一种水质在线监测仪器平板膜预处理系统的制作方法

本发明涉及一种水质在线监测仪器平板膜预处理系统，属于水质监测的样品预处理领域。
背景技术：
：水质在线监测仪器的实际使用环境多为地表水，水体泥沙含量较高。水样中的颗粒物杂质会堵塞进样管路，并且会影响光信号的传输，对仪器测试精度及稳定性造成相当大的影响。因此必须采取有效措施对水样进行过滤，之后才能进入在线监测仪器的进样系统。针对水质在线监测仪器的传统过滤方式大多为中空纤维膜过滤，该方法的缺点是膜阻力较大、单位面积产水量小、膜孔易堵塞且难清洗，应用中会大大增加预处理设备的维护工作量，不能保证水质在线监测仪器的高频率测试和长期稳定运行。技术实现要素：针对上述问题，本发明的目的是提供一种水质在线监测仪器平板膜预处理系统。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种水质在线监测仪器平板膜预处理系统，其特征在于其包括：控制柜外壳、设置在所述控制柜外壳内的预处理装置、采样装置、曝气泵、隔膜泵、电磁阀装置和自动控制系统；所述预处理装置上设置有原水进水口、自来水进水口、水槽排水口、曝气口和平板膜连接口，且所述原水进水口、自来水进水口和水槽排水口分别通过原水进水管道、自来水进水管道和排水管道与原水源、自来水源和后续废水处理设备相连，所述曝气口通过空气管与所述曝气泵相连，所述平板膜连接口通过抽水管与所述隔膜泵的进水端相连；所述采样装置设置在所述预处理装置和水质在线监测装置之间，且所述采样装置的进样口通过水管与所述隔膜泵的出水端相连，出样口通过水管与至少一台水质在线监测装置相连，排水口通过水管与后续废水处理设备相连；所述自动控制系统与所述曝气泵、隔膜泵和电磁阀装置相连，用于根据所述水质在线监测装置的监测周期对所述曝气泵、隔膜泵和电磁阀装置进行自动或手动控制。进一步地，所述预处理装置包括平板膜过滤水槽、平板膜和曝气管；所述平板膜过滤水槽包括一体成型的过滤区和沉淀区；所述过滤区为长方体结构，所述过滤区顶部设置有顶盖，所述过滤区底部与所述沉淀区相连通，所述过滤区侧壁一侧设置有原水进水口和自来水进水口，另一侧设置有用于与后续废水处理设备连通的溢流口；所述沉淀区为三角体结构，该三角体结构由上向下逐渐收缩，底部设置水槽排水口，三角体结构的上端两侧设置有用于与控制柜壳体固定连接的支架；所述平板膜通过固定支架设置在所述过滤区内侧壁，其上端设置有平板膜接口；所述曝气管通过固定支架设置在所述平板膜下方，所述曝气管的进气口作为所述预处理装置的曝气口与曝气泵相连。进一步地，所述曝气管为采用硬聚氯乙烯材质制作的开孔圆柱体，所述圆柱体的外径为20mm，长为280mm；两排气孔的直径为1mm，间隔为10mm，开口方向为斜向下45°。进一步地，所述平板膜采用聚偏氟乙烯材质制作，其高为320mm、长220mm、厚6mm，孔径0.01-0.1μm，膜面积0.1m2。进一步地，所述采样装置包括采样杯杯体、顶盖、底座和支架；所述采样杯杯体为圆柱体结构，其顶部设置带通气口的顶盖，底部固定设置在所述底座上；所述底座为五通，所述五通固定设置在所述支架上，且所述五通的底面上设置有排水口，侧面分别设置有进样口和三个出样口。进一步地，所述采样杯杯体采用有机玻璃材质制作，其外径100mm、内径84mm、高400mm。进一步地，所述电磁阀装置包括原水进水阀、自来水进水阀、水槽排水阀和采样杯电磁阀；所述原水进水阀、自来水进水阀和水槽排水阀分别设置在与所述预处理装置相连的原水进水管道、自来水进水管道和排水管道上；所述采样杯电磁阀设置在与所述采样装置相连的采样管道上；所述各阀门均与所述自动控制系统相连，由所述自动控制系统控制。进一步地，所述自动控制系统包括上位机、plc控制芯片、曝气泵交流继电器、隔膜泵交流继电器、曝气泵中间继电器、隔膜泵中间继电器、水槽排水阀中间继电器、原水进水阀中间继电器、采样杯排水阀中间继电器、自来水进水阀中间继电器；所述上位机与所述plc控制芯片之间采用ppi通讯；所述plc控制芯片通过所述曝气泵交流继电器、曝气泵中间继电器与所述曝气泵相连，通过所述隔膜泵交流继电器、隔膜泵中间继电器与所述隔膜泵相连，分别通过所述水槽排水阀中间继电器、原水进水阀中间继电器、采样杯排水阀中间继电器、自来水进水阀中间继电器与所述水槽排水阀、原水进水阀、采样杯排水阀、自来水进水阀相连。进一步地，所述上位机中设置有预处理开机界面，所述预处理开机界面上设置有手动控制跳转单元、自动控制单元、时间参数设置跳转单元、全停单元以及设备运行状态显示界面；所述手动控制跳转单元用于实现手动控制页面跳转，并通过手动控制页面接收用户的手动控制参数，实现对设备的手动控制；所述自动控制单元用于根据预设程序实现设备的自动控制；所述时间参数设置跳转单元用于实现时间参数设置页面跳转，通过时间参数设置页面接收用户的时间控制参数，实现对设备的时间控制；所述全停单元用于对设备进行急停控制；所述设备运行状态显示界面用于实时显示设备的运行状态。进一步地，所述控制柜外壳壳体采用不锈钢材质制作，其厚度为1mm，外壳尺寸为1302×665×475mm。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1)本发明提出的水质在线监测仪器平板膜预处理系统采用“重力沉淀—平板膜过滤—曝气清洗”一体化设计，功能多样，适用范围广。2)本发明预处理系统的产水量为100-300ml/min，ss去除率大于99.5％，有效提高了单位面积产水量。3)本发明采用平板膜对预处理装置中的原水进行过滤，同时设置曝气泵和隔膜泵，有效降低了膜阻力，降低了清洗难度，使得预处理系统的维护周期为2-4周，提高了工作效率。4)本发明预处理系统处理后的实际水样满足大多数水质在线监测仪器的进样要求。因而，本发明可以广泛应用于水质监测的样品预处理领域。附图说明图1是本发明水质在线监测仪器平板膜预处理系统结构图；图2(a)～图2(c)为本发明水质在线监测仪器平板膜预处理系统外壳示意图；图3是本发明水质在线监测仪器平板膜预处理系统的平板膜过滤水槽结构图；图4是本发明水质在线监测仪器平板膜预处理系统的采样杯结构示意图；图5是本发明水质在线监测仪器平板膜预处理系统开机界面示意图；图6是本发明水质在线监测仪器平板膜预处理系统手动控制界面示意图；图7是本发明水质在线监测仪器平板膜预处理系统时间参数设置界面示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1、图2(a)～(c)所示，本发明提供的一种水质在线监测仪器平板膜预处理系统，其包括控制柜外壳1以及设置在控制柜外壳1内的预处理装置2、采样装置3、曝气泵4、隔膜泵5、电磁阀装置6和自动控制系统7。其中，预处理装置1上设置有原水进水口、自来水进水口、水槽排水口、曝气口和平板膜连接口，且原水进水口、自来水进水口和水槽排水口分别通过原水进水管道、自来水进水管道和排水管道与原水源、自来水源和后续废水处理设备相连，曝气口通过空气管与曝气泵4相连，平板膜连接口通过抽水管与隔膜泵5的进水端相连；采样装置3设置在预处理装置2和在线监测装置之间，且采样装置3的进样口通过水管与隔膜泵5的出水端相连，出样口通过水管与至少一台水质在线监测装置相连，排水口通过水管与后续废水处理设备相连；自动控制系统7与曝气泵4、隔膜泵5和电磁阀装置6相连，用于根据预处理装置的采样周期(即在线监测装置的监测周期)对曝气泵4、隔膜泵5和电磁阀装置6进行自动或手动控制。如图3所示，预处理装置2包括平板膜过滤水槽21、平板膜22和曝气管23。其中，平板膜过滤水槽21包括一体成型的过滤区211和沉淀区212，过滤区211为长方体结构，过滤区211顶部设置有顶盖(图中未示出)，过滤区211底部与沉淀区212相连通，过滤区211侧壁一侧设置有原水进水口和自来水进水口，侧壁另一侧设置有用于与后续废水处理设备连通的溢流口；沉淀区212为三角体结构，该三角体结构由上向下逐渐收缩，底部设置水槽排水口213，三角体结构的上端两侧设置有用于与控制柜壳体固定连接的支架214；平板膜22通过固定支架设置在过滤区内侧壁，其上端设置有用于与隔膜泵5进水端相连的平板膜接口；曝气管23通过固定支架设置在平板膜22下方，曝气管23的进气口作为预处理装置2的曝气口与曝气泵4相连。如图4所示，采样装置3包括采样杯杯体31、顶盖32、底座33和支架34。其中，采样杯杯体31为圆柱体结构，其顶部设置带通气口的顶盖32，底部固定设置在底座33上；底座33固定设置在支架34上，其采用五通，且该五通的底面上设置有排水口，侧面分别设置有进样口和三个出样口。电磁阀装置6包括原水进水阀61、自来水进水阀62、水槽排水阀63和采样杯电磁阀64，其中，原水进水阀61、自来水进水阀62和水槽排水阀63分别设置在与预处理装置2相连的原水进水管道、自来水进水管道和排水管道上；采样杯电磁阀64设置在与采样装置3相连的采样管道上；上述各阀门均与自动控制系统7相连，由自动控制系统7控制。自动控制系统7包括上位机、plc控制芯片、曝气泵交流继电器、隔膜泵交流继电器、曝气泵中间继电器、隔膜泵中间继电器、水槽排水阀中间继电器、原水进水阀中间继电器、采样杯排水阀中间继电器、自来水进水阀中间继电器。其中，上位机与plc控制芯片之间采用ppi通讯，plc控制芯片通过曝气泵交流继电器、曝气泵中间继电器与曝气泵相连，通过隔膜泵交流继电器、隔膜泵中间继电器与隔膜泵相连，分别通过水槽排水阀中间继电器、原水进水阀中间继电器、采样杯排水阀中间继电器、自来水进水阀中间继电器与水槽排水阀63、原水进水阀61、采样杯电磁阀64、自来水进水阀62相连。如图5所示，上位机中设置有预处理开机界面，该预处理开机界面上设置有手动控制跳转单元、自动控制单元、时间参数设置跳转单元、全停单元以及设备运行状态显示界面。其中，手动控制跳转单元用于实现手动控制页面跳转，并通过手动控制页面接收用户的手动控制参数，实现对设备的手动控制；自动控制单元用于根据预设程序实现设备的自动控制；时间参数设置跳转单元用于实现时间参数设置页面跳转，通过时间参数设置页面接收用户的时间控制参数，实现对设备的时间控制；全停单元用于对设备进行急停控制；设备运行状态显示界面用于实时显示设备的运行状态。上述实施例中，控制柜外壳1壳体采用不锈钢材质制作，其厚度优选为1mm，外壳尺寸优选为1302×665×475mm。上述实施例中，过滤区211的尺寸优选为长300mm、宽100mm、高650mm，沉淀区212的尺寸优选为高200mm，平板膜过滤水槽的总容积23l(过滤区19.5l、沉淀区3.5l，有效容积约18l)。上述实施例中，平板膜22采用聚偏氟乙烯(pvdf)材质制作，其高为320mm、长220mm、厚6mm，孔径0.01-0.1μm，膜面积0.1m2。上述实施例中，曝气管23采用硬聚氯乙烯(upvc)材质制作的开孔圆柱体，该圆柱体的外径为20mm，长为280mm；两排气孔的直径为1mm，间隔为10mm，开口方向为斜向下45°。上述实施例中，采样杯杯体31采用有机玻璃(pmma)材质制作，其外径100mm、内径84mm、高400mm(有效容积约2.1l)。下面通过具体实施例对本发明做进一步介绍。1、物料清单本实施例中，自动控制系统的各部件采用型号如下表1所示，plc控制芯片的i/o清单如下表2所示。表1实施例一物料清单表2plc控制芯片的i/o清单序号描述i/o类型1曝气泵运行信号i0.0二进制变量2隔膜泵运行信号i0.1二进制变量3水槽排水阀运行信号i0.2二进制变量4原水进水阀运行信号i0.3二进制变量5采样杯运行信号i0.4二进制变量6自来水进水阀运行信号i0.5二进制变量7曝气泵运行q0.0二进制变量8隔膜泵运行q0.1二进制变量9水槽排水阀运行q0.2二进制变量10原水进水阀运行q0.3二进制变量11采样杯运行q0.4二进制变量12自来水进水阀运行q0.5二进制变量2、预处理系统通讯机制本实施例中上位机采用昆仑通泰的触摸屏，下位机采用西门子224plc，两者之间建立ppi通讯。如需外部远程控制触摸屏触发设备工作，可采用modbustcp/ip协议进行通讯，触摸屏上自带网线接口。3、预处理系统用户软件3.1)开机界面如图5所示，开机界面可以包括设备手动画面及时间参数设置画面的跳转功能，并能实现设备的自动控制及急停控制，画面中带有设备运行状态显示及设备画面动态显示功能，可以直观的显示设备的运行状态。3.2)手动控制界面如图6所示，手动控制界面包括手动控制设备按钮及设备的状态显示，可以实现对单台设备的收到启停，设备的运行状态显示及跳转至主界面及时间参数设置界面的功能。3.3)时间参数设置界面如图7所示，时间参数设置界面可以实现手动设置程序各个时间段的时间，可以根据现场水的压力流速的等情况更好的实现该装置的功能，并且该画面包含主画面及手动控制画面的跳转按钮。4、本发明水质在线监测仪器平板膜预处理系统的工作流程①整体排空：打开水槽排水阀和采样杯排水口，排剩余水xmin。②水槽润洗：关闭水槽排水阀，打开原水进水阀，进原水xmin，润洗水槽。③水槽润洗排空：关闭原水进水阀，打开水槽排水阀，排润洗水xmin。④水槽进样：关闭水槽排水阀，打开原水进水阀，进原水xmin。⑤采样杯润洗：关闭原水进水阀，启动隔膜泵，过滤xmin后，关闭采样杯排水口，继续过滤xmin，润洗采样杯。⑥采样杯排空：停止隔膜泵，打开采样杯排水口，排润洗水xmin。⑦采样杯进样：关闭采样杯排水口，启动隔膜泵，过滤xmin，采集本次水样。⑧等待下次采样：停止隔膜泵后，打开水槽排水阀，排原水xmin，执行“进自来水”步骤；之后判断是否达到清洗频次，是则顺序执行“曝气清洗”、“自来水排空”和“进自来水”步骤，然后等待，否则直接等待。等待时间为采样周期减去之前步骤的时间总和。⑧a曝气清洗：关闭自来水进水阀，启动曝气泵xmin，清洗平板膜。⑧b自来水排空：停止曝气泵，打开水槽排水阀，排清洗水xmin。⑧c进自来水：关闭水槽排水阀，打开自来水进水阀，进清洗水xmin。上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。当前第1页12