氯化物实时在线监控报警系统及方法
【专利摘要】一种氯化物实时在线监控报警系统，包括在各引水水闸上配置的装置和一控制中心，其包括：电极：所述电极和导线安装在保护管内，所述保护管固定在始终末入水的水闸翼墙上，所述电极可活动地从所述保护管内取出以便清洁；咸度变送器：连接所述电极，所述电极测得的信号经包括温度补偿、放大处理在内的处理，并且所述咸度变送器定期或触发式进行校准；采集处理装置：连接所述咸度变送器，接收所述咸度变送器发送的数据，处理后获得咸度信息，与预先计算得到的牵移量进行求和，获得当前的咸度信息，判断当前的咸度信息是否超过预先设定的域值范围，若超过则进行报警处理，所述牵移量为预先采样获得的咸度信息与预先通过硝酸银滴法测量的咸度信息的差值或多次所述差值的平均值。
【专利说明】氯化物实时在线监控报警系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水处理监控领域，尤其涉及一种氯化物实时在线监控报警系统及方法。
【背景技术】
[0002]生态建设，水环境质量是一个重要的指标。本专利以崇明生态岛为例，来说明水环境质量的监控管理的一些问题及如何解决。崇明岛具有丰富的地表水资源，主要由境内的降水和来自长江的自然引潮两部分，其中90%是利用沿江水闸从长江引进的。然而，秋冬季节水闸引水经常受咸潮的影响，如何加强对咸潮的监测，防止咸潮的倒灌，确保岛内水质安全已成为水闸管理部门的一项重要工作。
[0003]崇明岛地处长江入�？冢そ敝然锍Ｄ昶�(俗称咸潮)，北部水闸主要以排水为主，崇明岛的引水由西部的崇西水闸和南部的新建、庙港、三沙洪、老效、张网港、新河、堡镇南闸等十四座水闸完成。为防止咸潮倒灌，各引水水闸长期以来一直采用硝酸银滴定法来监测潮水中的氯化物含量，此法是以铬酸钾为指示剂，用硝酸银滴定氯化物，由于氯化银的溶解度小于铬酸银的溶解度，氯离子首先被完全沉淀出来后，然后铬酸盐以铬酸银的形式被沉淀，产生砖红色，指示滴定终点到达。
[0004]由于潮汐自身的规律，且受江中的暗沙影响，每次潮汐的潮高、流速、流向都变化莫测，涨潮的时间较长，同一涨潮过程，不同时段的潮水中氯化物含量变化很大。如采用一潮多化验虽然能对开始引水时水中的氯化物含量进行时段性的监测，却可能取到的水样是淡水而引进的实为咸水，掌握的数据并不全面。加上硝酸银滴定法化验从取水样到结果测定需要一定的时间，容易造成在化验监测时咸潮短时倒灌，而且一潮多化验工作比较繁琐，在实践过程中造成人为的少检或漏检，造成咸潮倒灌的隐患不能从根本上消除。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种氯化物实时在线监控报警系统，以解决现有硝酸银滴定法化验从取水样到结果测定需要一定的时间，容易造成在化验监测时咸潮短时倒灌，而且一潮多化验工作比较繁琐，在实践过程中造成人为的少检或漏检，造成咸潮倒灌的隐患不能从根本上消除的技术问题。
[0006]本发明的另一目的在于提供一种氯化物实时在线监控报警方法，以解决现有的监测存在不准确，容易造成咸潮倒灌的隐患的技术问题。
[0007]一种氯化物实时在线监控报警系统，包括在各引水水闸上配置的装置，其包括:
[0008]电极:所述电极和导线安装在保护管内，所述保护管固定在始终末入水的水闸翼墙上，所述电极可活动地从所述保护管内取出；
[0009]咸度变送器:连接所述电极，所述电极测得的信号经包括温度补偿、放大处理在内的处理，并且所述咸度变送器定期或触发式进行校准；
[0010]采集处理装置:连接所述咸度变送器，接收所述咸度变送器发送的数据，处理后获得咸度信息，与预先计算得到的牵移量进行求和，获得当前的咸度信息，判断当前的咸度信息是否超过预先设定的域值范围，若超过则进行报警处理，所述牵移量为预先采样获得的咸度信息与预先通过硝酸银滴法测量的咸度信息的差值或多次所述差值的平均值。
[0011]在各引水水闸上配置的装置还包括用于采集闸门开度情况的闸门开度仪和用于测量电极所在水深位置的超声波水位仪，所述闸门开度仪和所述超声波水位仪分别连接所述采集处理装置，所述采集处理装置进一步保存所述闸门开度情况及所在水深位置信息，并且，根据水深位置和开度信息结合咸度数据来确定水闸是否在引进咸潮。进一步精确计算所述咸度信息。
[0012]在各引水水闸上配置的装置还包括工控机及一中心服务器，所述工控机连接所述采集处理装置，所述工控机连接所述一中心服务器。
[0013]一种氯化物实时在线监控报警方法，其特征在于，包括:
[0014]电导率测量仪的电极和导线安装在保护管内，所述保护管固定在始终末入水的水闸翼墙上，所述电极可活动地从所述保护管内取出，所述电极连接咸度变送器；采集处理装置连接所述咸度变送器；
[0015]所述咸度变送器进行校准处理；
[0016]预先计算牵移量:预先采样获得的咸度信息与预先通过硝酸银滴法测量的咸度信息的差值或多次所述差值的平均值；
[0017]两个所述电板所在的保护管放到被测江水中，通过在极板的两端加上一定的电势，测量极板间流过的电流，再根据欧姆定律，得到电导率；
[0018]所述电导率通过温度补偿、放大处理在内的处理后，再送入采集处理装置，所述采集处理装置处理后获得咸度信息，与预先计算得到的牵移量进行求和，获得当前的咸度信息，判断当前的咸度信息是否超过预先设定的域值范围，若超过则进行报警处理。
[0019]本方法还可以包括:
[0020]各引水水闸上配置的装置还包括笔式咸度测量仪；
[0021]所述采集处理装置判断出当前的咸度信息超过预先设定的域值范围后，进一步采集所述笔式咸度测量仪的咸度，若同样也超出预先设定的域值范围再进行报警处理。
[0022]与现有技术相比，本发明在线监测的精准度非常高，并且有着极强的实时性，尽量造成人为的少检或漏检的情况发生，尽可能避免咸潮倒灌的发生。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为氯化物实时在线监控报警系统的原理图；
[0024]图2为氯化物实时在线监控报警系统的一实例示意图。
【具体实施方式】
[0025]为满足生态岛建设对水环境提出的要求， 申请人:着手研制一套咸潮实时在线检测报警系统，通过近期的试运行，系统工作正常，反映的监测数据和其他检测手段的测量数据基本一致，能够保证引水安全。
[0026]本套系统的关键是利用电极对江水进行实时的电导率检测。技术先进可靠，且实用性强，使用至今多次避免了引进咸水的事故，在保护岛内河水质方面起到了很好的作用。[0027](一 )系统原理
[0028]咸潮实时在线检测报警系统主要有在线监测仪器、数据传输网络、数据处理、应用设施和业务信息系统组成，见图1。
[0029]请参阅图1，一种氯化物实时在线监控报警系统原理图。它包括在各引水水闸上配置的装置，其包括:
[0030]电极11:所述电极和导线安装在保护管内，所述保护管固定在始终末入水的水闸翼墙上，所述电极可活动地从所述保护管内取出。电极和导线装在保护管内，再安装到水闸翼墙上，方便固定其位置，比较容易确认其深度，一般来说，考虑到取水的连续性，要求固定的位置要一年四季都始终末入水。而且电极需要清洁，也要求其可活动地从所述保护管内取出。这种设置和安装可以提升测量时的精度。
[0031]咸度变送器12:连接电极，所述电极测得的信号经包括温度补偿、放大处理在内的处理，并且所述咸度变送器定期或触发式进行校准。咸度变送器12可以采用如东南大学陈恺教授《新型盐度检测仪》中谈到的部分方法来制定所述咸度变送器12，也可购买现成的咸度变送器。考虑到温度对其咸度指标的影响，一般都需要进行温度补偿。另外，考虑到信号精确处理，一般也会进行放大处理。当然，并非局限于此，咸度变送器12可以进行各种提高其计算精度的处理。需要说明的是，本 申请人:将咸度变送器12定期或触发式进行标准溶液标准校正。 申请人:先将普通海水做为标准溶液，将电极表面整个伸长的孔淹没在所述溶液中，等待显示的电压稳定，输入标准溶液值(例如35ppt)，若计算的咸度值在预设值，则所述，咸度变送器12无需校正，否则就进行校正。通过上述方法，可将咸度变送器12的误差率校正在预设的范围内。
[0032]采集处理装置13:连接所述咸度变送器12，接收所述咸度变送器12发送的数据，处理后(比如模数转换)获得咸度信息，与预先计算得到的牵移量进行求和，获得当前的咸度信息，判断当前的咸度信息是否超过预先设定的域值范围，若超过则进行报警处理，所述牵移量为预先采样获得的咸度信息与预先通过硝酸银滴法测量的咸度信息的差值或多次所述差值的平均值。
[0033]本发明牵移量的补偿，能够大大提高本发明咸度计算的精准度和可信度。现有的公知环境下，可滤除大量其它因素产生的电导率变化。并且，牵移量可以定期更新，保证当前测量的咸度信息的准确度。
[0034]本系统还包括用于采集闸门开度情况的闸门开度仪和用于测量电极所在水深位置的超声波水位仪，所述闸门开度仪和所述超声波水位仪分别连接所述采集处理装置，所述采集处理装置进一步保存所述闸门开度情况及所在水深位置信息，并且，根据水深位置和开度信息结合咸度数据来确定水闸是否在引进咸潮。水深位置信息进一步精确计算所述咸度is息。
[0035]本发明通过上述装置可以检测出一个在各引水水闸上的咸度信息、当前水深信息、开闸情况。
[0036]考虑到一个岛内会有多个水闸，因此在各引水水闸上配置的装置还包括工控机及一个总的中心服务器，所述工控机连接所述采集处理装置，所述工控机连接所述一中心服务器。通过这种方式可以进行整个系统的在线监控。
[0037]各引水水闸上配置的装置还包括笔式咸度测量仪，所述采集处理装置判断出当前的咸度信息超过预先设定的域值范围后，进一步采集所述笔式咸度测量仪的咸度，若同样也超出预先设定的域值范围再进行报警处理。
[0038]( 二)、系统设计原理
[0039]咸潮主要是指长江江水中氯化物的含量超过了一定的标准(500mg/L)，而这些氯化物的主要来自海水，海水的成分很复杂，主要的化学元素除氢和氧外，还有Cl、Mg、S、Ca、K、等十多种，溶解于海水中的化学元素绝大多数是以盐类离子的形式存在的，又称总含盐量(mg/L)。监测好水闸引水时水中氯化物的含量，就能防止咸潮的倒灌。
[0040]监测潮水中的氯化物含量， 申请人:通过电极法测定当时潮水的电导率，然后通过处理来获得氯化物的含量。电导率是物体传导电流的能力。
[0041](三)、系统工作原理
[0042]系统首先利用了本岛各水闸网络数据传输平台。通过加装在测量套管中的电导率测量仪极板，放到被测江水中，进行实时检测。水中氯化物溶解越多、水的导电性也越好，其电导率值也越大，从而间接测定氯离子含量。
[0043]为保护和固定探测电极，本系统电极和导线安装在PVC保护管中，PVC保护管固定在水闸的翼墙上，电极的位置安装尽可能低，以保证测量数据的连续性，电极在保护管中可随时取出，以方便电极的清洁维护。
[0044](四)、系统工作过程
[0045]请以图2，其为本发明氯化物实时在线监控报警系统的实施示例图。
[0046]I)探测电极将测得的水的导电性信号通过变送器进行具有温度补偿的放大处理；
[0047]2)经变送器设置处理并显示数值。因为水闸引水时控制的氯化物含量标准要求在500mg/L以下(500度)，以及南沿水闸历史咸度的变化范围，所以 申请人:将该系统检测数据定在O?2000mg/L(0?2000度)范围内就能满足使用要求。由于变送器检测的输出数据受到水中其他金属离子的影响，必须对变送器进行一定的校准才能用于系统。
[0048]三条电流和咸度的关系曲线是将变送器的输出数据与一系列的标准水样测试比对获得的，其中，中间的红线最能满足精度、量程、线性测报数据的要求，按照这条线咸度与电流对应的关系，只要把变送器电极常数设置为I ;模式R3 ；1000mg/L ;输出电流10.5毫安即可获得。
[0049]3)变送器送出一路反映咸度的标准电流信号(4_20ma)供采集处理器处理；
[0050]4)采集处理器输出的咸度信号与工控机内的现场数据处理系统进行处理。采用一组随机取得的水样用本系统与硝酸银滴定法测量结果比较，找出牵移量。完成牵移(其目的是滤除其它金属离子产生的电导率变化的影响)产生实时的咸度信号。并与闸门开度、内外河水位信号一起在系统中进行汇总处理完成显示和报警功能，并通过因特网向中心服务器传递数据；
[0051]5)中心服务器将所有水闸发送过来的数据信号通过中心业务信息系统进行处理汇总，在终端显示出全县水闸的实时情况，并产生实时曲线及相应的报表。其数据保存在服务器内以备将来调用。
[0052]三、试用结果实例
[0053]表中反应了水闸外河水质咸度变化的实际情况。共记录了四个潮汛的咸度变化。其中I月I 5日(农历12月20)咸度大于450度；I月3 I日(农历I月初6)咸度大于600度；2月14日(农历I月20)咸度达到了 1300多度；2月27日(农历2月初3)咸度大于600度。上述曲线非常直观地反映了长江潮水中含氯化物的变化情况，为分析江水咸度的变化规律提供了依据。
[0054]上表所列为崇西水闸2011年初的硝酸银滴定法化验与系统显示的数据差值对照。从表上看
[0055]出差值基本上在50以内，符合设计要求，能够满
【权利要求】
1.一种氯化物实时在线监控报警系统，其特征在于，在各引水水闸上配置的装置，其包括: 电极:所述电极和导线安装在保护管内，所述保护管固定在始终末入水的水闸翼墙上，所述电极可活动地从所述保护管内取出以便清洁； 咸度变送器:连接所述电极，所述电极测得的信号经包括温度补偿、放大处理在内的处理，并且所述咸度变送器定期或触发式进行校准； 采集处理装置:连接所述咸度变送器，接收所述咸度变送器发送的数据，处理后获得咸度信息，与预先计算得到的牵移量进行求和，获得当前的咸度信息，判断当前的咸度信息是否超过预先设定的域值范围，若超过则进行报警处理，所述牵移量为预先采样获得的咸度信息与预先通过硝酸银滴法测量的咸度信息的差值或多次所述差值的平均值。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括用于采集闸门开度情况的闸门开度仪和用于测量当前水深位置的超声波水位仪，所述闸门开度仪和所述超声波水位仪分别连接所述采集处理装置，所述采集处理装置进一步保存所述闸门开度情况及所在水深位置信息，并且，根据水深位置信息进一步精确计算所述咸度信息。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在各引水水闸上配置的装置还包括工控机及一中心服务器，所述工控机连接所述采集处理装置，所述工控机连接所述一中心服务器。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述报警包括灯光报警装置和声音报警装置。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，各引水水闸上配置的装置还包括笔式咸度测量仪，所述采集处理装置判断出当前的咸度信息超过预先设定的域值范围后，进一步采集所述笔式咸度测量仪的咸度，若同样也超出预先设定的域值范围再进行报警处理。
6.一种氯化物实时在线监控报警方法，其特征在于，包括: 电导率测量仪的电极和导线安装在保护管内，所述保护管固定在始终末入水的水闸翼墙上，所述电极可活动地从所述保护管内取出，所述电极连接咸度变送器；采集处理装置连接所述咸度变送器； 所述咸度变送器进行校准处理； 预先计算牵移量:预先采样获得的咸度信息与预先通过硝酸银滴法测量的咸度信息的差值或多次所述差值的平均值； 两个所述电板所在的保护管放到被测江水中，通过在极板的两端加上一定的电势，测量极板间流过的电流，再根据欧姆定律，得到电导率； 所述电导率通过温度补偿、放大处理在内的处理后，再送入采集处理装置，所述采集处理装置处理后获得咸度信息，与预先计算得到的牵移量进行求和，获得当前的咸度信息，判断当前的咸度信息是否超过预先设定的域值范围，若超过则进行报警处理。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于， 各引水水闸上配置的装置还包括笔式咸度测量仪； 所述采集处理装置判断出当前的咸度信息超过预先设定的域值范围后，进一步采集所述笔式咸度测量仪的咸度，若同样也超出预先设定的域值范围再进行报警处理。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括: 采集所述电极所在水深位置；计算咸度信息还将水深位置和开度信息结合咸度数据来确定水闸是否在引进咸潮。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括:采集处理装置判断出超 出预先设定的域值范围后，启动水闸关闭处理。
【文档编号】G01N27/06GK103901080SQ201410077444
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2014年3月4日
【发明者】张荣斌, 赵现祥, 张沸沸, 龚瑞萍 申请人:上海市崇明县海塘管理所
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