CN219608506U - 水质自动采样分析与源解析装置 - Google Patents

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杨满芽
曾家源
陈弘丽
张晓淳
彭虹
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张颖姬
徐迅宇
梁天池
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Abstract

本实用新型公开了一种水质自动采样分析与源解析装置，包括水样采集单元、样品分析单元、源解析运算和控制单元，所述水样采集单元包括依次连接的过滤头、悬浮物过滤器、微型泵和样品缓冲瓶，所述过滤头放置于待测水体中；经过滤头初级过滤后的水样再次经过悬浮物过滤器进行二次过滤；过滤后的水样经微型泵抽入样品缓冲瓶中；所述样品分析单元包括水质重金属分析仪，所述水质重金属分析仪的进样口与样品缓冲瓶连接，用于分析水样中的重金属含量；所述源解析运算与控制单元包括源解析运算与中心控制器，用于接收水质重金属分析仪输出的测量信号并生成测量结果，解析所采集水样的污染源。本实用新型能够在水体污染发生时快速采样、分析，以及进行污染物来源解析，快速地掌握污染源头，具有显著的技术效果。

Description

水质自动采样分析与源解析装置
技术领域
本实用新型属于水体污染物监测技术领域，具体涉及一种水质自动采样分析与源解析装置。
背景技术
目前，河流等水体中污染物来源解析是水体污染发生时的首要任务，以便在污染发生时能够快速地掌握污染源头，制止其继续排放，降低污染影响。因此，水体中污染物来源解析工作在饮用水源保护流域尤显重要。现有技术手段通常是在污染发生后通过采样分析获得相关污染物类型和浓度水平，根据测试分析结果推测可能是上游哪类企业排放所造成，并安排巡查人员到相关企业的排口进行排查。现有的技术手段无法快速、准确地定位污染来源，在争分夺秒的污染事故处理、处置过程中非常被动，且靠推测所得到的结果往往并不准确，会浪费大量的人力、物力去做排查工作，效率很低。
由此可见，为了实现污染发生时的快速采样、分析，进行污染物来源解析，快速掌握污染源头，就迫切需要研制一种能够解决上述技术难题且能普遍推广的新型采样分析装置。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种水质自动采样分析与源解析装置，解决了水体污染时，快速采集、分析水质并获得污染来源解析结果的技术难题。
本实用新型所采用的技术方案：一种水质自动采样分析与源解析装置，包括水样采集单元、样品分析单元、源解析运算和控制单元，其中：所述水样采集单元包括依次连接的过滤头、悬浮物过滤器、微型泵和样品缓冲瓶，所述过滤头放置于待测水体中；经过滤头初级过滤后的水样再次经过悬浮物过滤器进行二次过滤；过滤后的水样经微型泵抽入样品缓冲瓶中；所述样品分析单元包括水质重金属分析仪，所述水质重金属分析仪的进样口与样品缓冲瓶连接，用于分析水样采集单元所采集的水样中的重金属含量；所述源解析运算与控制单元包括源解析运算与中心控制器，所述源解析运算与中心控制器与水质重金属分析仪连接，用于接收水质重金属分析仪输出的测量信号并生成测量结果，解析所采集水样的污染源。
进一步地，所述微型泵抽取水样的流速微大于样品分析单元的进样流速。所述样品分析单元的进样流速为0.5mL/min。所述微型泵抽取水样的流速控制在1.0～5.0mL/min之间。
进一步地，所述水样采集单元中的样品缓冲瓶设有排空口，用于将样品缓冲瓶中多余的水样排回水体中。
进一步地，所述水样采集单元中的过滤头和悬浮物过滤器为PTFE材质，样品缓冲瓶为硼酸玻璃材质。
进一步地，所述水质重金属分析仪可分析的重金属包括B11、Ti47、V51、Cr53、Mn55、Fe57、Co59、Ni60、Cu65、Zn66、Mo98、Sb121、Ba135、Pb208等14种。
进一步地，所述水质自动采样分析与源解析装置还包括一供电单元，所述供电单元进一步包含太阳能电池板和锂电池，用于提供电能。
与现有技术相比，本实用新型具有以下显著特点：
第一、本实施例所述装置能够在水体污染发生时快速采样、分析，以及进行污染物来源解析，快速地掌握污染源头。
第二、本实施例所述装置通过预先建模的水体正定矩阵因子分解法(positivematrix factorization,PMF)模型，使用重金属这类持久性污染物作为输入因子，进行秒级快速测算，获得重金属污染物来源解析结果。测量重金属这类持久性污染物含量进行PMF源解析，可根据重金属来源解析结果推测非持续性污染物污染源头，避免使用非持久性污染物进行PMF来源解析时带来不确定性。
第三、本实施例所述装置易于加工制造，而且部署、操作简便。只需将该装置放置在指定采样地点，即可实现自动采集、分析样品和对样品测定结果进行来源解析的目的。还可通过太阳能电池板连续给锂电池充电，延长采样装置的使用时间，特别是在野外无市电的情况下，适用性强。
附图说明
图1是本实用新型实施例所述水质自动采样分析与源解析装置的整体结构示意图。
图2是本实用新型实施例所述水质自动采样分析与源解析装置关键节点的控制原理图。
图中：1、过滤头；2、悬浮物过滤器；3、微型泵；4、样品缓冲瓶；5、水质重金属分析仪；6、源解析运算与中心控制器；7、供电单元；8、太阳能电池板；9、锂电池。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于以下实施例，本领域普通技术人员在无需作出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属本实用新型的保护范围。
若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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”的技术特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础。
如图1、2所示，本实施例所述的水质自动采样分析与源解析装置，包括水样采集单元、样品分析单元、源解析运算和控制单元。其中：
所述水样采集单元包括依次连接的过滤头1、悬浮物过滤器2、微型泵3和样品缓冲瓶4，所述过滤头1放置于待测水体中(如河流采样断面处)，可拦截水体中较大的杂质(如藻类、水中垃圾等)；经初级过滤后的水样再次经过悬浮物过滤器2进行二次过滤，以过滤悬浮物，避免堵塞微型泵3和进样管路；过滤后的水样经微型泵3抽入样品缓冲瓶4中，微型泵3抽取水体样品的流速微大于样品分析单元的进样流速(约0.5mL/min)，多余的水样通过样品缓冲瓶4的排空口排回水体。所述水样采集单元中包含可调速的微型泵3，可精准地控制采样流速在1.0～5.0mL/min。该水样采集单元的结构小巧，可连续抽取待测水体中的水样，便于野外部署。
所述样品分析单元包括便携式的水质重金属分析仪5，所述水质重金属分析仪的进样口与样品缓冲瓶4连接，用于连续快速分析所采集的水质中14种重金属含量(如：B11、Ti47、V51、Cr53、Mn55、Fe57、Co59、Ni60、Cu65、Zn66、Mo98、Sb121、Ba135、Pb208)。
所述源解析运算与控制单元包含源解析运算与中心控制器6，与水质重金属分析仪5连接，用于处理水质重金属分析仪输出的测量信号并生成测量结果，进行源解析模型运算获得所采集样品的污染来源解析结果，该单元同时还负责监控供电单元7的储电量。
在本实施例中，所述过滤头1和悬浮物过滤器2为PTFE(聚四氟乙烯)材质，都属于一次性耗材，可直接替换，以方便应急和野外监测。所述样品缓冲瓶4为硼酸玻璃材质，上述部件材质对水体中的重金属组分无吸附、无损失。
进一步地，本实施例还包括供电单元7(配置有太阳能电池板8和锂电池9)，用于为整个装置提供电能，并使得该装置可在无市电供应的场地(如野外环境中)也可连续自动采样。
本实施例所述装置可确保水样中重金属组分采集时样品无损失，并解决了水体污染时，野外作业下快速采集分析水质并获得污染来源解析结果的技术难题。同时，该装置可实现无人值守连续采集、分析水样和进行快速源解析的功能，适用于水体中包含B11、Ti47、V51、Cr53、Mn55、Fe57、Co59、Ni60、Cu65、Zn66、Mo98、Sb121、Ba135、Pb208等14种重金属组分的自动采样、分析和来源解析的要求。同时，具有易于加工制造，部署、操作简便等特点，只需将该装置放置在指定采样地点，即可实现自动采集、分析样品和对样品测定结果进行来源解析的目的。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种水质自动采样分析与源解析装置，其特征在于，包括水样采集单元、样品分析单元、源解析运算和控制单元，其中：
所述水样采集单元包括依次连接的过滤头、悬浮物过滤器、微型泵和样品缓冲瓶，所述过滤头放置于待测水体中；经过滤头初级过滤后的水样再次经过悬浮物过滤器进行二次过滤；过滤后的水样经微型泵抽入样品缓冲瓶中；
所述样品分析单元包括水质重金属分析仪，所述水质重金属分析仪的进样口与样品缓冲瓶连接，用于分析水样采集单元所采集的水样中的重金属含量；
所述源解析运算与控制单元包括源解析运算与中心控制器，所述源解析运算与中心控制器与水质重金属分析仪连接，用于接收水质重金属分析仪输出的测量信号并生成测量结果，解析所采集水样的污染源。
2.根据权利要求1所述水质自动采样分析与源解析装置，其特征在于，所述微型泵抽取水样的流速微大于样品分析单元的进样流速。
3.根据权利要求2所述水质自动采样分析与源解析装置，其特征在于，所述样品分析单元的进样流速为0.5mL/min。
4.根据权利要求2所述水质自动采样分析与源解析装置，其特征在于，所述微型泵抽取水样的流速控制在1.0～5.0mL/min之间。
5.根据权利要求1所述水质自动采样分析与源解析装置，其特征在于，所述水样采集单元中的样品缓冲瓶设有排空口，用于将样品缓冲瓶中多余的水样排回水体中。
6.根据权利要求1所述水质自动采样分析与源解析装置，其特征在于，所述水样采集单元中的过滤头和悬浮物过滤器为PTFE材质，样品缓冲瓶为硼酸玻璃材质。
7.根据权利要求1所述水质自动采样分析与源解析装置，其特征在于，所述水质重金属分析仪可分析的重金属包括B11、Ti47、V51、Cr53、Mn55、Fe57、Co59、Ni60、Cu65、Zn66、Mo98、Sb121、Ba135、Pb208。
8.根据权利要求1所述水质自动采样分析与源解析装置，其特征在于，还包括一供电单元，所述供电单元进一步包含太阳能电池板和锂电池，用于提供电能。
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