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氯化物實時在線監控報警系統及方法
【專利摘要】一種氯化物實時在線監控報警系統，包括在各引水水閘上配置的裝置和一控制中心，其包括：電極：所述電極和導線安裝在保護管內，所述保護管固定在始終末入水的水閘翼墻上，所述電極可活動地從所述保護管內取出以便清潔；咸度變送器：連接所述電極，所述電極測得的信號經包括溫度補償、放大處理在內的處理，并且所述咸度變送器定期或觸發式進行校準；采集處理裝置：連接所述咸度變送器，接收所述咸度變送器發送的數據，處理后獲得咸度信息，與預先計算得到的牽移量進行求和，獲得當前的咸度信息，判斷當前的咸度信息是否超過預先設定的域值范圍，若超過則進行報警處理，所述牽移量為預先采樣獲得的咸度信息與預先通過硝酸銀滴法測量的咸度信息的差值或多次所述差值的平均值。
【專利說明】氯化物實時在線監控報警系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及水處理監控領域，尤其涉及一種氯化物實時在線監控報警系統及方法。
【背景技術】
[0002]生態建設，水環境質量是一個重要的指標。本專利以崇明生態島為例，來說明水環境質量的監控管理的一些問題及如何解決。崇明島具有豐富的地表水資源，主要由境內的降水和來自長江的自然引潮兩部分，其中90%是利用沿江水閘從長江引進的。然而，秋冬季節水閘引水經常受咸潮的影響，如何加強對咸潮的監測，防止咸潮的倒灌，確保島內水質安全已成為水閘管理部門的一項重要工作。
[0003]崇明島地處長江入海口，長江北支氯化物常年偏高(俗稱咸潮)，北部水閘主要以排水為主，崇明島的引水由西部的崇西水閘和南部的新建、廟港、三沙洪、老效、張網港、新河、堡鎮南閘等十四座水閘完成。為防止咸潮倒灌，各引水水閘長期以來一直采用硝酸銀滴定法來監測潮水中的氯化物含量，此法是以鉻酸鉀為指示劑，用硝酸銀滴定氯化物，由于氯化銀的溶解度小于鉻酸銀的溶解度，氯離子首先被完全沉淀出來后，然后鉻酸鹽以鉻酸銀的形式被沉淀，產生磚紅色，指示滴定終點到達。
[0004]由于潮汐自身的規律，且受江中的暗沙影響，每次潮汐的潮高、流速、流向都變化莫測，漲潮的時間較長，同一漲潮過程，不同時段的潮水中氯化物含量變化很大。如采用一潮多化驗雖然能對開始引水時水中的氯化物含量進行時段性的監測，卻可能取到的水樣是淡水而引進的實為咸水，掌握的數據并不全面。加上硝酸銀滴定法化驗從取水樣到結果測定需要一定的時間，容易造成在化驗監測時咸潮短時倒灌，而且一潮多化驗工作比較繁瑣，在實踐過程中造成人為的少檢或漏檢，造成咸潮倒灌的隱患不能從根本上消除。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于提供一種氯化物實時在線監控報警系統，以解決現有硝酸銀滴定法化驗從取水樣到結果測定需要一定的時間，容易造成在化驗監測時咸潮短時倒灌，而且一潮多化驗工作比較繁瑣，在實踐過程中造成人為的少檢或漏檢，造成咸潮倒灌的隱患不能從根本上消除的技術問題。
[0006]本發明的另一目的在于提供一種氯化物實時在線監控報警方法，以解決現有的監測存在不準確，容易造成咸潮倒灌的隱患的技術問題。
[0007]一種氯化物實時在線監控報警系統，包括在各引水水閘上配置的裝置，其包括:
[0008]電極:所述電極和導線安裝在保護管內，所述保護管固定在始終末入水的水閘翼墻上，所述電極可活動地從所述保護管內取出；
[0009]咸度變送器:連接所述電極，所述電極測得的信號經包括溫度補償、放大處理在內的處理，并且所述咸度變送器定期或觸發式進行校準；
[0010]采集處理裝置:連接所述咸度變送器，接收所述咸度變送器發送的數據，處理后獲得咸度信息，與預先計算得到的牽移量進行求和，獲得當前的咸度信息，判斷當前的咸度信息是否超過預先設定的域值范圍，若超過則進行報警處理，所述牽移量為預先采樣獲得的咸度信息與預先通過硝酸銀滴法測量的咸度信息的差值或多次所述差值的平均值。
[0011]在各引水水閘上配置的裝置還包括用于采集閘門開度情況的閘門開度儀和用于測量電極所在水深位置的超聲波水位儀，所述閘門開度儀和所述超聲波水位儀分別連接所述采集處理裝置，所述采集處理裝置進一步保存所述閘門開度情況及所在水深位置信息，并且，根據水深位置和開度信息結合咸度數據來確定水閘是否在引進咸潮。進一步精確計算所述咸度信息。
[0012]在各引水水閘上配置的裝置還包括工控機及一中心服務器，所述工控機連接所述采集處理裝置，所述工控機連接所述一中心服務器。
[0013]一種氯化物實時在線監控報警方法，其特征在于，包括:
[0014]電導率測量儀的電極和導線安裝在保護管內，所述保護管固定在始終末入水的水閘翼墻上，所述電極可活動地從所述保護管內取出，所述電極連接咸度變送器；采集處理裝置連接所述咸度變送器；
[0015]所述咸度變送器進行校準處理；
[0016]預先計算牽移量:預先采樣獲得的咸度信息與預先通過硝酸銀滴法測量的咸度信息的差值或多次所述差值的平均值；
[0017]兩個所述電板所在的保護管放到被測江水中，通過在極板的兩端加上一定的電勢，測量極板間流過的電流，再根據歐姆定律，得到電導率；
[0018]所述電導率通過溫度補償、放大處理在內的處理后，再送入采集處理裝置，所述采集處理裝置處理后獲得咸度信息，與預先計算得到的牽移量進行求和，獲得當前的咸度信息，判斷當前的咸度信息是否超過預先設定的域值范圍，若超過則進行報警處理。
[0019]本方法還可以包括:
[0020]各引水水閘上配置的裝置還包括筆式咸度測量儀；
[0021]所述采集處理裝置判斷出當前的咸度信息超過預先設定的域值范圍后，進一步采集所述筆式咸度測量儀的咸度，若同樣也超出預先設定的域值范圍再進行報警處理。
[0022]與現有技術相比，本發明在線監測的精準度非常高，并且有著極強的實時性，盡量造成人為的少檢或漏檢的情況發生，盡可能避免咸潮倒灌的發生。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為氯化物實時在線監控報警系統的原理圖；
[0024]圖2為氯化物實時在線監控報警系統的一實例示意圖。
【具體實施方式】
[0025]為滿足生態島建設對水環境提出的要求， 申請人:著手研制一套咸潮實時在線檢測報警系統，通過近期的試運行，系統工作正常，反映的監測數據和其他檢測手段的測量數據基本一致，能夠保證引水安全。
[0026]本套系統的關鍵是利用電極對江水進行實時的電導率檢測。技術先進可靠，且實用性強，使用至今多次避免了引進咸水的事故，在保護島內河水質方面起到了很好的作用。[0027](一 )系統原理
[0028]咸潮實時在線檢測報警系統主要有在線監測儀器、數據傳輸網絡、數據處理、應用設施和業務信息系統組成，見圖1。
[0029]請參閱圖1，一種氯化物實時在線監控報警系統原理圖。它包括在各引水水閘上配置的裝置，其包括:
[0030]電極11:所述電極和導線安裝在保護管內，所述保護管固定在始終末入水的水閘翼墻上，所述電極可活動地從所述保護管內取出。電極和導線裝在保護管內，再安裝到水閘翼墻上，方便固定其位置，比較容易確認其深度，一般來說，考慮到取水的連續性，要求固定的位置要一年四季都始終末入水。而且電極需要清潔，也要求其可活動地從所述保護管內取出。這種設置和安裝可以提升測量時的精度。
[0031]咸度變送器12:連接電極，所述電極測得的信號經包括溫度補償、放大處理在內的處理，并且所述咸度變送器定期或觸發式進行校準。咸度變送器12可以采用如東南大學陳愷教授《新型鹽度檢測儀》中談到的部分方法來制定所述咸度變送器12，也可購買現成的咸度變送器。考慮到溫度對其咸度指標的影響，一般都需要進行溫度補償。另外，考慮到信號精確處理，一般也會進行放大處理。當然，并非局限于此，咸度變送器12可以進行各種提高其計算精度的處理。需要說明的是，本 申請人:將咸度變送器12定期或觸發式進行標準溶液標準校正。 申請人:先將普通海水做為標準溶液，將電極表面整個伸長的孔淹沒在所述溶液中，等待顯示的電壓穩定，輸入標準溶液值(例如35ppt)，若計算的咸度值在預設值，則所述，咸度變送器12無需校正，否則就進行校正。通過上述方法，可將咸度變送器12的誤差率校正在預設的范圍內。
[0032]采集處理裝置13:連接所述咸度變送器12，接收所述咸度變送器12發送的數據，處理后(比如模數轉換)獲得咸度信息，與預先計算得到的牽移量進行求和，獲得當前的咸度信息，判斷當前的咸度信息是否超過預先設定的域值范圍，若超過則進行報警處理，所述牽移量為預先采樣獲得的咸度信息與預先通過硝酸銀滴法測量的咸度信息的差值或多次所述差值的平均值。
[0033]本發明牽移量的補償，能夠大大提高本發明咸度計算的精準度和可信度。現有的公知環境下，可濾除大量其它因素產生的電導率變化。并且，牽移量可以定期更新，保證當前測量的咸度信息的準確度。
[0034]本系統還包括用于采集閘門開度情況的閘門開度儀和用于測量電極所在水深位置的超聲波水位儀，所述閘門開度儀和所述超聲波水位儀分別連接所述采集處理裝置，所述采集處理裝置進一步保存所述閘門開度情況及所在水深位置信息，并且，根據水深位置和開度信息結合咸度數據來確定水閘是否在引進咸潮。水深位置信息進一步精確計算所述咸度is息。
[0035]本發明通過上述裝置可以檢測出一個在各引水水閘上的咸度信息、當前水深信息、開閘情況。
[0036]考慮到一個島內會有多個水閘，因此在各引水水閘上配置的裝置還包括工控機及一個總的中心服務器，所述工控機連接所述采集處理裝置，所述工控機連接所述一中心服務器。通過這種方式可以進行整個系統的在線監控。
[0037]各引水水閘上配置的裝置還包括筆式咸度測量儀，所述采集處理裝置判斷出當前的咸度信息超過預先設定的域值范圍后，進一步采集所述筆式咸度測量儀的咸度，若同樣也超出預先設定的域值范圍再進行報警處理。
[0038]( 二)、系統設計原理
[0039]咸潮主要是指長江江水中氯化物的含量超過了一定的標準(500mg/L)，而這些氯化物的主要來自海水，海水的成分很復雜，主要的化學元素除氫和氧外，還有Cl、Mg、S、Ca、K、等十多種，溶解于海水中的化學元素絕大多數是以鹽類離子的形式存在的，又稱總含鹽量(mg/L)。監測好水閘引水時水中氯化物的含量，就能防止咸潮的倒灌。
[0040]監測潮水中的氯化物含量， 申請人:通過電極法測定當時潮水的電導率，然后通過處理來獲得氯化物的含量。電導率是物體傳導電流的能力。
[0041](三)、系統工作原理
[0042]系統首先利用了本島各水閘網絡數據傳輸平臺。通過加裝在測量套管中的電導率測量儀極板，放到被測江水中，進行實時檢測。水中氯化物溶解越多、水的導電性也越好，其電導率值也越大，從而間接測定氯離子含量。
[0043]為保護和固定探測電極，本系統電極和導線安裝在PVC保護管中，PVC保護管固定在水閘的翼墻上，電極的位置安裝盡可能低，以保證測量數據的連續性，電極在保護管中可隨時取出，以方便電極的清潔維護。
[0044](四)、系統工作過程
[0045]請以圖2，其為本發明氯化物實時在線監控報警系統的實施示例圖。
[0046]I)探測電極將測得的水的導電性信號通過變送器進行具有溫度補償的放大處理；
[0047]2)經變送器設置處理并顯示數值。因為水閘引水時控制的氯化物含量標準要求在500mg/L以下(500度)，以及南沿水閘歷史咸度的變化范圍，所以 申請人:將該系統檢測數據定在O?2000mg/L(0?2000度)范圍內就能滿足使用要求。由于變送器檢測的輸出數據受到水中其他金屬離子的影響，必須對變送器進行一定的校準才能用于系統。
[0048]三條電流和咸度的關系曲線是將變送器的輸出數據與一系列的標準水樣測試比對獲得的，其中，中間的紅線最能滿足精度、量程、線性測報數據的要求，按照這條線咸度與電流對應的關系，只要把變送器電極常數設置為I ;模式R3 ；1000mg/L ;輸出電流10.5毫安即可獲得。
[0049]3)變送器送出一路反映咸度的標準電流信號(4_20ma)供采集處理器處理；
[0050]4)采集處理器輸出的咸度信號與工控機內的現場數據處理系統進行處理。采用一組隨機取得的水樣用本系統與硝酸銀滴定法測量結果比較，找出牽移量。完成牽移(其目的是濾除其它金屬離子產生的電導率變化的影響)產生實時的咸度信號。并與閘門開度、內外河水位信號一起在系統中進行匯總處理完成顯示和報警功能，并通過因特網向中心服務器傳遞數據；
[0051]5)中心服務器將所有水閘發送過來的數據信號通過中心業務信息系統進行處理匯總，在終端顯示出全縣水閘的實時情況，并產生實時曲線及相應的報表。其數據保存在服務器內以備將來調用。
[0052]三、試用結果實例
[0053]表中反應了水閘外河水質咸度變化的實際情況。共記錄了四個潮汛的咸度變化。其中I月I 5日(農歷12月20)咸度大于450度；I月3 I日(農歷I月初6)咸度大于600度；2月14日(農歷I月20)咸度達到了 1300多度；2月27日(農歷2月初3)咸度大于600度。上述曲線非常直觀地反映了長江潮水中含氯化物的變化情況，為分析江水咸度的變化規律提供了依據。
[0054]上表所列為崇西水閘2011年初的硝酸銀滴定法化驗與系統顯示的數據差值對照。從表上看
[0055]出差值基本上在50以內，符合設計要求，能夠滿
【權利要求】
1.一種氯化物實時在線監控報警系統，其特征在于，在各引水水閘上配置的裝置，其包括: 電極:所述電極和導線安裝在保護管內，所述保護管固定在始終末入水的水閘翼墻上，所述電極可活動地從所述保護管內取出以便清潔； 咸度變送器:連接所述電極，所述電極測得的信號經包括溫度補償、放大處理在內的處理，并且所述咸度變送器定期或觸發式進行校準； 采集處理裝置:連接所述咸度變送器，接收所述咸度變送器發送的數據，處理后獲得咸度信息，與預先計算得到的牽移量進行求和，獲得當前的咸度信息，判斷當前的咸度信息是否超過預先設定的域值范圍，若超過則進行報警處理，所述牽移量為預先采樣獲得的咸度信息與預先通過硝酸銀滴法測量的咸度信息的差值或多次所述差值的平均值。
2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，還包括用于采集閘門開度情況的閘門開度儀和用于測量當前水深位置的超聲波水位儀，所述閘門開度儀和所述超聲波水位儀分別連接所述采集處理裝置，所述采集處理裝置進一步保存所述閘門開度情況及所在水深位置信息，并且，根據水深位置信息進一步精確計算所述咸度信息。
3.如權利要求1所述的系統，其特征在于，在各引水水閘上配置的裝置還包括工控機及一中心服務器，所述工控機連接所述采集處理裝置，所述工控機連接所述一中心服務器。
4.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述報警包括燈光報警裝置和聲音報警裝置。
5.如權利要求1所述的系統，其特征在于，各引水水閘上配置的裝置還包括筆式咸度測量儀，所述采集處理裝置判斷出當前的咸度信息超過預先設定的域值范圍后，進一步采集所述筆式咸度測量儀的咸度，若同樣也超出預先設定的域值范圍再進行報警處理。
6.一種氯化物實時在線監控報警方法，其特征在于，包括: 電導率測量儀的電極和導線安裝在保護管內，所述保護管固定在始終末入水的水閘翼墻上，所述電極可活動地從所述保護管內取出，所述電極連接咸度變送器；采集處理裝置連接所述咸度變送器； 所述咸度變送器進行校準處理； 預先計算牽移量:預先采樣獲得的咸度信息與預先通過硝酸銀滴法測量的咸度信息的差值或多次所述差值的平均值； 兩個所述電板所在的保護管放到被測江水中，通過在極板的兩端加上一定的電勢，測量極板間流過的電流，再根據歐姆定律，得到電導率； 所述電導率通過溫度補償、放大處理在內的處理后，再送入采集處理裝置，所述采集處理裝置處理后獲得咸度信息，與預先計算得到的牽移量進行求和，獲得當前的咸度信息，判斷當前的咸度信息是否超過預先設定的域值范圍，若超過則進行報警處理。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于， 各引水水閘上配置的裝置還包括筆式咸度測量儀； 所述采集處理裝置判斷出當前的咸度信息超過預先設定的域值范圍后，進一步采集所述筆式咸度測量儀的咸度，若同樣也超出預先設定的域值范圍再進行報警處理。
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，還包括: 采集所述電極所在水深位置；計算咸度信息還將水深位置和開度信息結合咸度數據來確定水閘是否在引進咸潮。
9.如權利要求6所述的方法，其特征在于，還包括:采集處理裝置判斷出超 出預先設定的域值范圍后，啟動水閘關閉處理。
【文檔編號】G01N27/06GK103901080SQ201410077444
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月4日 優先權日:2014年3月4日
【發明者】張榮斌, 趙現祥, 張沸沸, 龔瑞萍 申請人:上海市崇明縣海塘管理所