CN216484601U - 一种浊度水质在线分析监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种浊度水质在线分析监测装置，解决现有光谱法浊度水质监测系统只涉及如何采集数据并处理，但并未记载如何产业化的问题。装置包括柜体及设在柜体内的控制模块、电源模块、信息处理模块、光谱监测单元、原液池、第一取水泵和第二取水泵；柜体内设上隔板和下隔板，将柜体分为下、中、上区域；原液池、第一取水泵、第二取水泵位于下区域；原液池通过第一取水泵与待测原液连通，出口与第二取水泵连通；原液池底部安装搅拌机构；光谱监测单元位于中区域，包括光源、检测池和探测器；检测池入口与第二取水泵相连通，出口连有排水管；控制模块、电源模块、信息处理模块位于上区域；控制模块与第一取水泵、第二取水泵、搅拌机构分别相连。

Description

一种浊度水质在线分析监测装置

技术领域

本实用新型涉及浊度水质监测技术，特别是涉及一种浊度水质在线分析监测装置。

背景技术

随着水体污染及地下水资源匮乏的日趋严重，越来越多的地区采用湖库水作为饮用水源。浊度作为生活饮用水卫生标准的基本指标之一，低于1NTU的水有利于防止致病微生物(病菌、病毒、致病原声动物)的传染，因此，保障供水安全的措施之一就是降低水的浊度。

然而作为饮用水源，低浊度水的处理难度较大。浊度越低，颗粒因浓度低碰撞几率小，难以形成絮凝体；此外，杂质动力、凝聚稳定性强，形成的絮体不易沉降；且易形成溶解性产物，使有效空间网格交联键被破坏。自然因素引起的不可抗力也会使得原水浊度出现大幅度波动，这种浊度的变化，使得水质不稳定。水温低也会导致水的粘度、水中气体的溶解度、微粒布朗运动、胶体颗粒水化作用、混凝剂水解反应效果以及Zeta电位等发生改变，而影响处理效果。除一般杂质颗粒外，低浊原水中往往还含有溶解性有机污染物。这时，混凝效果的好坏与水中有机污染物的浓度和性质密切相关。溶解性有机污染物使胶体表面电荷显著增加，影响颗粒间的结合，由于低浊水中微粒尺寸较小，这种作用就更为明显。有机物颗粒在总颗粒中占有很高的比例，溶解性有机污染物吸附的原水中颗粒物质表面负电荷的份额是粘土等吸附的100倍。水中溶解性有机物表面所带电荷远多于悬浮颗粒表面电荷，混凝剂水解后，大部分会先与有机污染物表面电荷中和。有机污染物在杂质颗粒表面形成致密保护层，具有双电子层排斥作用，使水体成为一个稳定物系，即使加入更多的混凝剂也难以取得很好的除浊效果。除了有机污染物会影响低浊水的处理效果，其他特征污染物例如藻类，重金属等也会造成出厂水水质的不达标。在水处理过程中，高藻水能够堵塞滤池，缩短过滤周期，增加反冲洗次数和水量，其混凝络合物易穿透滤池，影响出水水质，腐蚀管网引起二次污染。同时高藻水中藻类还会产生嗅味物质和藻毒素。

目前，对于浊度主要采用复合型净水剂、电流凝结法和光谱法进行分析监测。复合型净水剂浊度检测法一般通过向原水中投入一定配比的复合净水剂，对原水中的杂质进行凝聚和絮凝，以此达到分析检测水质的目的；该方法的缺点是使用一定量的化学药剂，容易受到温度和PH的影响。电流凝结法是利用电流使得颗粒物凝结成絮状进行浊度的检测和处理工作，解决了化学物品对环境造成二次污染的窘境；该方法的缺点是只能对固定装置中提前采集的原水进行处理，只能在实验室或水厂中进行，具有延迟性，且要保证电力需求，一定程度上造成资源浪费。光谱法能够克服上述两种方法的缺陷，因此，成为应用较为广泛的方法，如公开号为CN112414908A，专利名称为基于光谱法的浊度水质在线监测系统及方法，通过光源照射待测水样的光谱信号并进行处理，得到监测数据，该监测数据表征水质的浊度，但是，该监测系统只涉及如何采集数据并通过光谱法进行处理，但并未记载如何将该监测系统产业化，形成方便应用的产品。

实用新型内容

为了提高现有光谱法浊度水质监测系统的使用安全性，本实用新型提供了一种浊度水质在线分析监测装置。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案是：

一种浊度水质在线分析监测装置，其特殊之处在于：包括柜体以及设置在柜体内的控制模块、电源模块、信息处理模块、光谱监测单元、原液池、第一取水泵和第二取水泵；

所述柜体内设有水平设置的上隔板和下隔板，将柜体分为下区域、中区域和上区域；

所述原液池、第一取水泵、第二取水泵均位于下区域内；原液池的入口通过第一取水泵与待测原液相连通，其出口与第二取水泵入口相连通；原液池底部安装有搅拌机构；

所述光谱监测单元位于中区域内，其包括光源、检测池和探测器；检测池的入口与第二取水泵出口相连通，检测池的出口连接有排水管；光源发出的光入射至检测池的其中一个透光口，探测器用于接收经检测池另一个透光口透过的带有光谱信息的光信号；

所述控制模块、电源模块、信息处理模块均位于上区域内；电源模块与光源、探测器、控制模块和信息处理模块分别电相连；控制模块与第一取水泵、第二取水泵、搅拌机构分别相连；信息处理模块用于对探测器所测的信号进行处理，得到水质浑浊度。

进一步地，所述原液池和第一取水泵位于下区域底部，且原液池的入口位于侧面底部，出口位于顶部，第二取水泵位于原液池出口的上方。

进一步地，还包括位于上区域内的数据传输模块，用于将信息处理模块的数据传输至远程用户端；

所述控制模块为ARM控制模块。

进一步地，所述检测池内壁采用黑色吸光材料。

进一步地，所述探测器的表面设置有带通滤光片。

进一步地，所述排水管设置在下区域内，且一端与检测池顶部的排水口连接，另一端伸出柜体。

进一步地，所述光源采用灯盘。

进一步地，所述电源模块包括蓄电池模块与太阳能电池板，太阳能电池板设置在柜体的顶面。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

1、本实用新型柜体可实现器件的保护，提高使用寿命，并通过上隔板和下隔板将柜体内腔分为下区域、中区域和上区域三个区域，将对待测原液进行预处理的原液池设置在下区域，对原液池预处理后的待测水样进行探测的光谱监测单元设置在中区域，并将控制模块、电源模块、信息处理模块这些电控元器件设置在密封的上区域，并与水样流通的器件进行分区布置，提高使用安全性，并且电控元器件置于最高位的上区域，即便在检测池、原液池以及取水管出现损坏，导致水质流出，也不会对控制模块、电源模块、信息处理模块产生影响，实现对电控元器件的保护，提高使用安全性。

2、本实用新型通过对各器件进行合理布设，使得监测装置体积小，可用于楼宇、水厂、医院等地的水质浊度监测。

3、本实用新型监测装置还包括数据传输模块，可实现用户交互，有利于工作人员及时采集数据和维修。

4、为了降低装置杂散光，本实用新型检测池内壁采用黑色吸光材料；以及探测器表面加装带通滤光片，用于过滤掉其他波段的杂散光，提高探测准确度。

5、本实用新型检测池的排水口位于高位，采用低位进水高位出水的方式，通过加水实现自动排水，可节省能源。

附图说明

图1为本实用新型浊度水质在线分析监测装置结构示意图；

图2为图1中原液池和检测池处的侧视图；

其中，附图标记如下：

1-柜体，101-上隔板，102-下隔板，103-下区域，104-中区域，105-上区域；

2-控制模块；

3-电源模块，31-蓄电池模块，32-太阳能电池板；

4-信息处理模块，5-数据传输模块；

61-光源，62-检测池；

7-原液池，8-第一取水泵，9-第二取水泵，10-搅拌机构，11-排水管，12- 第一输水管，13-第二输水管，14-取水管，15-探测器，16-带通滤光片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1和图2所示，本实用新型一种浊度水质在线分析监测装置，由柜体 1、ARM控制模块2、电源模块3、信息处理模块4、数据传输模块5、光谱监测单元、原液池7、第一取水泵8、第二取水泵9和搅拌机构10组成。

柜体1内设有水平设置的上隔板101和下隔板102，将柜体1分为下区域 103、中区域104和上区域105，不同区域用于放置环境需求不同的模块，提高装置的使用安全性。

原液池7、第一取水泵8、第二取水泵9均位于下区域103内；原液池7 和第一取水泵8设置在下区域103底部，且原液池7位于中部，第一取水泵8 位于原液池7的一侧，原液池7的入口位于侧面底部，出口位于顶部，则第二取水泵9位于原液池7出口的上方；原液池7的入口通过第一输水管12与第一取水泵8出口相连，第一取水泵8入口通过取水管14与待测原液相连通，原液池7的出口通过第二输水管13与第二取水泵9入口相连通；原液池7底部安装有搅拌机构10；第一取水泵8用于取待测原液，待测原液经第一取水泵 8、第一输水管12输送至原液池7中，原液池7中的搅拌机构10进行预处理，使得原液池7中待测原液保持稳定浑浊度，得到待测水样，第二取水泵9用于将预处理后获得的待测水样传输至检测池62中，待测水样经过第二输水管13、第二取水泵9输送至光谱监测单元的检测池62内。

光谱监测单元位于中区域104内，其包括光源61、检测池62和探测器15；光源61发出的光入射至检测池62的其中一个透光口，探测器15用于接收经检测池62另一个透光口透过的带有光谱信息的光信号，本实施例探测器15采用CCD探测器。

检测池62的底部设有与第二取水泵9连通的入口，其顶部设有排水口，该排水口连接有排水管11，经过检测的水样通过排水管11排出装置。本实施例排水管11设置在下区域103内，且一端与检测池62顶部排水口连接，另一端伸出柜体1，可以将检测池62底部的液体自然挤压出去，实现自动排水；通过加水实现自动排水，节省能源的同时保证设备正常运转。

本实施例光源61为LED光源；更进一步地，该光源61为蓝光LED光源。在其他实施例中，光源61采用灯盘，该灯盘用于提高光源61的发光强度，从而可以在高浊度液体中也能够保证发出的光通过原液池7进入探测器15，在实际应用中，蓝光照射到待监测水样中，待监测水样中的颗粒物形成散射光信号，蓝光散射光信号，蓝光散射光信号被探测器15捕获，光信号通过探测器15转换为电信号，传输至信息处理模块4。由于探测器15采集的是经颗粒物散射后的光谱信息，因此，采用灯盘可以一定程度上增加光谱探测模块的光通量，提高探测精度。

为了降低装置杂散光，检测池62内壁采用黑色吸光材料，检测池62沿光传输方向的两个透光口均为透明玻璃；探测器15用于接收带有水样信息的光信息，表面加装带通滤光片16，用于过滤掉其他波段的杂散光，提高探测准确度和精度。

ARM控制模块2、电源模块3、信息处理模块4、数据传输模块5均位于上区域105内；

电源模块3与光源61、探测器15、ARM控制模块2和信息处理模块4分别相连；电源模块3包括蓄电池模块31与太阳能电池板32，太阳能电池板32 设置在柜体1的顶面，以满足不同场景下的用电需求；其中，蓄电池模块31 用于在阴雨天时稳定供电，保证整个监测装置的运行不受天气影响；太阳能电池模块不但可以持续发电保证整个监测装置的正常运转，还可以将部分电能储存在蓄电池模块31中，蓄电池组和太阳能电池模块协同工作，使得整个监测装置可以稳定运行，而不受天气影响。

ARM控制模块2实现对装置内各部件的控制与监测，具体的，ARM控制模块2与第一取水泵8、第二取水泵9、搅拌机构10、光源61、电源模块3、信息处理模块4、数据传输模块5、探测器15均相连，ARM控制模块2根据需要控制第一取水泵8、第二取水泵9、搅拌机构10的动作，常规情况下光源 61、电源模块3、信息处理模块4、数据传输模块5、探测器15均受ARM控制模块2的控制。

信息处理模块4用于对探测器15所测的信号进行处理，得到水质浑浊度。该处理过程可采用公开号为CN112414908A，专利名称为基于光谱法的浊度水质在线监测系统及方法中对光谱信号；

数据传输模块5用于将信息处理模块4处理后的水质浑浊度数据传输至远程用户端。

本实施例监测装置的工作过程如下：

1)ARM控制模块2控制第一取水泵8和搅拌机构10工作，将待测原液经第一取水管14送入原液池7中，且进行搅拌，保持原液稳定的浊度，第一取水泵8和搅拌机构10间隔一定时间启动一次，实现定时监测和稳定浊度；间隔时间由用户根据需要进行合理设定；

2)待测原液在原液池7中经搅拌机构10预处理后，获得预处理后的待测水样，ARM控制模块2控制第二取水泵9工作，待测水样经第二取水泵9与第二输水管13共同作用下送入检测池62；

3)打开光源，并经灯盘发出稳定的蓝色光源，光经过检测池62中的待测水样进入探测器15，探测器15表面加装了带通滤光片16，用于过滤其他波段的杂散光；检测池62内的待测水样每隔用户设定间隔时间经由排水管11排出；

4)探测器15获取的原始光谱数据传输至信息处理模块4，经由该模块预先设定程序进行预处理，随后通过数据传输模块5发送至远程客户端，完成水样的浊度监测。

以上仅是对本实用新型的优选实施方式进行了描述，并不将本实用新型的技术方案限制于此，本领域技术人员在本实用新型主要技术构思的基础上所作的任何变形都属于本实用新型所要保护的技术范畴。

Claims (8)

1.一种浊度水质在线分析监测装置，其特征在于：包括柜体(1)以及设置在柜体(1)内的控制模块(2)、电源模块(3)、信息处理模块(4)、光谱监测单元、原液池(7)、第一取水泵(8)和第二取水泵(9)；

所述柜体(1)内设有水平设置的上隔板(101)和下隔板(102)，将柜体(1)分为下区域(103)、中区域(104)和上区域(105)；

所述原液池(7)、第一取水泵(8)、第二取水泵(9)均位于下区域(103)内；原液池(7)的入口通过第一取水泵(8)与待测原液相连通，其出口与第二取水泵(9)入口相连通；原液池(7)底部安装有搅拌机构(10)；

所述光谱监测单元位于中区域(104)内，其包括光源(61)、检测池(62)和探测器(15)；检测池(62)的入口与第二取水泵(9)出口相连通，检测池(62)的出口连接有排水管(11)；光源(61)发出的光入射至检测池(62)的其中一个透光口，探测器(15)用于接收经检测池(62)另一个透光口透过的带有光谱信息的光信号；

所述控制模块(2)、电源模块(3)、信息处理模块(4)均位于上区域(105)内；电源模块(3)与光源(61)、探测器(15)、控制模块(2)和信息处理模块(4)分别电相连；控制模块(2)与第一取水泵(8)、第二取水泵(9)、搅拌机构(10)分别相连；信息处理模块(4)用于对探测器(15)所测的信号进行处理，得到水质浑浊度。

2.根据权利要求1所述浊度水质在线分析监测装置，其特征在于：所述原液池(7)和第一取水泵(8)位于下区域(103)底部，且原液池(7)的入口位于侧面底部，出口位于顶部，第二取水泵(9)位于原液池(7)出口的上方。

3.根据权利要求2所述浊度水质在线分析监测装置，其特征在于：还包括位于上区域(105)内的数据传输模块(5)，用于将信息处理模块(4)的数据传输至远程用户端；

所述控制模块(2)为ARM控制模块。

4.根据权利要求1至3任一所述浊度水质在线分析监测装置，其特征在于：所述检测池(62)内壁采用黑色吸光材料。

5.根据权利要求4所述浊度水质在线分析监测装置，其特征在于：所述探测器(15)的表面设置有带通滤光片(16)。

6.根据权利要求5所述浊度水质在线分析监测装置，其特征在于：所述排水管(11)设置在下区域(103)内，且一端与检测池(62)顶部的排水口连接，另一端伸出柜体(1)。

7.根据权利要求6所述浊度水质在线分析监测装置，其特征在于：所述光源(61)采用灯盘。

8.根据权利要求7所述浊度水质在线分析监测装置，其特征在于：所述电源模块(3)包括蓄电池模块(31)与太阳能电池板(32)，太阳能电池板(32)设置在柜体(1)的顶面。

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