水质检测系统和方法与流程

1.本发明涉及水样分析，特别涉及水质检测系统和方法。


背景技术：

2.目前，国内许多水质自动监测站都在紧锣密鼓的建设中，部分潮汐断面、入江入海口或部分运河船道在暴雨、山洪、船队行驶等各种突发状况下，造成了这些区域水体的浊度大幅上升。而浊度异常会对总磷自动分析设备产生较大影响，导致监测结果正偏离(主要表现在对于钼酸铵分光光度法的分析仪器，水体中的颗粒物产生的吸光体影响监测结果)。为贯彻落实《中华人民共和国环境保护法》《生态环境监测网络建设方案》和《国家生态环境质量监测事权上收实施法案》，规范化开展国家监测网监测工作，中国环境监测总站印发了《地表水总磷现场前处理技术规定(试行)》。作业指导书中明确规定了：本规定适用于地表水(江河、湖库等)环境质量手工监测中总磷的现场监测，水质自动监测可参照执行。一般水体原水浊度大于500ntu时，2000r/min，离心2min取上清液；感潮河段原水浊度大于200ntu，2000r/min，离心1min取上清液。
3.针对现有的水质检测产品，未见有浊度检测模块，以及利用浊度去调整水样离心速度和时间的方案。


技术实现要素：

4.为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种水质检测系统。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
6.水质检测系统，所述水质检测系统包括定容杯和分析单元；所述水质检测系统还包括：
7.浊度检测模块，所述浊度检测模块用于检测所述定容杯内水样的浊度；
8.机械臂，所述机械臂上下移动，用于将进样管、供样管和清洗管伸入和退出离心杯；所述进样管连通所述定容杯，所述供样管连通所述分析单元；
9.旋转臂和离心杯，所述离心杯活动地设置在所述旋转臂上；
10.驱动模块，所述驱动模块用于驱动所述旋转臂旋转，使得所述离心杯的中心轴线和旋转臂的转动轴间的夹角变化。
11.本发明还提供了水质检测方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
12.水质检测方法，所述水质检测方法包括以下步骤：
13.(a1)水样进入定容杯，获得水样的浊度；
14.(a2)将定容杯内的水样转移到离心杯内；
15.(a3)获得与所述水样的浊度对应的水样粘度，以及利用水样中颗粒物的参数以及水样参数，得到离心杯的离心时间；
16.(a4)按照所述离心时间驱动所述离心杯旋转。
17.与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
18.1.分析准确；
19.配置了浊度检测模块，利用浊度获得离心时间，通过精准控制离心时间，达到最佳离心效果，从而提高后续分析准确度；
20.采用独立采水、供样、清洗管路，可避免相互干扰，高水样分析准确度；
21.配置的清洗管路实现了在线清洗离心杯，有效解决离心杯底污染物沉淀问题；
22.2.结构简单、易操作；
23.采用一维机械臂进行离心机采水、供样、清洗，保证了采水、供样的精度，同时，不需开离心机盖板就可以直接取样，密封性更高，有效防尘、防溅，有效降低装置内湿度；
24.3.兼容性好；
25.采用模块化结构设计以及灵活可变的接口搭配，可扩展、可维护、可改造，并兼容现有的水站系统。
附图说明
26.参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
27.图1是根据本发明实施例的水质检测系统的结构示意图。
具体实施方式
28.图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了解释本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
29.实施例1：
30.图1给出了本发明实施例的水质检测系统的结构示意图，如图1所示，所述水质检测系统包括：
31.定容杯和分析单元，所述定容杯和分析单元都是本领域的现有技术；
32.浊度检测模块，所述浊度检测模块用于检测所述定容杯内水样的浊度；
33.机械臂，所述机械臂上下移动，用于将进样管21、供样管22和清洗管23伸入和退出离心杯32；所述进样管21连通所述定容杯，所述供样管22连通所述分析单元；
34.旋转臂31和离心杯32，所述离心杯32活动地设置在所述旋转臂31上；
35.驱动模块，所述驱动模块用于驱动所述旋转臂31旋转，使得所述离心杯32的中心轴线和旋转臂31的转动轴间的夹角变化。
36.为了提高离心效率，进一步地，所述离心杯32有多个，均匀地分布在圆周上。
37.为了获得离心时间和旋转速度，进一步地，所述水质检测系统还包括：
38.计算单元，所述计算单元用于根据水样的参数获得离心时间t；
39.40.f是离心力；a是水样中颗粒物的半径，ω是所述旋转臂的角速度，η是水样的粘度，ρ是水样中颗粒物的密度，ρ0是水样的密度，d0是所述离心杯口颗粒物到所述转动轴间的距离；
41.控制单元，所述控制单元用于根据所述离心时间t调整所述驱动模块的工作时间。
42.为了降低结构复杂度和可维护性，进一步地，所述机械臂包括：
43.导轨12和支架11，所述导轨12竖直设置，并固定在支架11上；
44.滑块13，所述滑块13设置在所述导轨12上，并在所述驱动单元14驱动下沿着所述导轨12竖直平移，所述进样管21、供样管22和清洗管23固定在所述滑块13上；
45.保护管24，所述保护4管竖直设置，并固定在所述滑块13上，所述进样管21、供样管22和清洗管23设置在所述保护管24内；所述离心杯32的开口允许所述保护管24穿过。
46.为了防止保护管在上下平移中偏离竖直方向，进一步地，所述支架11的处于所述滑块13下侧的部分具有允许所述保护管24穿过的导向孔。
47.为了降低结构复杂度和可维护性，进一步地，所述驱动单元14采用电机，并驱动所述导轨12转动，所述导轨采用丝杆，所述滑块13和导轨12通过螺纹配合。
48.本发明实施例的水质检测方法，所述水质检测方法包括以下步骤：
49.(a1)水样进入定容杯，获得水样的浊度；
50.(a2)将定容杯内的水样转移到离心杯内；
51.(a3)获得与所述水样的浊度对应的水样粘度，以及利用水样中颗粒物的参数以及水样参数，得到离心杯的离心时间；
52.(a4)按照所述离心时间驱动所述离心杯旋转。
53.为了提高浊度测量准确度，进一步地，步骤(a3)中，所述水样的浊度的获得方式为：
54.依次将多个水样送入所述定容杯，分别获得浊度，多个浊度中的极大值作为所述水样的浊度。
55.为了获得离心时间，进一步地，所述离心时间t的获得方式为：
[0056][0057]
f是离心力；a是水样中颗粒物的半径，ω是所述离心杯的角速度，也即旋转臂的角速度，η是水样的粘度，利用所述浊度得到所述粘度，ρ是水样中颗粒物的密度，ρ0是水样的密度，d0是所述离心杯口颗粒物到所述离心杯的转动轴的距离。
[0058]
为了提高检测准确度，进一步地，利用步骤(a1)-(a2)的方式将多个水样分别转移到各个离心杯内，在步骤(a4)，多个离心杯同时旋转。
[0059]
实施例2：
[0060]
根据本发明实施例1的水质检测系统和方法的应用例。
[0061]
在该应用例中，如图1所示，机械臂包括竖直设置的支架11和导轨12，所述导轨采用丝杆，两端固定在支架11上，原位转动；电机固定在所述支架11上，驱动所述丝杆转动；滑
块13通过螺纹设置在所述导轨12上，且其侧部与支架11接触，使得当丝杆转动时，驱动滑块13在导轨12上上下平移，滑块13侧部沿着支架11上下平移；支架11的底部具有导向孔；
[0062]
进样管21、供样管22和清洗管23固定在所述滑块13上；保护管24竖直设置，并固定在所述滑块13上，所述进样管21、供样管22和清洗管23设置在所述保护管24内；在保护管24跟随滑块13的竖直平移中，所述保护管24始终在所述导向孔内移动，确保所述保护管24竖直移动；
[0063]
4个离心杯32活动地设置在所述旋转臂31上，所述离心杯32的开口允许所述保护管24穿过；电机用于驱动所述旋转臂31旋转，使得所述离心杯32的中心轴线和旋转臂31的转动轴间的夹角变化，在驱动模块驱动下，四个离心杯32依次处于所述保护管24的下侧；
[0064]
计算单元，所述计算单元用于根据水样的参数获得离心时间t；
[0065][0066]
离心力f的大小在现有离心旋转平台上都有显示，这是本领域的现有技术；a是水样中颗粒物的半径，ω是所述旋转臂的角速度，也是离心杯旋转的角速度，η是水样的粘度，ρ是水样中颗粒物的密度，ρ0是水样的密度，d0是所述离心杯口颗粒物到所述转动轴间的距离；在计算中，需要将各参数的单位转换为国际单位，如需要将角速度转换为弧度/秒，a、d0的单位是米，ρ和ρ0单位kg/m3；
[0067]
控制单元，所述控制单元用于根据所述离心时间t调整所述驱动模块的工作时间。
[0068]
本发明实施例的水质检测方法，也即根据本发明实施例的水质检测系统的工作方法，所述水质检测方法包括以下步骤：
[0069]
(a1)在泵的作用下水样进入定容杯，利用浊度检测模块获得水样的浊度；
[0070]
(a2)电机驱动旋转臂31转动，使得离心杯32处于保护管24的下侧；
[0071]
支架11上的电机转动，驱动丝杆转动，滑块13竖直向下平移，驱动保护管24竖直下移，穿过离心杯32的上端开口并进入离心杯32内，定容杯内的水样通过进样管转移到离心杯32内；
[0072]
依照步骤(a1)-(a2)的方式分别将水样送入定容杯，获得水样浊度，并转移到各个离心杯内，之后保护管上移，获得的四个浊度值中的极大值作为水样的浊度；
[0073]
(a3)获得与所述水样的浊度(四个浊度值中的极大值)对应的水样粘度，如下表格所示；
[0074][0075]
根据原水实际情况颗粒半径a：10μm～100μm，颗粒密度ρ：1.9g/cm3～2.7g/cm3；取a＝10μm、ρ＝1.9g/cm3、ω＝4000π/min、ρ0＝1g/cm3，d0＝120mm；
[0076]
a：常温下，当原水浊度β≤200ntu时，原水粘度取η＝1
×
10-3pas，利用分析单元得到t＝57s，则在理想情况当ω＝4000π/min时，离心杯口颗粒沉降至杯底的时间为s，同时，
旋转臂从静止加速到ω＝4000π/min，需耗时12s，故此时离心预处理时间为69s；
[0077]
b：常温下，当原水浊度β在200ntu≤β≤500ntu范围时，原水粘度取η＝2
×
10-3
pas，利用分析单元得到t＝74s，则在理想情况当ω＝4000π/min时，离心杯口颗粒沉降至杯底的时间为s，同时，旋转臂从静止加速到ω＝4000π/min，需耗时12s，故此时离心预处理时间为76s。
[0078]
c：常温下，当原水浊度β在500ntu≤β≤1000ntu范围时，原水粘度取η＝5
×
10-3pas，利用分析单元得到t＝149s，则在理想情况当ω＝4000π/min时，离心杯口颗粒沉降至杯底的时间为s，同时，旋转臂从静止加速到ω＝4000π/min，需耗时12s，故此时离心预处理时间为161s。
[0079]
d：常温下，当原水浊度β在1000ntu≤β≤2000ntu范围时，原水粘度取η＝10
×
10-3pas，利用分析单元得到t＝215s，则在理想情况当ω＝4000π/min时，离心杯口颗粒沉降至杯底的时间为s，同时，旋转臂从静止加速到ω＝4000π/min，需耗时12s，故此时离心预处理时间为227s。
[0080]
(a4)按照所述离心时间驱动所述离心杯旋转；
[0081]
离心完成后，保护管24下移，并进入离心杯32内，利用供样管22将离心杯32内的上清液送分析单元；
[0082]
检测完成后，利用供样管抽出离心杯内所有水样；清洗水进入定容杯，然后通过清洗管进入离心杯内冲洗，之后排出；按照此方式完成4个离心杯的清洗。