CN217932925U - 一种雨污管网水质监测预警与溯源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种雨污管网水质监测预警与溯源装置，包括：控制主机，包括MCU控制单元、3G/4G/5G无线传输模块和光纤通信模块；水文因子探测终端，用于采集地下管网水文因子数据；水质因子探测终端，用于采集水质因子数据；所述水文因子探测终端和所述水质因子探测终端定期采集水文因子数据和水质因子数据；所述MCU控制单元，接收并处理水文因子数据和水质因子数据后，进行存储，同时还根据所述水文因子数据和所述水质因子数据判断是否超限而生成报警信息；所述MCU控制单元还上传存储的水文因子数据、水质因子数据和生成的报警信息，以及接收后台服务器发送的控制指令。

Description

一种雨污管网水质监测预警与溯源装置

技术领域

本实用新型属于城市雨污排水管网系统领域，具体的说，涉及了一种雨污管网水质监测预警与溯源装置。

背景技术

城市雨污排水管网系统被称为“城市生命线系统”之一，是城市供电、供水、供气、供热，雨污排水等生命线的重要组成部分。城市雨污排水管网在城市中承担着雨水、污水输送及控制水体污染、预防内涝溢流等作用，是保证城市生活正常运转的重要基础设施，因此对于雨污排水管网的建设和水文水质监测尤为重要。

城市雨污排水管网的水文（流速、流量、水位）和水质监测有助于控制企业偷排漏排、提升管网污染物溯源能力、实现有效截污、及时整改雨污混接、预警城市内涝、监测海水倒灌等，为管网维护提供数据支撑。

近年来，随着城中村改造、商业小区大面积建造，城镇人口急剧增加导致管网用水持续加大；整体区域沉降严重导致小区、道路管网破裂严重；部分小区存在污水管未接入市政管网；部分小区存在严重雨污串管现象。街道水环境治理压力急剧增加。街道雨水异常排放口数量不断增加、异常排放量增大等现状。

按照《CJT 252-2011 城镇排水水质水量在线监测系统技术要求》的要求，城市雨污排水管网的水质监测指标主要包括：pH、COD、悬浮物、氨氮、总氮、总磷，也可根据水质特征选配电导率、水中油等参数。而监测的水文参数包括：流量及液位。不过由于城市雨污排水管网系统复杂度高，并且雨污窨井非常多，不便于建设水质水文自动监测站，常规的检测方式是采测分离，由专业的技术人员采集代表性点位的水样，带回实验室，按照实验室检测方法检测水样。通过这种检测方法，获得的数据量有限，并且需要消耗大量的人力和物力，不便于城市大面积大范围雨污排水管网的水质水文数据摸排，更没法对排污时间，排污单位进行有效预警和溯源分析。另外，有的城市选择在一些主要雨污排水管网的总排放口建设水质自动监测站，从而达到在管网水汇入城市内河前对水质进行监测的目的。不过在总排放口建设水质监测站，也只能考察整体的水质质量，还是无法做到排污时间的溯源分析。并且建设标准水质监测站房，需要先选址征地，然后建设一个占地面积大的标准站房，面积一般都在8-12平方，站房建设完成后，再安装一些配套基础设施，如空调、实验台等，随后安装和调试水质在线监测仪、数采仪等核心硬件设备，有时候站房内还需要安排专人值守，这样站房面积会更大，站房建设需要资金量比较大，很难大量布设监测点位。另外，水质监测站建设完成后，很难再对站房进行移动，即使更换监测点位，也需要花费大量人力、时间和资金等。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种雨污管网水质监测预警与溯源装置。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

本实用新型提供了一种雨污管网水质监测预警与溯源装置，包括：控制主机，包括MCU控制单元、3G/4G/5G无线传输模块和光纤通信模块；水文因子探测终端，伸入雨污管网井，通过数据连接线与所述控制主机通信，用于采集地下管网水文因子数据；水质因子探测终端，伸入雨污管网井，通过数据连接线与所述控制主机通信，用于采集水质因子数据；所述水文因子探测终端和所述水质因子探测终端定期采集水文因子数据和水质因子数据；所述MCU控制单元，接收并处理水文因子数据和水质因子数据后，进行存储，同时还根据所述水文因子数据和所述水质因子数据判断是否超限而生成报警信息；所述MCU控制单元还通过所述3G/4G/5G无线传输模块和所述光纤通信模块与后台服务器通信连接，以上传存储的水文因子数据、水质因子数据和生成的报警信息，并接收后台服务器发送的控制指令。

基于上述，所述水文因子数据包括流速、液位、瞬时流量和累计流量；所述水文因子探测终端包括用于采集流速、瞬时流量和累计流量的多普勒超声波流量计，以及用于采集液位的液位计。

基于上述，所述水质因子数据包括温度、pH值、化学需氧量COD、氨氮含量；所述水质因子探测终端包括用于采集温度的温度传感器，用于采集pH值的玻璃电极法pH传感器，用于采集化学需氧量COD的光学法COD传感器，用于采集氨氮含量的离子选择法氨氮传感器。

基于上述，所述水质因子数据还包括电导率、浊度、悬浮物、水中油含量；所述水质因子探测终端还包括用于检测水的电导率的电导率传感器，用于采集浊度的浊度传感器，用于分析悬浮物成分的水质监测分析仪，用于检测水中油含量的水中油检测仪。

基于上述，所述MCU控制单元还连接有用于显示数据信息的显示屏。

基于上述，所述MCU控制单元采用工控机，所述数据连接线采用RS485总线；所述工控机设置光纤通信模块，还通过RS485总线连接有DTU以进行3G/4G/5G无线通信。

基于上述，所述控制主机设置主机箱体，所述工控机设置在所述主机箱体内；所述主机箱体通过立杆立设在预先埋设在雨污管网井旁边的水泥预制基础上。

本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说：

1）本实用新型提供了一种使用光学法COD传感器、离子选择法氨氮传感器、玻璃电极法pH传感器、多普勒超声波流量计等较少的配件组成的雨污管网水质监测预警与溯源装置；

2）本实用新型雨污管网水质监测预警与溯源装置的控制主机、水文因子探测终端、水质因子探测终端均采用模块化设计，易于组装，安装和调试方便；水质和水文探测终端都安装在雨污管网井下，可以实现原位、在线监测的目的；由于雨污管网井下信号质量差，控制主机安装在井外，既可以有效降低数据传输丢包率，保证数据传输质量，又可以降低控制主机对防水等级的要求；在控制主机运行后，还可以根据实际情况，以较低成本对监测点位（雨污管网井）进行更换；

3）本实用新型中的水质和水文探测终端，原理是光学法、电化学法的，数据采集过程中不需要试剂，不会产生二次污染，维护方便快捷。

附图说明

图1为本实用新型的雨污管网水质监测预警与溯源装置的结构示意图。

图2为本实用新型的雨污管网水质监测预警与溯源装置的原理框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种雨污管网水质监测预警与溯源装置，包括：

控制主机1，包括MCU控制单元、用于显示数据信息的显示屏、3G/4G/5G无线传输模块和光纤通信模块；

水文因子探测终端2，伸入雨污管网井3，通过数据连接线4与所述控制主机1通信，用于采集地下管网水文因子数据；

水质因子探测终端5，伸入雨污管网井3，通过数据连接线4与所述控制主机1通信，用于采集水质因子数据；

所述水文因子探测终端2和所述水质因子探测终端5定期采集水文因子数据和水质因子数据；

所述MCU控制单元，接收并处理水文因子数据和水质因子数据后，进行显示和存储，同时还根据所述水文因子数据和所述水质因子数据判断是否超限而生成报警信息；

所述MCU控制单元还通过所述3G/4G/5G无线传输模块和所述光纤通信模块与后台服务器通信连接，以上传存储的水文因子数据、水质因子数据和生成的报警信息，并接收后台服务器发送的控制指令。

本实施例的雨污管网水质监测预警与溯源装置，可以将城市雨污管网现场的水文和水质数据和报警信息进行采集、处理、显示，同时通过有线光纤或者3G/4G/5G无线网络通讯，将采集到的水文和水质数据和报警信息发送到后台服务器的物联网大数据监控平台进行处理和展示，执法人员可以根据监控平台信息及时判断水质污染情况，针对水质污染等突发事件，及时做出有效的应对方案。

具体的，所述水文因子数据包括流速、液位、瞬时流量和累计流量；所述水文因子探测终端包括用于采集流速、瞬时流量和累计流量的多普勒超声波流量计，以及用于采集液位的液位计；

所述水质因子数据包括温度、pH值、化学需氧量COD、氨氮含量；所述水质因子探测终端包括用于采集温度的温度传感器，用于采集pH值的玻璃电极法pH传感器，用于采集化学需氧量COD的光学法COD传感器，用于采集氨氮含量的离子选择法氨氮传感器。

本实用新型的工作原理如下：

本实施例的雨污管网水质监测预警与溯源装置按照设定好的检测周期开始执行。首先是装置自检查各个模块的状态是否正常，如果各模块状态正常则上报后台服务器，后台服务器就开始执行检测指令。首先后台服务器发送采集数据指令给MCU控制单元，MCU控制单元接收到采集数据指令后，采集水文和水质因子探测终端的数据，并将采集到的水文和水质因子数据放到MCU控制单元的寄存器；接下来，对采集的水文和水质因子数据进行处理，并在本地显示屏上进行显示，若判断水文和水质因子数据超限则生成报警信息；

同时，MCU控制单元将寄存器里的水文和水质因子数据进行打包，通过有线光纤或者3G/4G/5G无线传输方式，将采集到的水文和水质因子数据和报警信息发送到后台服务器的物联网大数据监控平台进行展示；

至此本次自动检测任务完成，等待后台服务器下次检测指令到达，再次执行自动检测动作，自动检测工作按照上述工作步骤循环往复执行。

本实施例中，整个雨污管网水质监测预警与溯源装置的完整执行流程主要包括数据采集、数据处理、数据显示、数据传输等，整个工作步骤简单高效，没有采水、过滤、排水等前处理步骤。一次执行流程完成后进入等待状态，装置会在下一个设定好的时间点开始重复执行新的执行流程。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：如图1和图2所示，提供了雨污管网水质监测预警与溯源装置的一种具体实现方式。其中，所述MCU控制单元采用STM32F410CBT6型单片机，所述数据连接线4采用RS485总线；所述工控机设置光纤通信模块，还通过RS485总线连接有USR-G780 V2型DTU以进行3G/4G/5G无线通信；水文因子探测终端采用HW6000II型多普勒超声波流量计；水质因子探测终端采用WQD-pH01型pH传感器，WQD-COD01型COD传感器，和WQD-NH01型氨氮传感器。

进行现场安装时，所述控制主机1设置主机箱体，所述工控机设置在所述主机箱体内；所述主机箱体通过立杆6立设在预先埋设在雨污管网井3旁边的水泥预制基础7上。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：所述水质因子数据还包括电导率、浊度、悬浮物、水中油含量；所述水质因子探测终端还包括用于检测水的电导率的电导率传感器，用于采集浊度的浊度传感器，用于分析悬浮物成分的水质监测分析仪，用于检测水中油含量的水中油检测仪。

本实施例的雨污管网水质监测预警与溯源装置，可以根据实际应用场景，对水质监测因子进行灵活更换和增减。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (1)

1.一种雨污管网水质监测预警与溯源装置，其特征在于，包括：

控制主机，包括MCU控制单元、3G/4G/5G无线传输模块和光纤通信模块；

水文因子探测终端，伸入雨污管网井，通过数据连接线与所述控制主机通信，用于采集地下管网水文因子数据；

水质因子探测终端，伸入雨污管网井，通过数据连接线与所述控制主机通信，用于采集水质因子数据；

所述水文因子探测终端和所述水质因子探测终端定期采集水文因子数据和水质因子数据；

所述MCU控制单元，接收并处理水文因子数据和水质因子数据后，进行存储，同时还根据所述水文因子数据和所述水质因子数据判断是否超限而生成报警信息；

所述MCU控制单元还通过所述3G/4G/5G无线传输模块和所述光纤通信模块与后台服务器通信连接，以上传存储的水文因子数据、水质因子数据和生成的报警信息；

所述水文因子探测终端包括用于采集流速、瞬时流量和累计流量的多普勒超声波流量计，以及用于采集液位的液位计；

所述水质因子探测终端包括用于采集温度的温度传感器，用于采集pH值的玻璃电极法pH传感器，用于采集化学需氧量COD的光学法COD传感器，用于采集氨氮含量的离子选择法氨氮传感器；

所述水质因子探测终端还包括用于检测水的电导率的电导率传感器，用于采集浊度的浊度传感器，用于分析悬浮物成分的水质监测分析仪，用于检测水中油含量的水中油检测仪；

所述MCU控制单元还连接有用于显示数据信息的显示屏；

所述MCU控制单元采用工控机，所述数据连接线采用RS485总线；所述工控机设置光纤通信模块，还通过RS485总线连接有DTU以进行3G/4G/5G无线通信；

所述控制主机设置主机箱体，所述工控机设置在所述主机箱体内；所述主机箱体通过立杆立设在预先埋设在雨污管网井旁边的水泥预制基础上。

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