專利名稱：監(jiān)控水質(zhì)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)控供水系統(tǒng)中的水質(zhì)的方法和裝置。特別的，本發(fā)明涉及一種 監(jiān)控供水系統(tǒng)中的水質(zhì)的方法和裝置，同時提高供水系統(tǒng)的對抗系統(tǒng)供水污染的安全性。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有可用水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)通常都是非常低效的，因為它們通常以預(yù)定時間間隔來測 量水質(zhì)，如每天幾次、每周一次或每月一次。這意味著可能在污染物和其他不良粒子已經(jīng)存 在于流向消費者的水流中很長時間以后才進行實際的檢驗。這樣系統(tǒng)的一個問題是檢驗的 時間選擇并沒有和水流中不良粒子產(chǎn)生這一實際事件直接關(guān)聯(lián)。另一個問題是各種微生物 和細菌和水中其他無害微小粒子的尺寸大致相同，這使得濾出這樣的微生物和細菌非常困 難。W0/2007/100390公開了一種監(jiān)控水質(zhì)并且當水質(zhì)/清潔度惡化時自動采集水樣 用于進一步分析的方法。但是，在某些情況下，供水系統(tǒng)可能遭受進水中污染粒子數(shù)量的急 劇增加，例如由于突然的大雨、暴風(fēng)雨、意外傾卸、化學(xué)品、化肥、細菌、寄生蟲、病毒、漏油、 藻華、壓倉水的傾卸以及其他急劇增加進水污染的這樣意外的突然事件。這可能導(dǎo)致整個 供水系統(tǒng)的嚴重污染。因此，仍需要一種監(jiān)控供水系統(tǒng)中的水質(zhì)的改進方法。還需要提供一種供水系統(tǒng)，如水廠，該系統(tǒng)提高對抗污染的安全性，例如改進對抗 由于突發(fā)事件造成的進水側(cè)污染的保護。還需要一種保護供水系統(tǒng)免受污染(如由于突發(fā)事件造成的進水側(cè)污染)的方法。作為個主要的目的，本發(fā)明的目標在于提供一個上面所列問題的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
在第一施例中，本發(fā)明是一種監(jiān)控供水系統(tǒng)中的水質(zhì)的方法，該供水系統(tǒng)提供 有第一管道，用于從水源輸送水；粒子傳感器，其用于檢測所述第一管道中輸送的水中的粒子，所述粒子傳感器在 所述管道上的第一位置處與所述第一管道操作性接合；第二管道，其通過第一閥與第一管道流體連通；所述第一閥設(shè)置在第一管道上的 位于所述第一位置下游的第二位置處；第三管道，其在所述第一位置下游并且在所述第二位置上游的位置處與第一管道 流體連通；第二閥，其在位于開啟位置時允許通過第一管道輸送的水流入第三管道；該方法包括通過第一粒子傳感器確定由第一管道輸送的水中的粒子含量；以及
當確定的粒子含量高于預(yù)定水平時，觸發(fā)關(guān)閉第一閥并開啟第二閥，以阻止第一 管道中流動的水進入第二管道，并允許第一管道中流動的水進入第三管道。在一個實施例中，提供了第二粒子傳感器，其與第二管道操作接合，用于檢測所述 第二管道中輸送的水中的粒子，所述第二粒子傳感器連續(xù)檢測第二管道水中的粒子；只有 當通過第二管道輸送的水中的檢測到的粒子含量達到預(yù)定水平時，所述第二粒子傳感器才 觸發(fā)取樣。在一個實施例中，該方法包括通過第一粒子傳感器進一步確定(即在相對于確定 導(dǎo)致第一閥關(guān)閉和第二閥開啟的粒子含量的時間點較晚的時間點)由第一水管輸送的水 中的粒子含量。優(yōu)選的，在第一管道中流動的水中的粒子含量通過第一粒子傳感器被連續(xù) 地確定。在一個實施例中，該方法包括當確定的粒子含量高于預(yù)定水平時，對第一管道輸 送的水的定性參數(shù)進行至少一個進一步的分析。該進一步分析優(yōu)選在第一閥關(guān)閉且第二閥 開啟時進行。在一個實施例中，該方法包括當確定的粒子含量高于預(yù)定水平時，采集由第一管 道輸送的水的至少一個水樣，并且確定該水的至少一個定性參數(shù)的值。取樣以及選擇性的 水樣分析也優(yōu)選在第一閥關(guān)閉且第二閥開啟時進行。在一個實施例中，該方法包括僅當確定的粒子含量低于預(yù)定水平時才觸發(fā)開啟第 一閥并關(guān)閉(即關(guān)掉)第二閥。在一個實施例中，該方法包括僅當來自管道的水樣的確定的定性參數(shù)達到預(yù)定值 或在預(yù)定范圍內(nèi)時才觸發(fā)開啟第一閥并關(guān)閉第二閥。定性參數(shù)可以選自如pH、透明度、濁度、傳導(dǎo)率、氯、顏色、細菌、藻類、重金屬、氧 氣、溫度、氧化/還原電位(0RP)、微生物(如用PCR技術(shù))、總有機碳(T0C)、總有機氮 (TON)、各種高分子以及高分子絡(luò)合物的含量(如通過熱解氣相色譜質(zhì)譜(PYGC/MQ確定)、 任何化學(xué)物質(zhì)的含量(例如由UV-VIS確定)。在一個實施例中，該方法進一步包括當確定的粒子含量高于預(yù)定值時觸發(fā)警報信 號。本發(fā)明還提供了一種用于本發(fā)明方法的裝置或系統(tǒng)，所述裝置或系統(tǒng)包括第一管道，用于從水源輸送水；第一粒子傳感器，其用于檢測第一管道中輸送的水中的粒子，所述第一粒子傳感 器在所述管道上的第一位置處與所述第一管道操作性接合；第二管道，其通過第一閥與第一管道流體連通；所述第一閥設(shè)置在第一管道上的 位于第一位置下游的第二位置處；第三管道，其在所述第一位置下游并且在所述第二位置上游的位置處與第一管道 流體連通；第二閥，其在位于開啟位置時允許第一管道輸送的水流入第三管道。在一個實施例中，該裝置或系統(tǒng)包括第二粒子傳感器，用于檢測第二管道中輸送 的水中的粒子，所述第二粒子傳感器與所述第二管道操作性接合。在一個實施例中，該裝置或系統(tǒng)還包括用于采集由第一和/或第二管道輸送的水 的水樣的設(shè)備。該裝置和系統(tǒng)還可以包括用于對由管道輸送的水和/或水樣進行所需分析(如化學(xué)或生物分析)的設(shè)備。


圖1是本發(fā)明一個實施例中使用的水監(jiān)控系統(tǒng)的部分示意圖；圖2是一個顯示了一段時間內(nèi)第二管道中輸送的水中檢測到的粒子數(shù)量的曲線 圖的示意圖；圖3是一個顯示了本發(fā)明一個實施例中使用的水監(jiān)控系統(tǒng)的部分功能的示意圖；圖4是本發(fā)明用于供水及監(jiān)控水質(zhì)的系統(tǒng)的一個實施例的示意圖；以及圖5是本發(fā)明用于供水及監(jiān)控水質(zhì)的系統(tǒng)的一個實施例的另一個示意圖；以及圖6是本發(fā)明中使用的一個水監(jiān)控系統(tǒng)的部分功能的示意圖。
具體實施例方式在用于供水系統(tǒng)中的水質(zhì)監(jiān)控的本發(fā)明方法和裝置中，提供管道，用于將其中的 水從水源輸送到水廠。在水源下游且水廠上游的位置處，粒子傳感器與該管道操作性接合。 該粒子傳感器檢測管道的水中粒子并觸發(fā)關(guān)閉第一閥，該第一閥設(shè)置在管道上，在該第一 粒子傳感器下游并在該水廠上游，只有當水中粒子含量的檢測值達到預(yù)定水平時才觸發(fā)所 述關(guān)閉，從而阻止管道中的水進入水廠。來自水源的水，通過第二閥的開啟轉(zhuǎn)向進入一個轉(zhuǎn) 向管道，而不是通過第一閥進入水廠，所述第二閥設(shè)置在第一粒子傳感器下游，并在第一閥 上游的位置處與第一管道流體連通。本發(fā)明的水廠可以是任意的水廠，如水處理廠、飲用水生產(chǎn)廠，或任何使用、生產(chǎn)、 向用戶供應(yīng)或分配水(尤其是具有質(zhì)量要求的水)的工廠，如釀酒廠或生產(chǎn)瓶裝飲用水或 凈化水(如分配給消費者的水)的工廠。 在一個優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的裝置包括一個用于監(jiān)控水廠中生產(chǎn)、處理或使用 的水的質(zhì)量的系統(tǒng)，基本上與W0/2007/100390中描述的一樣，所述系統(tǒng)設(shè)置在水廠之內(nèi)或 其下游。此處使用的術(shù)語“水源”，是指可以從中獲得水流的任何源頭，如湖泊、河流、自然 水源、水庫、水循環(huán)廠等。在一個實施例中，水源是自然水源，如湖泊或河流，或來自自然水 源，如水庫。例如，水可以是原水、地表水、地下水、人工滲濾水、湖水、來自水庫的水、來自露 天游泳池的水等。水源水中可能存在的粒子可以是任何粒子，如有機或無機顆粒物質(zhì)，并且可以指 示化學(xué)和放射性污染。粒子還可能包括微生物，如細菌、藻類，和寄生蟲，如大腸桿菌、隱孢 子蟲、賈第鞭毛蟲、微胞藻等。細菌通常在0. 5-10微米范圍內(nèi)，隱孢子蟲2-7微米，而賈第鞭毛蟲粒子通常在 7-20微米范圍內(nèi)。因此，在一個實施例中，本發(fā)明的裝置包括一個監(jiān)控供水系統(tǒng)中的水質(zhì)的設(shè)備，其 位于水廠上游，優(yōu)選緊臨水源。在另一個實施例中，本發(fā)明裝置包括監(jiān)控供水系統(tǒng)中的水質(zhì) 的兩個設(shè)備，其中一個位于水廠上游，優(yōu)選緊臨水源，另一個位于水廠下游或水廠之內(nèi)。圖1顯示了本發(fā)明水監(jiān)控系統(tǒng)的部分100的一個實施例，所述部分位于水廠之內(nèi) 或其下游。該監(jiān)控系統(tǒng)100與輸送水的管道102(壓力水管)操作性接合，該管道位于如水處理廠的下游，或位于使用或處理管道102中輸送的水的水廠之內(nèi)。監(jiān)控系統(tǒng)100包括第 一轉(zhuǎn)向管道104和與之流體連通的第二轉(zhuǎn)向管道119。監(jiān)控系統(tǒng)100可以同時監(jiān)控已處理水和未處理水，但是優(yōu)選位于至少一個水處理 單元之后。粒子傳感器106通過管段107與水管102操作性接合，以連續(xù)計數(shù)和確定水中 流動的微小粒子116的尺寸。由于兩個轉(zhuǎn)向管104和119，可以采集粒子傳感器106上游和 下游的水樣。以這種方式，可以消除所采水樣中可能產(chǎn)生的任何變化。水中不良粒子可能包括，例如，微生物、細菌和寄生蟲(如隱孢子蟲和賈第鞭毛蟲 或其他有機污染物)。粒子還可能指示化學(xué)和放射性污染。轉(zhuǎn)向管104還具有連接在其上的第一支管109和第二支管111。支管109與流量 調(diào)節(jié)器113流體連通，而支管111與一個冷卻設(shè)備或制冷器108直接連通，該冷卻設(shè)備或制 冷器包含多個存儲水樣126的容器115。該容器可以存儲任何合適體積的水，如從0. 1升至 100升，如1-2升。以這種方式，可以分析還沒有通過粒子傳感器106的水。管道117在粒子傳感器 106和流量調(diào)節(jié)器113之間延伸。流量調(diào)節(jié)器的一個功能是通過產(chǎn)生水柱來更精確的設(shè)定 水流量，以確保正確的水量通過管道117進入粒子傳感器106。該調(diào)節(jié)器113還可用于在水 進入粒子傳感器106之前從水中去除不需要的氣泡。機械流量控制器可以用電子流量控制 器來替代。通常微小粒子數(shù)量和水質(zhì)之間存在非常強的聯(lián)系，因為許多微小粒子都攜帶污染 物。粒子傳感器106可用于計數(shù)來自管道107中輸送的水中的粒子和已經(jīng)通過水調(diào)節(jié)器 113并隨后通過管道117和/或119的水中的粒子。如前畫指出的，水可以通過第二轉(zhuǎn)向管119從水管102轉(zhuǎn)向并直接進入制冷器 108。以這種方式，可以分析沒有通過粒子傳感器106的下游水，并可以通過流量調(diào)節(jié)器113 連接。隨后這些水樣可以與通過管道1 來自粒子傳感器106的水樣進行比較。當粒子數(shù) 量達到某臨界值時，來自粒子傳感器106的信號自動觸發(fā)存儲在制冷器中的水樣的產(chǎn)生。粒子傳感器106可以采用光散射技術(shù)、消光技術(shù)或任何其他計數(shù)流動水中的粒子 的合適技術(shù)來計數(shù)粒子。設(shè)備106可以設(shè)置成記錄0. 1-500微米范圍內(nèi)的粒子，更優(yōu)選是 0. 5-100微米范圍內(nèi)的粒子。優(yōu)選的，設(shè)備106可以篩分下列尺寸范圍內(nèi)的粒子0. 5-1微 米、1-2微米、2-7微米、7-20微米以及20-100微米。當然，該設(shè)備可以設(shè)置成篩分其他合適 的尺寸范圍。最優(yōu)選的，設(shè)備106計數(shù)尺寸在1-25微米范圍內(nèi)的粒子，該范圍包括對水質(zhì) 監(jiān)控非常重要的大多數(shù)細菌(即使不是全部細菌)和其他微生物。微處理器112，如可編程邏輯配置(PLC)設(shè)備，分別通過信號連接121、123、125和 127與計數(shù)設(shè)備106、流量調(diào)節(jié)器113、轉(zhuǎn)向管104和第二轉(zhuǎn)向管119操作性接合，用于開啟 或關(guān)閉水系統(tǒng)100中連接到計數(shù)設(shè)備106、流量調(diào)節(jié)器113以及水管104、119的閥。微處理 器112與水系統(tǒng)100的操作者(operator) 114通訊。信號125可以控制閥142、144、146、 148。信號127可以控制第二轉(zhuǎn)向管119的閥150。信號121、123控制管道117中的水流。 該微處理器可以存儲所有粒子數(shù)，用于進一步分析。在操作時，粒子傳感器106連續(xù)計數(shù)在水管中流動的粒子116。當粒子數(shù)在一定時間內(nèi)達到一個臨界值時，如超過50粒子/ml，就會觸發(fā)警報或 水檢驗信號128。通常，粒子數(shù)不應(yīng)當超過水流中粒子正常基數(shù)的20%，或更優(yōu)選10%。粒子傳感器106自動獲得水樣126，用于通過操作者114進一步檢驗和分析。轉(zhuǎn)向管可以連接 一個閥，以便將來自主水管102的水轉(zhuǎn)向，從而獲得水樣126。該處理器可以是可編程的以 安排不同的水檢驗體積。水樣126優(yōu)選自動保存在制冷器108中以防止進一步污染。如上 而指出的，微處理器112激活閥，從而使得預(yù)定檢驗體積的水樣流入設(shè)置在制冷器108中的 容器115。隨后操作者114可以分析容器115中的水樣126。所有結(jié)果被連續(xù)記錄在處理 器和/或監(jiān)控器和/或USB存儲器和/或閃卡中。警報信號1 還可以被發(fā)送到水廠的操作者114。如果粒子數(shù)達到一個臨界值，則 可以發(fā)送一個臨界信號130到臨界觸點132。然而，為了避免不必要的恐慌，臨界信號130 可以只有在水樣檢驗確認非常高的污染之后才被發(fā)送?？梢酝ㄟ^在位置134、136、138、140或任何其他合適位置處采集附加水樣來進一 步分析水。操作者可以首先做一個快速分析，以檢查水的濁度、顏色、氯、PH、透明度、傳導(dǎo) 率、大腸菌群、大腸桿菌或任何其他合適的參數(shù)。該操作者還可以在警報信號向外發(fā)送之前 進行檢查，以確定粒子數(shù)的增加不是由水廠自身內(nèi)部問題導(dǎo)致的。如圖2所示，如曲線圖150所示粒子數(shù)可能逐漸增加并相對粒子數(shù)的正?；?58 達到峰值152，隨后下降。曲線圖150可以設(shè)計成顯示所有粒子尺寸和/或僅顯示預(yù)先限定 粒子尺寸范圍的粒子，如0. 5-1微米、1-2微米、2-7微米和7-20微米。通過將粒子數(shù)篩分 在多個尺寸范圍中，操作者可以獲得關(guān)于何種類型的微生物可能污染了水的信息。達到峰 值152之前的水檢驗可認為是初級檢驗154，而峰值之后的檢驗可認為是二級檢驗156。初 級檢驗154的一個目的是觸發(fā)水檢驗程序并警示必要的人員。二級檢驗156的一個目的是 確定沒有發(fā)生粒子數(shù)的附加峰值或?qū)嵸|(zhì)性的增加。參考圖3，其顯示了本發(fā)明用于監(jiān)控水質(zhì)的系統(tǒng)的部分100的功能的示意圖。待 檢驗水202通過歧管201被輸送進入發(fā)現(xiàn)設(shè)備203中，該設(shè)備用于通過粒子傳感器發(fā)現(xiàn)或 檢測水的污染物?？梢詮牟煌狞c將水輸送進入該系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)可以包括參照水，即 沒有被污染的水。水在定性設(shè)備204中進行定性，并且信息被發(fā)送到一個微處理器監(jiān)控器 205。當前的水質(zhì)狀況可以顯示在一個監(jiān)控器211中。微處理器205可以利用存儲在內(nèi)部 或外部數(shù)據(jù)庫208中的信息來評估分析結(jié)果并將該分析結(jié)果與該信息進行比較。如果分析 結(jié)果確定應(yīng)當采樣，則來自微處理器205的信息被發(fā)送到取樣和存儲設(shè)備206，用于執(zhí)行水 樣采集。與此同時，微處理器205向操作者209發(fā)出水樣已被采集的指令，而操作者209向 微處理器發(fā)出信息已收到的確認。隨后操作者209執(zhí)行人工快速分析207?？焖俜治?07 可以包括涉及PH、透明度、傳導(dǎo)率、氯、顏色、細菌、重金屬、氧氣、溫度、0RP、采用PCR技術(shù)識 別微生物、T0C, TON、PyGC/MS、UV-VIS，以及其他合適的檢驗參數(shù)的分析。結(jié)果送至微處理 器205用于借助數(shù)據(jù)庫208進行評估。此后，信息被送至操作者209確定是否應(yīng)當進行詳 細的實驗室分析212。分析212可以包括涉及細菌、寄生蟲、有機物及其他合適參數(shù)的參數(shù) 分析。隨后操作者209可以通知風(fēng)險管理組214，水樣已被采集且被送走用于詳細的實驗 室分析212。詳細分析212的結(jié)果送至微處理器205，用于借助存儲在數(shù)據(jù)庫208中的信息 進行評估。信號被發(fā)送至報告和評估單元213，并且微處理器205向風(fēng)險管理組214提供關(guān) 于要采取的步驟的建議。當污染嚴重時，可以快速觸發(fā)臭氧消毒單元218以利用臭氧消毒 處理來處理受污染水。警報單元210的用于不同等級和風(fēng)險的警報可以通過微處理器205 發(fā)送到操作者209和風(fēng)險管理214?？梢酝ㄟ^通訊設(shè)備217從微處理器205和數(shù)據(jù)庫208獲取信息，所述通訊設(shè)備可包括GSM、衛(wèi)星、因特網(wǎng)或任何其他合適的通訊設(shè)備或技術(shù)。還 可以定期激活或在線激活處理單元216用于自動沖洗清洗、消毒、校準控制、驗證、靈敏度/ 精確度評估、傳感器203以及取樣和存儲單元206的維護。作為選擇，還可以包括用于自動 現(xiàn)場分析的其他在線測量裝置215，其可以在消費者處或系統(tǒng)100中執(zhí)行或設(shè)置。裝置215 中的自動分析可以包括參數(shù)分析，如圖像識別、用自動顯微鏡觀察的細胞計數(shù)器、T0C/C0D、 DNA鑒定、大腸桿菌快速檢測儀(Colifast)、毒性、放射性和UV-VIS。圖4是本發(fā)明一個實施例的示意圖，其包括在閥302上游位置處與水管301流體 連通的監(jiān)控系統(tǒng)300。水管301將水輸送到位于閥302下游的水廠中。在該圖示實施例中， 監(jiān)控系統(tǒng)100位于水廠(WP)下游，并監(jiān)控在從水廠輸送水的管道102中流動的水的質(zhì)量。 水廠可以是例如水處理廠。在另一個實施例中，監(jiān)控系統(tǒng)位于水廠內(nèi)，該水廠可以是例如釀 酒廠、瓶裝飲用水生產(chǎn)廠或任何其他合適的使用水或處理水的工廠。優(yōu)選的，水監(jiān)控系統(tǒng)位 于水凈化單元的下游，該凈化單元例如包括過濾器(如砂過濾器)以及用于化學(xué)處理水的 單元。系統(tǒng)300有一個位于水管301中的閥302并且在轉(zhuǎn)向水管306中有另一個閥304。 閥302和304可以處于開啟或關(guān)閉位置。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會容易的意識到，在一些實施例中，閥302和304執(zhí)行的功 能實際上可以只通過一個閥，即一個三通閥來同樣的完成。在其它實施例中，閥304可以設(shè) 置距離閥302 —段距離。因此，在一些實施例中，閥304緊臨監(jiān)控設(shè)備308設(shè)置，所述監(jiān)控 設(shè)備優(yōu)選緊臨水源。正常情況下，閥302開啟而閥304關(guān)閉，從而使得管道306中沒有水流動，由此管 道301中流動的水連續(xù)通過閥302進入水廠，并最終進入管道102。系統(tǒng)300還具有通過管 段310與水管301流體連通的監(jiān)控設(shè)備308，所述管段具有閥312，其也可以位于開啟或關(guān) 閉位置，但正常是開啟的。優(yōu)選的，監(jiān)控設(shè)備308具有粒子傳感器309，其連續(xù)檢測水管301 中流動的水中的粒子。粒子傳感器309通過管段310與水管301操作性接合，以優(yōu)選連續(xù) 地計數(shù)，并且可選地確定水中流動的微小粒子318的大小。管段310中流動的水可以通過 合適的流量調(diào)節(jié)器(未顯示)進行調(diào)節(jié)。還可以采集水管301中流動的水的水樣用于進一步分析。水樣采集可以設(shè)置成當 粒子數(shù)達到某個臨界值時通過來自粒子傳感器309的信號自動觸發(fā)，該水樣可以存儲在制 冷器中。粒子傳感器309可以采用光散射技術(shù)、消光技術(shù)或任何其他用于計數(shù)流動水中的 粒子的合適技術(shù)來計數(shù)粒子。粒子傳感器309可以設(shè)置成記錄0. 1-500微米范圍內(nèi)的粒子， 更優(yōu)選地0. 5-100微米范圍內(nèi)的粒子。優(yōu)選的，傳感器309可以篩分下列尺寸范圍中的粒 子0. 5-1微米、1-2微米、2-7微米、7-20微米以及20-100微米。當然，傳感器可以設(shè)置成 篩分其他合適的尺寸范圍。最優(yōu)選的，傳感器309計數(shù)尺寸在1-25微米范圍內(nèi)的粒子，該 范圍包括對水質(zhì)監(jiān)控非常重要的大多數(shù)細菌(即使不包括全部細菌)和其他微生物。監(jiān)控設(shè)備308包括微處理器(未顯示)，如可編程邏輯配置(PLC)設(shè)備，其與傳感 器309操作性接合，還與調(diào)節(jié)進入傳感器309的流量的流量調(diào)節(jié)器(未顯示)操作性接合。 該微處理器例如響應(yīng)傳感器309的信號還選擇性地觸發(fā)水樣采集，并觸發(fā)閥304和302的 開啟和關(guān)閉。該微處理器還可以與警報中心通訊。該微處理器可以存儲所有粒子數(shù)用于進
9一步分析。轉(zhuǎn)向管306具有進口 314，該進口位于管道301上管段310的位置的下游且閥302 的上游，并轉(zhuǎn)向管306具有一個出口 316。當閥304開啟而閥302關(guān)閉時，水管301中流動 的水進入進口 314，流過轉(zhuǎn)向管306并通過出口 316流出。該轉(zhuǎn)向流可以持續(xù)至閥302重新 開啟而閥304關(guān)閉。管道306可以使水返回至水源?？蛇x的，管道306中的水可以輸送到除污染和/ 或凈化單元，并且輸送回水源或存儲在如水槽中，以便將來使用或進一步處理。在一個實施 例中，通過第三管道306輸送的水可以被適當?shù)奶幚?，例如凈化?或除污染，并優(yōu)選在管 道301上第一位置上游的位置處被輸送回管道301中?？蛇x的，不管是否經(jīng)過處理，通過第 三管道306輸送的水都可以被排放。監(jiān)控設(shè)備308具有粒子傳感器309，該粒子傳感器適用于檢測(優(yōu)選連續(xù)地)管道 301中的通過閥312進入管段310的水中的粒子。更特別的，該監(jiān)控設(shè)備308可以監(jiān)控管道 301中流動的水中的微污染物以及微小粒子318。粒子傳感器309可以是粒子計數(shù)器，該計 數(shù)器計數(shù)粒子以確定水管301中流動的水中顆粒污染物的濃度。當污染物粒子318的濃度 或數(shù)量達到或超過了閾值，例如預(yù)定值，監(jiān)控設(shè)備308立即觸發(fā)水樣采集324，向警報中心 322發(fā)送警報信號320，并關(guān)閉閥302，以阻止更多的水進入水廠。在一個實施例中，當管道301輸送的水中的粒子濃度超過預(yù)定閾值預(yù)定百分比 時，該觸發(fā)產(chǎn)生。應(yīng)當意識到，系統(tǒng)300的主要目的在于監(jiān)控和檢測水中粒子濃度的巨大變 化，其可能發(fā)生在如本文所討論的異常情形下，并且可能引起粒子318濃度突然上升超過 正常濃度范圍IO4倍之多或更多。因此，當粒子濃度達到正常波動范圍之外的數(shù)值時，將觸 發(fā)關(guān)閉閥302并開啟閥304。例如，當通過粒子傳感器309確定的粒子濃度超過管道301輸 送的水中預(yù)定平均粒子濃度多于50%、或多于100%、或多于200%、甚至多于500%，如多 于1000%時，閥302和304可以被致動。例如，用于關(guān)閉閥302并開啟304的閾值可以設(shè)置 為粒子濃度超過平均粒子濃度10、100、1000甚至IO4倍，這取決于例如水廠進口側(cè)水的要 求。在一個實施例中，當管道301輸送的水中的粒子濃度高于預(yù)定閾值持續(xù)超出預(yù)定 時間間隔時，則監(jiān)控設(shè)備308觸發(fā)閥304的開啟及閥302的關(guān)閉。該時間間隔可以很短，如 少于5分鐘、少于1分鐘甚至少于30秒；或更長，如達到10分鐘，或甚至達到20分鐘。當 確定的粒子濃度達到預(yù)定閾值時，監(jiān)控設(shè)備308還可以沒有任何遲延地觸發(fā)閥304的開啟 及閥302的關(guān)閉。污染粒子318的過量可能是由突降的大雨、暴風(fēng)雨、意外傾卸、化學(xué)品、化肥、細 菌、寄生蟲、病毒、漏油、藻華、壓倉水的傾卸以及其他這樣的可能急劇增加管道301中水污 染的意外突然事件引起的。污染粒子濃度的增加可以表示成正常預(yù)定水平的百分比或由表 示水管301中進水過量污染的任何其他合適方式表示。系統(tǒng)300的一個重要的優(yōu)勢在于污 染的發(fā)現(xiàn)，關(guān)閉及采集水樣可以發(fā)生在發(fā)現(xiàn)的數(shù)秒或數(shù)分鐘之內(nèi)。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，可能需 要幾天來發(fā)現(xiàn)并清理受污染的水廠。應(yīng)當理解，設(shè)定觸發(fā)關(guān)閉閥302并開啟閥304的粒子318濃度閾值將取決于涉及 具體情況的各種因素，并最終將取決于進入水廠以在那里被使用或處理的水質(zhì)要求。該監(jiān)控系統(tǒng)300的一個優(yōu)勢在于，從發(fā)現(xiàn)污染粒子318的濃度達到或超過閾值的數(shù)秒或數(shù)分鐘之內(nèi)，可以致動閥302和304，以阻止污染物318進入水廠及水管102。隨后 可以分析水樣324，同時水流通過轉(zhuǎn)向管道306轉(zhuǎn)向。事實上，水可以通過管道306轉(zhuǎn)向幾 個小時，或者轉(zhuǎn)向必需的時間，因而在閥302重新開啟使水流入水廠和水管102之前有足夠 的時間分析水樣324以確保污染物濃度恢復(fù)正常。通常，水廠適于處理污染物318濃度小 的變動，但不適于處理突然且急劇的污染增加，如上面所列事件可能導(dǎo)致的污染。因此，監(jiān) 控系統(tǒng)300防止水廠被污染并提供了預(yù)警。監(jiān)控系統(tǒng)100和300可以相互通訊。圖5是本發(fā)明實施例的另一個示意圖。在圖5中，進水泵303將水從水源(如湖 泊)供給水廠(WP)。水通過管道301、閥302和管道102輸送。正常情況下，閥302開啟而 閥304關(guān)閉。閥312優(yōu)選總是開啟并向監(jiān)控設(shè)備308供水。當監(jiān)控設(shè)備308報告存在污染 時，閥302將會自動關(guān)閉，而閥304將會開啟，因此將沒有水被供給水廠，并且使得管道301 中的水流過轉(zhuǎn)向管306及在316處流出。在316處流出的水可以返回原來的水源。當代表 管道301中水的檢測值，如粒子數(shù)，恢復(fù)正?；蝾A(yù)定水平時，閥304將關(guān)閉而閥302將重新 開啟。雖然圖5中所示實施例顯示了位于水廠(WP)內(nèi)的監(jiān)控設(shè)備，但應(yīng)當理解的是，只 要監(jiān)控設(shè)備在希望其可以監(jiān)控系統(tǒng)供水質(zhì)量的位置處與供水系統(tǒng)操作性接合，則該監(jiān)控設(shè) 備也可以位于水廠的下游。參考圖6，其顯示了本發(fā)明水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)部分300的功能的示意圖。待檢驗水402 通過歧管401輸送進入發(fā)現(xiàn)設(shè)備403，該發(fā)現(xiàn)設(shè)備采用粒子傳感器發(fā)現(xiàn)或檢測水的污染。可 以從多個點將水輸送進入該系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)可以包括參照水，即沒有被污染的水。水在 定性設(shè)備404中被定性且信息發(fā)送至微處理器監(jiān)控器405。當前的水質(zhì)狀況可以顯示在監(jiān) 控器411中。微處理器405可以利用存儲在內(nèi)部或外部數(shù)據(jù)庫408中的信息評估分析結(jié) 果并將該分析結(jié)果與該信息進行比較。如果分析結(jié)果確定水中粒子含量達到了預(yù)定閾值， 則微處理器將觸發(fā)第一和第二閥的致動418，即關(guān)閉第一閥并開啟第二閥304，從而將管道 102中的水流轉(zhuǎn)向到管道306(圖4)。還可以采集由管道301(圖4)輸送的水樣，在這種情 況下，來自微處理器405的信息被發(fā)送到取樣和存儲設(shè)備406，用于執(zhí)行水樣采集。與此同 時，微處理器405向操作者409發(fā)出水樣已被采集的指令，而操作者409向微處理器發(fā)出 信息已收到的確認。隨后操作者409執(zhí)行人工快速分析407?？焖俜治?07可以包括涉及 PH、透明度、濁度、傳導(dǎo)率、氯、顏色、細菌、藻類、重金屬、氧氣、溫度、0RP、采用PCR技術(shù)識別 微生物、T0C, TON、PyGC/MS、UV-VIS，以及其他合適的檢驗參數(shù)的分析。結(jié)果送至微處理器 405用于借助數(shù)據(jù)庫408進行評估。此后，信息被送至操作者409確定是否應(yīng)當進行詳細 的實驗室分析412。分析412可以包括涉及細菌、寄生蟲、有機物及其他合適參數(shù)的參數(shù)分 析。隨后操作者409可以通知風(fēng)險管理組414水樣已被采集且被送走用于詳細實驗室分析 412。詳細分析412的結(jié)果送至微處理器405，用于借助存儲在數(shù)據(jù)庫408中的信息進行評 估。信號發(fā)送至報告和評估單元413，并且微處理器405向風(fēng)險管理組414提供關(guān)于要采取 的步驟的建議?？梢赃x擇觸發(fā)臭氧消毒單元418以利用臭氧消毒處理來處理受污染水。警 報單元410的用于不同等級和風(fēng)險的警報可以通過微處理器405發(fā)送到操作者409和風(fēng)險 管理414?？梢酝ㄟ^通訊設(shè)備417從微處理器405和數(shù)據(jù)庫408獲取信息，所述通訊設(shè)備可 包括GSM、衛(wèi)星、因特網(wǎng)或任何其他合適的通訊設(shè)備或技術(shù)。還可以定期激活或在線激活處 理單元416用于自動沖洗清洗、消毒、校準控制、驗證、靈敏度/精確度評估、傳感器403以及取樣和存儲單元406的維護?？蛇x的，還可以包括用于自動現(xiàn)場分析的其他在線測量裝 置415。裝置415中的自動分析可以包括參數(shù)分析，如圖像識別、用自動顯微鏡觀察的細胞 計數(shù)器、T0C/C0D、DNA鑒定、大腸桿菌快速檢測儀(Colifast)、毒性、放射性和UV-VIS?！┧倪M一步分析和定性確定管線301中輸送的水的質(zhì)量再次符合要求，則微 處理器405將會發(fā)送信號給閥302以讓閥302重新開啟而發(fā)送信號給閥304以讓閥304關(guān) 閉。該進一步分析可以包括確定粒子數(shù)達到低于閾值的一個數(shù)值，該閾值可以與用于觸發(fā) 關(guān)閉閥302并開啟閥304的閾值相同或不同。用于開啟閥302并關(guān)閉閥304的信號也可以 基于水的任何補充特性，如涉及PH、透明度、濁度、傳導(dǎo)率、氯、顏色、細菌、藻類、寄生蟲、重 金屬、氧氣、溫度、0RP、采用PCR技術(shù)識別微生物、T0C、T0N、PyGC/MS、UV-VIS，以及任何其他 合適的檢驗參數(shù)。通過以上描述，很明顯本發(fā)明提供了一種用于預(yù)警供水系統(tǒng)的污染并保護供水系 統(tǒng)不被污染的裝置和方法。實際上，本發(fā)明的裝置和方法將允許快速檢測從水源到水廠的 水流中的突發(fā)污染事件，允許水流從其正常路徑轉(zhuǎn)向從而保護水廠不受進水中超高污染水 平的影響。通過這種方法，在保護水廠中的單元(如過濾器)不被污染的同時，可以生產(chǎn)更 加均質(zhì)的水。盡管依據(jù)優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但應(yīng)當被理解的是，在不背離下面權(quán) 利要求的主旨和范圍的情況下，可以對這些實施例進行一定數(shù)量的替換和變動。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)控供水系統(tǒng)中的水質(zhì)的方法，該供水系統(tǒng)提供有第一管道(301)，用于從水源輸送水；第一粒子傳感器(309)，用于檢測第一管道(301)中輸送的水中的粒子，所述粒子傳感 器(309)在第一管道(301)上的第一位置處與第一管道(301)操作性接合；第二管道(102)，其通過第一閥(30 與第一管道(301)流體連通；所述第一閥(302) 設(shè)置在第一管道(301)上的位于第一位置下游的第二位置處；第三管道(306)，其在第一位置下游并且在第二位置上游的位置處與第一管道(301) 流體連通；第二閥(304)，其在位于開啟位置時允許由第一管道(301)輸送的水流入第三管道 (306)；該方法包括通過第一粒子傳感器(309)確定由第一管道(301)輸送的水中的粒子(318)含量；和當確定的粒子(318)含量高于預(yù)定水平時，觸發(fā)關(guān)閉第一閥(302)并開啟第二閥 (304)，以阻止第一管道(301)中流動的水進入第二管道(10 ，并允許第一管道(301)中流 動的水進入第三管道(306)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括當?shù)谝婚y(30 關(guān)閉且第二閥(304)開啟時，進一 步確定由第一水管(301)輸送的水中的粒子(318)含量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，包括當確定的粒子(318)含量高于預(yù)定 水平時，對由第一管道(301)輸送的水的另外定性參數(shù)進行至少一個分析。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的方法，包括當確定的粒子(318)含量高于預(yù)定水平 時，采集由第一管道(301)輸送的水的至少一個水樣，并針對該水樣的至少一個定性參數(shù) 分析該水樣。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4任一項所述的方法，包括僅當確定的粒子(318)含量低于預(yù)定水 平時才觸發(fā)開啟第一閥(302)并關(guān)閉第二閥(304)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5任一項所述的方法，包括僅當由第一管道(301)輸送的水的至少 一個定性參數(shù)的分析結(jié)果在所述參數(shù)的預(yù)定范圍內(nèi)時，才觸發(fā)開啟第一閥(302)并關(guān)閉第 二閥(304)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6任一項所述的方法，包括僅當水樣的至少一個定性參數(shù)的分析結(jié) 果在所述參數(shù)的預(yù)定范圍內(nèi)時，才觸發(fā)開啟第一閥(302)并關(guān)閉第二閥(304)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的方法，其中，進入第三管道(306)的水返回到水源。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的方法，進一步包括當由第一管道(301)輸送的水的 確定的粒子(318)含量高于預(yù)定值時，觸發(fā)警報信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的方法，其中，由第一管道(301)輸送的水中的粒子 (318)含量被連續(xù)地確定。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項所述的方法，其中，提供用于檢測第二管道(102)中輸送 的水中的粒子并且與第二管道(10 操作性接合的第二粒子傳感器(106)；該方法包括確 定所述第二管道(102)的水中的粒子含量；以及當由所述第二管道(10 輸送的水中確定 的粒子含量高于預(yù)定水平時，觸發(fā)采集由所述第二管道(10 輸送的水的水樣。
12.—種監(jiān)控供水系統(tǒng)中的水質(zhì)的裝置，包括第一管道(301)，用于從水源輸送水；第一粒子傳感器(309)，用于檢測第一管道(301)中輸送的水中的粒子，所述粒子傳感 器(309)在第一管道(301)上的第一位置處與第一管道(301)操作性接合；第二管道(102)，其通過第一閥(30 與第一管道(301)流體連通；所述第一閥(302) 設(shè)置在第一管道(301)上的位于第一位置下游的第二位置處，；第三管道(306)，其在第一位置下游并且在第二位置上游的位置處與第一管道(301) 流體連通；第二閥(304)，其在位于開啟位置時允許由第一管道(301)輸送的水流入第三管道 (306)。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，包括用于檢測在第二管道(102)中輸送的水中的粒子 的第二粒子傳感器(106)，該第二粒子傳感器與第二管道(10 操作性接合。
全文摘要
本發(fā)明公開一種監(jiān)控水質(zhì)的方法和裝置。一種水供應(yīng)和監(jiān)控系統(tǒng)包括第一水管；粒子傳感器，用于檢測所述管道中的第一位置處的水中的粒子；第二管道，其通過設(shè)置在第一管道上的位于第一位置下游的第二位置處的第一閥與第一管道流體連通；第三管道，其在第一和第二位置之間的位置處與第一管道流體連通；第二閥，其允許由第一管道輸送的水流入第三管道。一種使用所述裝置的方法，包括確定第一管道中的水中的粒子含量；當確定的粒子含量高于預(yù)定水平時，觸發(fā)關(guān)閉第一閥并開啟第二閥，由此，在第一管道中流動的水從第二管道轉(zhuǎn)向進入第三管道。
文檔編號G01N33/18GK102073292SQ20101016177
公開日2011年5月25日 申請日期2010年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者S·喬杜里 申請人:普里德克特有限公司