本發(fā)明涉及水質(zhì)檢測(cè)，特別涉及一種需氯量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、在水處理領(lǐng)域，確保水質(zhì)安全和衛(wèi)生至關(guān)重要，氯化消毒是自來(lái)水生產(chǎn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)殺滅水中有害微生物起著決定性作用。然而，水源水質(zhì)受季節(jié)、氣候、地理環(huán)境以及人類(lèi)活動(dòng)等多種因素影響，復(fù)雜多變。在自來(lái)水生產(chǎn)過(guò)程中，這種情況使得氯化消毒環(huán)節(jié)中水處理的需氯量必須依據(jù)水源水水質(zhì)變化實(shí)時(shí)調(diào)整，特別是氨氮污染期間，水源水中物質(zhì)種類(lèi)豐富、成分繁雜，氯氮反應(yīng)比例難以確定。

2、目前，實(shí)際自來(lái)水生產(chǎn)過(guò)程中，氯化消毒藥劑加量控制更多地依靠人工氯化實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出需氯量，再結(jié)合出水余氯儀表顯示值進(jìn)行加氯量的后饋調(diào)節(jié)。但這種方式存在諸多弊端，人工檢測(cè)不連續(xù)，有檢測(cè)間隔，且容易引入誤差、效率低下；出水余氯儀表檢測(cè)數(shù)據(jù)存在時(shí)間滯后，不能及時(shí)反映當(dāng)前水質(zhì)的真實(shí)需氯情況，可能導(dǎo)致加氯量不足影響水質(zhì)安全，或加氯量過(guò)多造成資源浪費(fèi)及產(chǎn)生有害消毒副產(chǎn)物，威脅人體健康和環(huán)境。

3、現(xiàn)有的水處理需氯量檢測(cè)和調(diào)節(jié)方式難以滿足日益嚴(yán)格的水質(zhì)要求和高效生產(chǎn)的需求，迫切需要一種能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、自動(dòng)檢測(cè)需氯量的方法與系統(tǒng)，以優(yōu)化水處理工藝，保障水質(zhì)安全和生產(chǎn)效率。在需氯量檢測(cè)這一領(lǐng)域，為達(dá)成更精準(zhǔn)、高效及可靠的檢測(cè)目標(biāo)，其還存在以下的技術(shù)難題。

4、1.水樣進(jìn)樣與試劑投加量的精準(zhǔn)性：

5、在水樣進(jìn)樣流程中，進(jìn)樣量的準(zhǔn)確度、連續(xù)性、代表性難以保障。鑒于水源水的繁雜多變特性，其可能涵蓋雜質(zhì)或顆粒物，極易致使進(jìn)樣泵堵塞抑或進(jìn)樣量出現(xiàn)波動(dòng)，對(duì)檢測(cè)的準(zhǔn)確性與連續(xù)性構(gòu)成不良影響。再者，進(jìn)樣管路的材質(zhì)選取及設(shè)計(jì)規(guī)劃或許無(wú)法切實(shí)規(guī)避水樣的殘留及交叉污染現(xiàn)象，進(jìn)而對(duì)后續(xù)檢測(cè)成果造成干擾。

6、投加試劑所含次氯酸鈉實(shí)際量難以保障，需氯量檢測(cè)中反應(yīng)試劑為次氯酸鈉，該化學(xué)物質(zhì)不穩(wěn)定、見(jiàn)光易分解，試劑隨著放置時(shí)間的推移，濃度降低，直接影響需氯量自動(dòng)檢測(cè)計(jì)算結(jié)果，并且投加量為毫升，加量小，精準(zhǔn)性更難把控。因此需氯量自動(dòng)檢測(cè)中次氯酸鈉濃度的檢測(cè)與精準(zhǔn)投加尤為關(guān)鍵。

7、2.氯化反應(yīng)充分性：

8、水質(zhì)反應(yīng)系統(tǒng)面臨著反應(yīng)條件難以精準(zhǔn)把控的困境。諸如水樣中物質(zhì)多變、存在不確定性，所需試劑投加量、反應(yīng)時(shí)間不同，根據(jù)水樣的變化而確定反應(yīng)試劑的加量、以及反應(yīng)時(shí)間的準(zhǔn)確性亦難以保證，這可能致使與水樣中的物質(zhì)反應(yīng)不充分或者過(guò)度反應(yīng)；另反應(yīng)灌攪拌不均勻，也將影響反應(yīng)效果，進(jìn)而產(chǎn)生需氯量檢測(cè)的誤差。

9、3.不同水樣的適應(yīng)性：

10、因不同水系、不同季節(jié)，水樣里還原性物質(zhì)、微生物、藻類(lèi)等物質(zhì)均有不同，對(duì)自動(dòng)氯化反應(yīng)各項(xiàng)參數(shù)要求也不同，如預(yù)檢測(cè)時(shí)間、反應(yīng)時(shí)間、次氯酸鈉投加量等，另實(shí)際生產(chǎn)檢測(cè)中，根據(jù)生產(chǎn)情況不同，用戶也將對(duì)需氯量自動(dòng)檢測(cè)要求也不同，如水樣為水庫(kù)水，水質(zhì)穩(wěn)定，更追求自動(dòng)檢測(cè)快速性，因此反應(yīng)時(shí)間剛好滿足“《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》游離氯指標(biāo)測(cè)定應(yīng)保證氯化反應(yīng)時(shí)間大于30min”的要求即可，因此自動(dòng)檢測(cè)方法參數(shù)應(yīng)具有可調(diào)整性，滿足實(shí)際檢測(cè)需求。

11、4.縮短水樣進(jìn)樣周期，增加水樣周期性檢測(cè)頻次：反應(yīng)模塊在進(jìn)行氯化反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)灌被占用，反應(yīng)期間無(wú)法進(jìn)行水樣進(jìn)樣，需待反應(yīng)灌反應(yīng)完成清洗后方具備水樣進(jìn)樣條件，這樣延長(zhǎng)進(jìn)樣水測(cè)周期，降低水樣檢測(cè)頻次，因此需要找到一個(gè)縮短水樣進(jìn)樣周期，提高檢測(cè)頻次的方法。

12、5.數(shù)據(jù)處理：

13、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在算法的精準(zhǔn)性和適應(yīng)性層面存在缺陷。復(fù)雜的水質(zhì)狀況可能引發(fā)數(shù)據(jù)的異常波動(dòng)，而現(xiàn)存的算法或許無(wú)法有效識(shí)別并處理這些異常值，從而對(duì)最終的需氯量計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生影響。同時(shí)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理模式可能欠缺高效性，不利于數(shù)據(jù)的快速檢索與長(zhǎng)期留存。

14、綜上所述，現(xiàn)有的需氯量自動(dòng)檢測(cè)存在不同程度的技術(shù)難題，亟待找到一種適宜的自動(dòng)檢測(cè)方法與可靠、精準(zhǔn)、易用的檢測(cè)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述不足之處提供一種需氯量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)及方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中水樣進(jìn)樣與試劑投加量的精準(zhǔn)性不高、不同水樣下氯化反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行充分反應(yīng)、無(wú)法對(duì)不同的水樣進(jìn)行適應(yīng)、水樣周期性檢測(cè)頻次低、無(wú)法識(shí)別處理異常數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理模式不夠高效的問(wèn)題。

2、本發(fā)明是通過(guò)下述方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

3、一種需氯量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，至少包括但不限于進(jìn)樣模塊、反應(yīng)模塊、檢測(cè)模塊和控制與顯示模塊；所述反應(yīng)模塊與進(jìn)樣模塊連接，所述反應(yīng)模塊中至少設(shè)置有1個(gè)反應(yīng)罐，所述檢測(cè)模塊與反應(yīng)模塊連接，所述控制與顯示模塊分別與進(jìn)樣模塊、反應(yīng)模塊、檢測(cè)模塊連接。

4、基于上述一種需氯量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，所述進(jìn)樣模塊中包括進(jìn)液切換閥、進(jìn)液泵和藥劑給定組件；所述進(jìn)液切換閥一端分別與純水進(jìn)液管以及原水進(jìn)液管連接，另一端與進(jìn)液泵連接，所述進(jìn)液泵和藥劑給定組件與反應(yīng)模塊連接。

5、基于上述一種需氯量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，所述反應(yīng)模塊包括反應(yīng)罐、預(yù)檢罐和檢測(cè)罐，所述反應(yīng)罐分別通過(guò)第一管路和第二管路與預(yù)檢罐和檢測(cè)罐連接；所述反應(yīng)罐的進(jìn)液端分別與藥劑給定組件以及進(jìn)液泵連接，所述預(yù)檢罐和檢測(cè)罐通過(guò)管路與檢測(cè)模塊連接。

6、基于上述一種需氯量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，所述檢測(cè)模塊包括檢測(cè)切換閥、過(guò)濾組件和余氯檢測(cè)單元；所述檢測(cè)切換閥分別與預(yù)檢罐以及檢測(cè)罐連接，所述檢測(cè)切換閥與過(guò)濾組件連接，所述過(guò)濾組件與余氯檢測(cè)單元；所述反應(yīng)罐上頂部位置設(shè)置有攪拌組件，所述反應(yīng)罐內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置有至少2個(gè)液位傳感器，所述第一管路上設(shè)置有預(yù)檢進(jìn)液閥，所述第二管路上設(shè)置有檢測(cè)進(jìn)液閥；所述反應(yīng)罐底部還設(shè)置有排污閥，所述預(yù)檢罐和檢測(cè)罐底部還設(shè)置有預(yù)檢放空閥和檢測(cè)放空閥；所述控制與顯示模塊包含控制器和觸摸屏；所述的控制器與進(jìn)樣模塊、反應(yīng)模塊、檢測(cè)模塊中的元器件電連接，所述觸摸屏與控制器連接。

7、本方案提供一種需氯量自動(dòng)檢測(cè)方法，其包括以下步驟：

8、s1：取樣，啟動(dòng)進(jìn)液泵向反應(yīng)罐進(jìn)原水，啟動(dòng)藥劑給定組件向反應(yīng)罐加入藥劑；

9、s2：反應(yīng)，經(jīng)短時(shí)氯化反應(yīng)預(yù)判斷水體耗氯量，若判斷結(jié)構(gòu)為余氯足夠，則經(jīng)充分反應(yīng)后自動(dòng)進(jìn)入檢測(cè)罐進(jìn)行余氯檢測(cè)；若判斷結(jié)果為余氯不足，則自動(dòng)二次加藥，再經(jīng)充分反應(yīng)后進(jìn)入檢測(cè)罐，進(jìn)行余氯檢測(cè)；

10、s3：檢測(cè)，通過(guò)余氯檢測(cè)單元檢測(cè)游離性余氯指標(biāo)；

11、s4：計(jì)算，通過(guò)采集多組數(shù)據(jù)并分析對(duì)比，計(jì)算模塊具備自動(dòng)識(shí)別和排除異常數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算并選取測(cè)量周期內(nèi)的正常數(shù)據(jù)并在人機(jī)交互界面上并進(jìn)行顯示；在根據(jù)需求重復(fù)s1～s4。

12、在s1中，取樣的具體步驟為：?jiǎn)?dòng)進(jìn)水蠕動(dòng)泵向反應(yīng)罐進(jìn)原水v1ml，啟動(dòng)微型注射泵向反應(yīng)罐加入濃度為a?mg/ml體積為v2ml的次氯酸鈉；

13、在s2中，反應(yīng)的具體步驟為：?jiǎn)?dòng)攪拌組件，使反應(yīng)罐里溶液的充分混合；t0分鐘后將v3ml的混合液放入預(yù)檢罐，并進(jìn)行檢測(cè)混合液余氯值kmg/l；對(duì)k值進(jìn)行判斷；

14、當(dāng)k＞m時(shí)，經(jīng)過(guò)t1min后打開(kāi)檢測(cè)進(jìn)液閥將溶液放入檢測(cè)罐；

15、當(dāng)n＜k＜m時(shí)，啟動(dòng)微型注射泵向反應(yīng)罐加入濃度為a?mg/ml體積為v4ml的次氯酸鈉，經(jīng)過(guò)t2min后打開(kāi)檢測(cè)進(jìn)液閥將溶液放入檢測(cè)罐；

16、當(dāng)k＜n時(shí)，啟動(dòng)微型注射泵向反應(yīng)罐加入濃度為a?mg/ml體積為v5ml的次氯酸鈉，經(jīng)過(guò)t3min后打開(kāi)檢測(cè)進(jìn)液閥將溶液放入檢測(cè)罐。

17、在s3中，檢測(cè)的具體步驟為，通過(guò)余氯檢測(cè)單元檢測(cè)游離性余氯指標(biāo)；

18、當(dāng)k＞m時(shí)，經(jīng)過(guò)t1min后，余氯檢測(cè)單元測(cè)量溶液余氯值為k1mg/l；

19、當(dāng)n＜k＜m時(shí)，經(jīng)過(guò)t2min后，余氯檢測(cè)單元測(cè)量溶液余氯值為k2mg/l；

20、當(dāng)k＜n時(shí)，經(jīng)過(guò)t3min后，余氯檢測(cè)單元測(cè)量溶液余氯值為k3mg/l，t1＜t2＜t3；在s4中，計(jì)算的具體步驟為，根據(jù)步驟s1、s2、s3得到原水需氯量表達(dá)式：

21、c＝[1000＊a＊v2－k1(v1+v2)]/v1k＞m

22、c＝[1000＊a＊(v2+v4)－k2(v1+v2+v4)]/v1n＜k＜m

23、c＝[1000＊a＊(v2+v5)－k3(v1+v2+v5)]/v1k＜n

24、其中，c為原水需氯量，單位mg/l，a為次氯酸鈉濃度，單位mg/l，v2為次氯酸鈉初始加量，單位ml，v4為n＜k＜m時(shí)次氯酸鈉二次加量，單位ml，v5為k＜n時(shí)次氯酸鈉二次加量，單位ml，k為預(yù)檢測(cè)時(shí)溶液余氯，單位mg/l；k1為k≥m時(shí)檢測(cè)罐溶液余氯值，單位mg/l；k2為n＜k＜m時(shí)檢測(cè)罐溶液余氯值，單位mg/l；k3為k＜n時(shí)檢測(cè)罐溶液余氯值，單位mg/l；m，n為常數(shù)，且m＞n＞0。

25、在s4中還設(shè)置有藥劑濃度校準(zhǔn)流程，其包括以下步驟，

26、s41：取樣，打開(kāi)進(jìn)液切換閥，啟動(dòng)進(jìn)水蠕動(dòng)泵向反應(yīng)罐進(jìn)，純水v1ml，啟動(dòng)微型注射泵向反應(yīng)罐加入濃度為a?mg/ml體積為v2ml的次氯酸鈉；

27、s42：反應(yīng)，啟動(dòng)混合攪拌組件，使反應(yīng)罐里溶液的充分混合；t1分鐘后將v3ml的混合液放入預(yù)檢罐中；

28、s43：檢測(cè)，通過(guò)余氯檢測(cè)單元，經(jīng)過(guò)t1min后，余氯檢測(cè)單元測(cè)量溶液余氯值為k1mg/l；

29、s44：數(shù)據(jù)計(jì)算，根據(jù)步驟s41、s42、s43得到次氯酸鈉濃度表達(dá)式：

30、a1＝(v1+v2)＊k1/(1000＊v2)

31、其中，a1為實(shí)際次氯酸鈉，單位mg/ml；v1為純水體積，單位ml；v2為次氯酸鈉加量，單位ml；k1為預(yù)檢測(cè)罐溶液余氯值，單位mg/l。

32、本方案還提供一種需氯量自動(dòng)檢測(cè)方法，本方法中包括多個(gè)反應(yīng)罐，多個(gè)反應(yīng)罐的輸入端均與進(jìn)樣模塊連接，多個(gè)反應(yīng)罐的輸出端均分別與預(yù)檢罐以及反應(yīng)罐連；其包括以下步驟：

33、s1：依次取樣，啟動(dòng)進(jìn)液泵向指定反應(yīng)罐進(jìn)原水，啟動(dòng)藥劑給定組件向指定反應(yīng)罐加入次氯酸鈉；

34、s2：反應(yīng)，經(jīng)短時(shí)氯化反應(yīng)預(yù)判斷水體耗氯量，若判斷結(jié)構(gòu)為余氯足夠，則經(jīng)充分反應(yīng)后自動(dòng)進(jìn)入檢測(cè)罐進(jìn)行余氯檢測(cè)；若判斷結(jié)果為余氯不足，則自動(dòng)二次加藥，再經(jīng)充分反應(yīng)后進(jìn)入檢測(cè)罐，進(jìn)行余氯檢測(cè)；

35、s3：檢測(cè)，通過(guò)余氯檢測(cè)單元檢測(cè)游離性余氯指標(biāo)；根據(jù)反應(yīng)罐的個(gè)數(shù)n以及水體污染情設(shè)置間隔時(shí)間后，開(kāi)啟次一級(jí)反應(yīng)罐取樣作業(yè)，n為大于1的整數(shù)；

36、s4：計(jì)算，通過(guò)分析對(duì)比，計(jì)算模塊具備自動(dòng)識(shí)別和排除異常數(shù)據(jù)，自動(dòng)選取測(cè)量周期內(nèi)的正常數(shù)據(jù)并在人機(jī)交互界面上并進(jìn)行顯示；在根據(jù)需求重復(fù)s1～s4。

37、在s3中，檢測(cè)的具體步驟為，通過(guò)余氯檢測(cè)單元檢測(cè)游離性余氯指標(biāo)；

38、當(dāng)k＞m時(shí)，經(jīng)過(guò)t1min后，余氯檢測(cè)單元測(cè)量溶液余氯值為k1mg/l；

39、當(dāng)n＜k＜m時(shí)，經(jīng)過(guò)t2min后，余氯檢測(cè)單元測(cè)量溶液余氯值為k2mg/l；

40、當(dāng)k＜n時(shí)，經(jīng)過(guò)t3min后，余氯檢測(cè)單元測(cè)量溶液余氯值為k3mg/l；

41、次一級(jí)反應(yīng)罐次進(jìn)樣的時(shí)間采用以下方法進(jìn)行設(shè)置；

42、當(dāng)k＞m時(shí)，經(jīng)過(guò)(t0+t1)/nmin后，次一級(jí)反應(yīng)罐取樣，啟動(dòng)進(jìn)水蠕動(dòng)泵和切換閥向反應(yīng)罐進(jìn)原水v1ml，啟動(dòng)微型注射泵和切換閥向反應(yīng)罐加入濃度為amg/ml體積為v2ml的次氯酸鈉；

43、當(dāng)n＜k＜m時(shí)，經(jīng)過(guò)(t0+t2)/nmin后，次一級(jí)反應(yīng)罐取樣，啟動(dòng)進(jìn)水蠕動(dòng)泵和切換閥向反應(yīng)罐進(jìn)原水v1ml，啟動(dòng)微型注射泵和切換閥向反應(yīng)罐加入濃度為amg/ml體積為v2ml的次氯酸鈉；

44、當(dāng)k＜n時(shí)，經(jīng)過(guò)(t0+t3)/nmin后，次一級(jí)反應(yīng)罐取樣，啟動(dòng)進(jìn)水蠕動(dòng)泵和切換閥向反應(yīng)罐進(jìn)原水v1ml，啟動(dòng)微型注射泵和切換閥向反應(yīng)罐加入濃度為amg/ml體積為v2ml的次氯酸鈉。

45、綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

46、1、本方案中，進(jìn)樣模塊用于樣品水體的進(jìn)樣控制，樣品水體通過(guò)管路進(jìn)入到反應(yīng)模塊中，使樣品水體與藥劑反應(yīng)，反應(yīng)后的水體進(jìn)入到檢測(cè)模塊中，檢測(cè)模塊對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，最終檢測(cè)后的數(shù)據(jù)顯示在控制與顯示模塊中，控制與顯示模塊同時(shí)對(duì)各個(gè)模塊中的部件進(jìn)行控制，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集。

47、2、通過(guò)本方案，在檢測(cè)精度方面，通過(guò)先進(jìn)的檢測(cè)裝置和縝密的檢測(cè)方法，能夠精確測(cè)量水樣中的需氯量，大幅降低誤差，為水處理提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持；

48、3、在實(shí)時(shí)性上，該檢測(cè)儀可實(shí)現(xiàn)連續(xù)周期性檢測(cè)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)反映水質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化，為加氯量的確定提供科學(xué)準(zhǔn)確的依據(jù)，一方面避免了因人工檢測(cè)數(shù)據(jù)不連續(xù)帶來(lái)的制水風(fēng)險(xiǎn)，另一方面，該檢測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性和準(zhǔn)確性，更有利于加氯量的精確控制，避免因加氯不足帶來(lái)的水質(zhì)不合格或因過(guò)量加氯造成不必要的成本浪費(fèi)和消毒副產(chǎn)物增加；

49、4、在自動(dòng)化程度方面，從水樣采集、檢測(cè)分析到數(shù)據(jù)處理和結(jié)果輸出，全流程自動(dòng)化運(yùn)行，減少了人工干預(yù)，不僅提高了工作效率，還降低了人為誤差的影響。

50、5、裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，各模塊之間通過(guò)快拔接頭連接，方便增減?？筛鶕?jù)需要增加一組或多組反應(yīng)罐模組，成倍的提高檢測(cè)頻次，及時(shí)檢測(cè)到水質(zhì)變化情況。

51、6、對(duì)于復(fù)雜的水質(zhì)情況，本方案具有良好的適應(yīng)性。能夠準(zhǔn)確檢測(cè)各種不同水源、不同污染程度水樣的需氯量，不受水樣中雜質(zhì)、干擾物質(zhì)等因素的顯著影響；智能化的數(shù)據(jù)處理和分析功能，能夠?qū)Υ罅繖z測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理和深度挖掘，為優(yōu)化水處理工藝、預(yù)測(cè)水質(zhì)變化趨勢(shì)提供有力依據(jù)；

52、7、同時(shí)，該檢測(cè)儀的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性得到顯著提升，降低了維護(hù)成本和設(shè)備故障率，確保了在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中能夠持續(xù)穩(wěn)定地提供準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。

53、8、反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)置了兩級(jí)加氯程序；可根據(jù)水體變化，實(shí)時(shí)調(diào)整加氯量，耗氯量低時(shí)可只啟動(dòng)一級(jí)加氯，降低周期耗時(shí)；耗氯量增加，可啟動(dòng)二級(jí)加氯，并根據(jù)污染種類(lèi)調(diào)整反應(yīng)時(shí)間，為水廠應(yīng)急決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。