阀、多个试剂容器以及注射器,所述多通阀具有与所述注射器相连通的第一接口,用于供待测水样通过的第二接口,与所述消解罐相连通的第三接口,通过毛细管与所述流通池相连通的第四接口,以及分别与对应的所述试剂容器相连通的多个第五接口;
控制模块,其与所述加热单元、所述光收发单元、所述多通阀以及所述注射器电性连接。
2.根据权利要求1所述的水质在线监测系统,其特征在于,所述毛细管的管径为0.5mm-0.7mm。
3.根据权利要求1所述的水质在线监测系统,其特征在于:所述水质在线监测系统还包括相连通的沉砂罐和取水泵,所述取水泵与所述控制模块电性连接并用于将所述待测水样抽吸至所述沉砂罐内,各所述试剂容器均设置于所述沉砂罐内。
4.根据权利要求3所述的水质在线监测系统,其特征在于:所述水质在线监测系统还包括设于所述沉砂罐内的第一液位计,所述沉砂罐上设有第一排水管,所述第一排水管上设有第一排水阀。
5.根据权利要求3所述的水质在线监测系统,其特征在于:水质在线监测系统还包括第一蠕动泵和与所述多通阀的所述第二接口相连通的蓄水罐,所述第一蠕动泵用于将所述沉砂罐中的所述待测水样输送至所述蓄水罐。
6.根据权利要求5所述的水质在线监测系统,其特征在于:所述水质在线监测系统还包括设于所述蓄水罐内的第二液位计,所述蓄水罐上设有第二排水管,所述第二排水管上设有第二排水阀。
7.根据权利要求3所述的水质在线监测系统,其特征在于:所述水质在线监测系统还包括过滤单元,所述过滤单元设于所述取水泵的入口端。
8.根据权利要求3所述的水质在线监测系统,其特征在于:所述水质在线监测系统还包括光谱检测模块,所述光谱检测模块包括光谱仪和第二蠕动泵,所述第二蠕动泵用于将所述沉砂罐内的所述待测水样输送至所述光谱仪。
9.根据权利要求1-8任一项所述的水质在线监测系统,其特征在于:所述水质在线监测系统还包括用于检测待测水样的水温、pH值、溶解氧、电导率和浊度的参数监测模块。
10.根据权利要求1-8任一项所述的水质在线监测系统,其特征在于:所述水质在线监测系统还包括废液回收单元,所述流通池与所述废液回收单元相连通。
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