海水水样自动过滤及反冲洗装置的制作方法

本发明涉及一种地表水质检测装置，特别是涉及一种海洋水样自动检测装置，应用于海洋环境监测设备技术领域。

背景技术：

海洋环境监测是发展海洋战略的重要组成部分，国家目前的海洋监测任务隶属于我国海洋管理机构执行，旨在监测和维护我国海洋环境的安全。由于海上工作的条件恶劣，目前以大船搭载专业监测设备出海执行作业任务。单次出勤费用高昂，所需的相应配套资源与设施高达数十万，即便如此检测任务仍需要大量专业人员对所采集水样进行分类处理。由于海上水质采样工作人员的作业风险较大，工作强度过高，影响了人类对海洋环境的监测能力的充分发挥。

技术实现要素：

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种海水水样自动过滤及反冲洗装置，装置结构简单可靠，操作方便，能够实现海水水样的自动过滤，并对过滤完成后的配水管路及过滤装置进行反冲洗，基本实现水样输送、检测、分析和配水管路反冲洗的自动化，使用本发明装置减小海上水质采样工作人员的作业风险，降低其工作强度，显著提升了对海岛周边海域监测的自动化水平。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种海水水样自动过滤及反冲洗装置，主要包括海水自动过滤系统和管路反冲洗系统两大部分，分别由主控系统进行控制，具体如下：

海水自动过滤系统主要包括采水装置、隔膜泵、分级过滤装置、营养盐检测仪、废液池和一系列电磁阀，采水装置的出水口与隔膜泵的吸入口连通，利用隔膜泵能通过采水装置将海水水样吸取并进行输送，在隔膜泵的出水口和废液池之间至少设置水样过滤和检测管路，水样过滤和检测管路依次由第一电磁阀、分级过滤装置、第二电磁阀、营养盐检测仪和第三电磁阀串联组成，第一电磁阀设置于隔膜泵和分级过滤装置之间，营养盐检测仪的数据输出端与主控制系统的信息接收端信号连接，采水装置、隔膜泵和各电磁阀的信号接收端分别与主控制系统的指令信息输出端信号连接，经过分级过滤装置过滤后的过滤水达到营养盐检测仪检测用试样的要求，再进入营养盐检测仪进行水样营养盐的检测和分析，从而完成水样自动过滤和自动检测；

管路反冲洗系统主要包括臭氧发生器、分级过滤装置和与主控制系统信号连接的前端电磁阀组和后端电磁阀组，臭氧发生器用于制取臭氧气体，对管路反冲洗系统中的水进行杀菌消毒，臭氧发生器的进水口直接与水龙头相连接，经过臭氧发生器处理后的洗净水输水管与分级过滤装置的各级过滤单元的进水管分别连通，前端电磁阀组和后端电磁阀组分别设置在分级过滤装置的进出水两端，通过控制前端电子阀组和后端电磁阀组向分级过滤装置的各级过滤单元分别输送洗净水，管路反冲洗系统是在完成水样自动检测后，利用高压水流将各配水管路内壁的附着物冲刷至废液池，并对分级过滤装置的过水腔室进行冲洗。

作为本发明的优选的技术方案，在海水自动过滤系统中，分级过滤装置的各级过滤单元采用的滤芯孔隙度范围为0.45～100μ的不同滤芯。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，分级过滤装置的各级过滤单元分别采用100μ滤芯、1μ滤芯和0.45μ滤芯，各级过滤单元通过串联组成三级过滤装置，使水样按照过滤孔隙度从高到低的次序流动，依次通过100μ滤芯、1μ滤芯和0.45μ滤芯，最后从0.45μ滤芯流出的过滤水达到营养盐检测仪检测用试样的要求，再进入后道检测工序。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，在管路反冲洗系统中，前端电磁阀组包括第四电磁阀、第五电磁阀和第六电磁阀，后端电磁阀组包括第七电磁阀、第八电磁阀和第九电磁阀，第四电磁阀和第七电磁阀分别设置于100μ滤芯的进出水口两端，在臭氧发生器的出水管和废液池之间形成100μ滤芯冲洗单元管路，进入100μ滤芯冲洗管路的洗净水对100μ滤芯进行冲洗，第五电磁阀和第八电磁阀分别设置于1μ滤芯的进出水口两端，在臭氧发生器的出水管和废液池之间形成1μ滤芯冲洗单元管路，进入1μ滤芯冲洗管路的洗净水对1μ滤芯进行冲洗，第六电磁阀和第九电磁阀分别设置于0.45μ滤芯的进出水口两端，在臭氧发生器的出水管和废液池之间形成0.45μ滤芯冲洗单元管路，进入0.45μ滤芯冲洗管路的洗净水对0.45μ滤芯进行冲洗；通过控制前端电子阀组和后端电磁阀组分别向分级过滤装置的各级过滤单元输送洗净水，对分级过滤装置各级过滤单元分别进行冲洗，通过控制前端电磁阀组和后端电磁阀组，使臭氧发生器提供的洗净水进行控制。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，在海水自动过滤系统中，设置过压保护管路，压保护管路与水样过滤和检测管路并联，在过压保护管路上设置安全阀，使安全阀也设置于隔膜泵的出水口的出水管和废液池之间，成海水自动过滤系统的辅助安全控制管路。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，在海水自动过滤系统中，还设有与主控制系统信号连接的辅助隔膜泵，辅助隔膜泵作为第二水泵，其管路连接方式与隔膜泵的管路连接方式完全相同，使采水装置的出水口与辅助隔膜泵的吸入口连通，利用辅助隔膜泵也能通过采水装置将海水水样吸取并进行输送。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，在管路反冲洗系统中，还能对由第二电磁阀、营养盐检测仪和第三电磁阀串联组成的营养盐检测管路进行清洗，即通过控制对应的电磁阀，使臭氧发生器的出水管提供的洗净水对营养盐分析仪进行冲洗，并使营养盐检测管路内壁及营养盐检测仪的过水腔室内壁的附着物冲刷至废液池。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，在海水自动过滤系统中，在臭氧发生器的出水总管上还设有与主控制系统信号连接的洗净水总管电磁阀，通过控制洗净水总管电磁阀和前端电磁阀组，使臭氧发生器提供洗净水进行控制。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，主控系统采用plc可编程控制器，主控系统还能将分析数据传回地面控制台。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，在海水自动过滤系统中，采水装置采用卷扬机，通过联合结合利用隔膜泵，将海水水样吸取并从水面提起，然后通过隔膜泵向后程工序输送。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明装置能够对海水水样进行自动过滤、自动检测和自动分析，并对配水管路进行反冲洗，对海水水质进行高效检测，本发明装置智能化程度高，操作简单，结果可靠；

2.本发明装置结构紧凑，体量轻小，便于携带野外作业或远洋作业，自动化程度高，显著减小海上水质采样工作人员的作业风险，并有效降低其工作强度，对逐步提升海岛周边海域监测的自动化水平具有重要意义。

附图说明

图1为本发明实施例一海水水样自动过滤及反冲洗装置的管路系统连接结构示意图。

图2为本发明实施例一的海水自动过滤系统的管路系统连接结构示意图。

图3为本发明实施例一的管路反冲洗系统的管路系统连接结构示意图。

图4为本发明实施例二的管路反冲洗系统的管路系统连接结构示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，参见图1～3，一种海水水样自动过滤及反冲洗装置，主要包括海水自动过滤系统和管路反冲洗系统两大部分，分别由主控系统进行控制，具体如下：

海水自动过滤系统主要包括采水装置2、隔膜泵4、由滤芯孔隙度范围为0.45～100μ的不同滤芯串联组成的分级过滤装置、营养盐检测仪15、废液池19和一系列电磁阀，采水装置2的出水口与隔膜泵4的吸入口连通，利用隔膜泵4能通过采水装置2将海水水样吸取并进行输送，在隔膜泵4的出水口和废液池19之间至少设置水样过滤和检测管路，水样过滤和检测管路依次由第一电磁阀5、分级过滤装置、第二电磁阀14、营养盐检测仪15和第三电磁阀16串联组成，第一电磁阀5设置于隔膜泵4和分级过滤装置之间，营养盐检测仪15的数据输出端与主控制系统的信息接收端信号连接，采水装置2、隔膜泵4和各电磁阀的信号接收端分别与主控制系统的指令信息输出端信号连接，经过分级过滤装置过滤后的过滤水达到营养盐检测仪15检测用试样的要求，再进入营养盐检测仪15进行水样营养盐的检测和分析，从而完成水样自动过滤和自动检测，营养盐检测仪15用于对过滤完成后的水样进行营养盐参数检测，实时分析水样的各项营养盐参数值，进而判断海水是否受到污染，如图1和图2所示，主控系统采用plc可编程控制器，plc可编程控制器用于控制管路中各个电路元器件的开闭，进而控制配水管路的工作状态。同时，营养盐检测仪15得到的数据通过plc可编程控制器传回到地面控制台；

管路反冲洗系统主要包括臭氧发生器1、分级过滤装置和与主控制系统信号连接的前端电磁阀组和后端电磁阀组，臭氧发生器1用于制取臭氧气体，对管路反冲洗系统中的水进行杀菌消毒，确保管路反冲洗顺利进行，臭氧发生器1的进水口直接与水龙头相连接，经过臭氧发生器1处理后的洗净水输水管与分级过滤装置的各级过滤单元的进水管分别连通，前端电磁阀组和后端电磁阀组分别设置在分级过滤装置的进出水两端，通过控制前端电子阀组和后端电磁阀组向分级过滤装置的各级过滤单元分别输送洗净水，管路反冲洗系统是在完成水样自动检测后，利用高压水流将各配水管路内壁的附着物冲刷至废液池19，并对分级过滤装置的过水腔室进行冲洗，如图1和图3所示。在本实施例中，参见图1～3，废液池19为水样过滤系统及管路反冲洗系统所共用。本实施例用于对1个站点3个不同深度的海水进行采样过滤分析，水样直接在营养盐检测仪15内完成分析过程，并通过plc可编程控制器将数据传输至监控台。一个深度的水样检测完成后，将管路中残留水样排空，并对管路内壁和检测系统的工作腔室内壁，保障继续进行下一深度海水水样检测。

在本实施例中，参见图1～3，分级过滤装置的各级过滤单元分别采用100μ滤芯8、1μ滤芯9和0.45μ滤芯13，各级过滤单元通过串联组成三级过滤装置，既能避免过滤管路发生堵塞，同时可以确保过滤更加精细，本实施例使水样按照过滤孔隙度从高到低的次序流动，依次通过100μ滤芯8、1μ滤芯9和0.45μ滤芯13，最后从0.45μ滤芯13流出的过滤水达到营养盐检测仪15检测用试样的要求，再进入后道检测工序。参见图1和图3，在管路反冲洗系统中，前端电磁阀组包括第四电磁阀10、第五电磁阀11和第六电磁阀12，后端电磁阀组包括第七电磁阀6、第八电磁阀7和第九电磁阀17，第四电磁阀10和第七电磁阀6分别设置于100μ滤芯8的进出水口两端，在臭氧发生器1的出水管和废液池19之间形成100μ滤芯冲洗单元管路，进入100μ滤芯冲洗管路的洗净水对100μ滤芯8进行冲洗，第五电磁阀11和第八电磁阀7分别设置于1μ滤芯9的进出水口两端，在臭氧发生器1的出水管和废液池19之间形成1μ滤芯冲洗单元管路，进入1μ滤芯冲洗管路的洗净水对1μ滤芯9进行冲洗，第六电磁阀12和第九电磁阀17分别设置于0.45μ滤芯13的进出水口两端，在臭氧发生器1的出水管和废液池19之间形成0.45μ滤芯冲洗单元管路，进入0.45μ滤芯冲洗管路的洗净水对0.45μ滤芯13进行冲洗；通过控制前端电子阀组和后端电磁阀组分别向分级过滤装置的各级过滤单元输送洗净水，对分级过滤装置各级过滤单元分别进行冲洗，通过控制前端电磁阀组和后端电磁阀组，使臭氧发生器1提供的洗净水进行控制。

在本实施例中，如图1和图3所示，在海水自动过滤系统中，设置过压保护管路，压保护管路与水样过滤和检测管路并联，在过压保护管路上设置安全阀18，使安全阀18也设置于隔膜泵4的出水口的出水管和废液池19之间，成海水自动过滤系统的辅助安全控制管路。安全阀18安装在配水管路中，需要对其进行预设压力，当管路中的水压大于安全阀18预设压力值时，安全阀18打开，进行泄压，避免管路因水压过高而发生炸裂。

在本实施例中，如图1和图2所示，在海水自动过滤系统中，在臭氧发生器1的出水总管上还设有与主控制系统信号连接的洗净水总管电磁阀3，通过控制洗净水总管电磁阀3和前端电磁阀组，使臭氧发生器1提供洗净水进行控制。

在本实施例中，如图1和图2所示，在海水自动过滤系统中，采水装置2采用卷扬机，通过联合结合利用隔膜泵4，将海水水样吸取并从水面提起，然后通过隔膜泵4向后程工序输送。本实施例装置的采水装置2包括卷扬机、水泵和粗径水管若干。水泵将海水水样吸取到粗径水管中，再由卷扬机将水管提起后进行输送，装置结构紧凑，易于组装和使用。

在本实施例中，水样自动过滤系统如图2所示，系统工作流程即水样过滤过程如下：

控制台工作人员开启水样过滤系统，隔膜泵2开启，第一电磁阀5开启，采水装置2采集到的水样经过隔膜泵4进入配水管路，当配水管路水压过高达到安全阀18设定值时，安全阀18打开，此时管路中的水流方向为采水装置2→隔膜泵4→第一电磁阀5→安全阀18→废液池19。进行水样过滤之前，首先需要对管路进行浸润，将管路内残余水样排出，避免前一次检测残余水样影响本次检测结果，即保持隔膜泵4、第一电磁阀5开启，并开启第二电磁阀14和第三电磁阀16，保持第二电磁阀14和第三电磁阀16开启15秒，此时管路中的水流方向为采水装置2→隔膜泵4→第一电磁阀5→100μ滤芯8→1μ滤芯9→0.45μ滤芯13→第二电磁阀14→营养盐检测仪15→第三电磁阀16→废液池19。15秒之后控制第二电磁阀14和第三电磁阀16自动关闭，完成管路浸润过程。

管路浸润完成后，进行水样过滤，即保持隔膜泵4、第一电磁阀5开启，同时开启第二电磁阀14，水样流入营养盐检测仪15进行水样实时在线分析，并将分析结果通过plc可编程控制器传回给地面控制台，10秒之后，营养盐检测仪15储满，关闭第二电磁阀14，此时其他的水样由于管道过压保护作用而通过安全阀18排出。

水样分析结束后，需要将营养盐检测仪15内剩余水样排出，以便下一深度水样的存储检测。关闭隔膜泵4、第一电磁阀5，开启第二电磁阀14和第三电磁阀16，将营养盐检测仪15内的水样排出至废液池19，再过20秒之后，关闭第二电磁阀14和第三电磁阀16，水样深度过滤完成。

在本实施例中，管路反冲洗系统如图3所示，管路反冲洗过程如下：

水样的深度过滤完成后，需要对过滤管道进行管路反冲洗，避免残留水样污染下一深度采水水样的检测。臭氧发生器1直接与水龙头相连接，确保反冲洗水样充足。

控制台工作人员开启管路反冲洗系统，即开启臭氧发生器1和洗净水总管电磁阀3。首先进行第三级过滤的反冲洗，即清洗0.45μ滤芯13，此时开启第六电磁阀12和第九电磁阀17，此时管路中水流方向为臭氧发生器1→洗净水总管电磁阀3→第六电磁阀12→0.45μ滤芯13→第九电磁阀17→废液池19。

10秒之后，第三级过滤的反冲洗完毕，关闭第六电磁阀12和第九电磁阀17，开启第五电磁阀11和第八电磁阀7，进行第二级过滤的反冲洗，即清洗1μ滤芯9，此时管路中水流方向为臭氧发生器1→洗净水总管电磁阀3→第五电磁阀11→1μ滤芯9→第八电磁阀7→废液池19。

10秒之后，第二级过滤反冲洗完毕，关闭第五电磁阀11和第八电磁阀7，开启第四电磁阀10和第七电磁阀6，进行第一级过滤的反冲洗，即清洗100μ滤芯8，此时管路中的水流方向为臭氧发生器1→洗净水总管电磁阀3→第四电磁阀10→100μ滤芯8→第七电磁阀6→废液池19。

第一轮反冲洗完毕之后，依此顺序再进行4轮。即总共需要进行5次反冲洗，确保管路内壁无附着物。5次反冲洗完成后，关闭臭氧发生器1，并关闭洗净水总管电磁阀3。本实施例对三级滤芯过滤器依次进行反冲洗，首先进行0.45μ滤芯的反冲洗，时间为10s，接着进行1μ滤芯的反冲洗，10s之后，进行100μ滤芯的反冲洗，总清洗次数需要达到5次，以确保管路内壁无附着物，避免发生堵塞。

本实施例海水水样自动过滤及反冲洗装置，主要包括采水装置2、隔膜泵4、臭氧发生器1、100μ滤芯8、1μ滤芯9、0.45μ滤芯13、安全阀18、10个电磁阀、营养盐检测仪15、硬管若干、管接头若干、plc可编程控制器一个。本实施例装置对分配至各检测仪器的水样能直接进行水样在线分析，并通过plc可编程控制器将分析数据传回地面控制台，能够实现海水水样的自动过滤、自动检测和分析，并对完成过滤后的配水管路及检测仪器进行反冲洗，基本实现水样过滤和配水管路反冲洗的自动化，装置结构简单，操作简单，测试分析结果精确并可靠。本实施例装置能减小海上水质采样工作人员的作业风险，降低其工作强度，并对逐步提升海岛周边海域监测的自动化水平具有重要的应用价值。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，如图4所示，在海水自动过滤系统中，还设有与主控制系统信号连接的辅助隔膜泵，辅助隔膜泵作为第二水泵，其管路连接方式与隔膜泵4的管路连接方式完全相同，使采水装置2的出水口与辅助隔膜泵的吸入口连通，利用辅助隔膜泵也能通过采水装置2将海水水样吸取并进行输送。本实施的配水管路中安装两个水泵，当水泵一供水不足时开启第二水泵，为水样的各检测系统的稳定工作提供保障，形成有效的冗余机制，避免配水管路因水样短缺而出现故障。

实施例三：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，在管路反冲洗系统中，还能对由第二电磁阀14、营养盐检测仪15和第三电磁阀16串联组成的营养盐检测管路进行清洗，即通过控制对应的电磁阀，使臭氧发生器1的出水管提供的洗净水对营养盐分析仪24进行冲洗，并使营养盐检测管路内壁及营养盐检测仪15的过水腔室内壁的附着物冲刷至废液池19。进行营养盐检测管路清洗时，开启臭氧发生器1、洗净水总管电磁阀3、第六电磁阀12、第二电磁阀14和第三电磁阀16，此时管路中的水流方向为臭氧发生器1→洗净水总管电磁阀3→第六电磁阀12→第二电磁阀14→营养盐检测仪15→第三电磁阀16→废液池19，对营养盐检测管路进行有效清洗，以便保证下一次检测的精度。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明海水水样自动过滤及反冲洗装置的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。