水样预处理器以及水质监测系统的制作方法

本实用新型涉及一种用于水样预处理器、尤其是一种用于对水质监测系统的前端脏水进行预处理的水样预处理器，以及涉及一种包含这种水样预处理器在内的水质监测系统。

背景技术：

目前，水污染问题作为一个突出的环境保护问题日益引起关注。为了保护人类赖以生存的水环境、确保人们饮水卫生，一方面需要对生产、生活中的水质进行检测，另一方面，也须加强对各种生产和生活污水排放的监测。

在对水环境进行监测的过程中，通常采用水质检测装置，其已经广泛应用于发电厂、生活污水处理厂、纺织厂、制药厂、环保部门、防疫部门、医院等等。尤其是，水质分析仪的质量对水环境监测起着至关重要的作用。

目前，已知一种在线水质监测系统，它可以达到自动对水质各项参数的实时监测，包括有机污染物、营养盐、金属和无机阴离子等。一般，在线水质监测系统可包括用于采集检测水体的样本的水样预处理器。该水样预处理器往往位于在线水质监测仪的上游。

一直以来，对用于采集水样的水样预处理器存在如下需求，即期望水样预处理器的主要作用能包括：在水质监测仪之前过滤掉较大颗粒的物质，以保证水质监测仪不会由于颗粒物而被损坏，从而确保在线水质监测仪的正常使用或延长其使用寿命；以及确保在线水质监测仪在需要取水时水样预处理器内一直有最新的水样供在线水质监测仪取用来分析水质。

此外，水样预处理器的维护清洗间隔应不短于一周时间，因此，水样预处理器的清洗与维护须方便操作，且易于清洗。尤其是，在采集水样以进行监测的周期内，水样预处理器不能采用非水样预处理器内水样外的水或清洗剂来进行清洗。因此，有利的是，水样预处理器本身具有一定的自清洗功能则会延长需要维护清洗的时间间隔。

另外，每次在线监测仪抽取的水样最好是当前最新的水样，而不是上次取样后残留在水样预处理器内的水样。

图2示出一种已知水样预处理器的组装结构分解图。已知的水样预处理器包括水样预处理器主体1、过滤构件2、水样预处理器顶盖3、采样管道5、进水口7以及溢流口6等。在图3中示出该已知的水样预处理器的结构示意图，其更清楚地表示了上述各个部件之间的相对位置关系。

如图3中所示，进水口7位于水样预处理器主体1的底部，水样从水样预处理器顶盖3上的采样口经由管道被抽取到位于下游的装置、例如在线水质监测仪中。在水样预处理器主体1的右侧还设有溢流口6，且过滤构件位于该水样预处理器主体1内部。

为了使得仪器能够取到足量的水，需要不停将水样泵送到水样预处理器、即经由位于底部的进水口7将水样不停泵送到水样预处理器内部。由此，污水中的大颗粒物质或者其它杂货不停地冲刷经过位于水样预处理器内部的过滤构件、诸如过滤网或过滤筒，然后在高于一定水位后从溢流口6排出水样预处理器。

这种已知的水样预处理器存在多方面的缺陷：

首先，该水样预处理器仅能适用于经过水处理的排泄口，因为此时水质相对较为干净(符合排污监测标准)。但当该水样预处理器用于未经处理的污水排污口时，最短在两个小时内，该水样预处理器的过滤构件就会完全堵塞，无法满足水样预处理器的维护清洗间隔应不短于一周时间的要求。

其次，就该水样预处理器结构而言，如果一旦进水口停止泵水，水样就会立即从进水口回流，因此无法在水样预处理器内进行蓄水。参见图4，为了使得在蓄水池内始终有可以取用的水样，位于水样预处理器上游的水泵就不得不一直处于运转状态，这极大增加了过滤构件的过滤负担，使其清洗频次大幅增加。

第三，由于过滤构件位于水样预处理器内部，且仅包含一个过滤网，因此水样中经常出现的凝絮状漂浮物会缠绕粘滞在过滤网孔内、尤其是例如微米孔尺寸的过滤网孔内，即使人工在自来水下冲洗，也很难将其彻底清除。

为此，存在对一种能够蓄水、始终有最新水样且具有自清洗功能的水样预处理器的需求。

尤其是，还期望水样内的絮状或颗粒状物质是尽可能均质的，否则后续仪器中所测的化学需氧量(COD)值会偏离真值。例如，如果从水样预处理器中取得的被测水样所含的COD物质分布不均，诸如只抽取了上部的经过沉淀的水样，则会导致由后续仪器测的的COD比真值偏低，从而导致不准确的水样监测结果。

技术实现要素：

本实用新型提供一种水样预处理器，其包括：流路部分，该流路部分包括：包括至少一个进水腔和至少一个取水腔的主体；布置于主体内部的至少一个过滤构件，进水腔和取水腔至少部分地由过滤构件分隔开；布置于主体上的进水口；布置于主体的底部上的排水口；布置于主体上的溢流口；布置于主体上的取水口；进水口和溢流口均布置在进水腔处，而取水口则布置在取水腔处，其中，在取水腔内布置有搅拌破碎装置。

借助这种水样预处理器，可以获得经有效过滤的水样，降低污物堵塞风险，延长水样预处理器的使用寿命。借助搅拌破碎装置，可使取水腔内的水样匀质化。由此，可以对在取水腔中的水样中存在的颗粒和絮状物进行搅拌破碎和匀质处理。此外，这种搅拌还可以使得存在于取水腔底部的COD沉淀物均匀地分布在整个取水腔的水样之中。这样，可以使得取走的实际水样中的COD物质均匀分布，从而获得最接近真值的COD测量结果。

在一些实施例中，进水口布置在进水腔中靠近主体的底部、但比排水口所在位置高的位置。较佳地，此时在所述主体的顶部处设有加压气体吹送口，所述加压气体吹送口与所述进水腔流体连通，并且将加压气体吹到所述过滤构件的过滤表面上，并且与所述过滤表面成一锐角。借助这种进水口的安装结构，可以适于现场有气源对过滤构件进行冲刷的各种情况。

在另一些实施例中，进水口可以布置在所述进水腔的顶部处，水样经由所述进水口流入所述主体的流入方向与所述过滤构件的过滤表面成一锐角。此时，可以适于现场并无气源对过滤构件进行冲刷的情况，仅借助进水的水流仅能完成对过滤构件的清洁，减少整个设备的消耗功率。

优选的是，该锐角成10-20度。由此，可以在确保对过滤构件的清洗冲击力的情况下，又使得从过滤构件上去除的污物自然具有向下的流动分量。

有利地，进水口和所述排水口设有阀，以能够选择性地关闭和打开，从而有效地控制在水样预处理器的各个工作阶段的有效作用，例如快速进水、快速排水、有效过滤和破碎等。

较佳地，排水口分别设置在进水腔和取水腔中，以使得主体中的这两个腔都能通过各自的排水口独立地迅速排水。

此外，水样预处理器还可包括与所述流路部分分隔开的控制部分，所述控制部分能够根据设置在所述主体内的液位传感器来控制所述进水口和/或所述排水口的打开和闭合。该控制部分实现信号的获取、存储、传递，并且按照信号来执行相应的控制功能。

另外，水样预处理器的控制部分还能够致动所述搅拌破碎装置运动，以对水样进行匀质处理。

尤其是，搅拌破碎装置可以构造成为由马达驱动的搅拌破碎叶片，和/或所述过滤构件构造成竖直延伸的过滤网。由此，以简单的结构就能够实现对水样中污染物的过滤和有效破碎，尽快达到匀质化。

在一些实施例中，流路部分能可移除地与控制部分附连，在所述控制部分与所述流路部分之间还设置有安全装置，用以在所述流路部分从所述控制部分取下时切断用于驱动所述搅拌破碎装置的马达，从而确保操作人员的安全，避免因误触发导致操作人员打开流路部分的主体时造成受伤。

特别是，液位传感器可以布置于取水腔中，并包括上液位传感器和/或下液位传感器，控制部分根据上液位传感器感测到水位高于它的信息来控制流路部分停止进水，而根据下液位传感器感测到水位低于它的信息来控制流路部分停止排水。因此，分别设置上、下液位传感器可以使得流路部分的进水和排水的开关更为准确，从而大幅提高水样预处理器的工作效率，并且增加控制的可操作性。

此外，本实用新型还提供一种水质监测系统，该水质监测系统包括包括水质在线监测仪以及布置在水质在线监测仪上游的前述水样预处理器，水样由水泵泵送到水样预处理器的进水口，在水样预处理器内经过滤的水样从水样预处理器的取水口经由管道进入水质在线监测仪。由此，可以在一个高效系统内实现从进水到取水再到分析水样质量的整个过程。

附图说明

图1为典型的水质监测系统的结构框图；

图2为已知的水样预处理器的装配结构示意图；

图3为已知的水样预处理器的内部结构示意图，其示出各个端口的相对位置关系，在此，水通过水泵泵送经由进水口进入水样预处理器内，超过一定水位的水样则从溢流口流出；

图4也为已知的水样预处理器的内部结构示意图，其示出在非泵水状态下的水样预处理器内的水从进水口排出；

图5示出根据本实用新型的一个实施例的水样预处理器的内部结构示意图，其中，进水口位于水样预处理器的主体中靠近底部处；

图6示出根据本实用新型的另一个实施例的水样预处理器的内部结构示意图，其中，进水口位于水样预处理器的主体的顶部处；

图7示出根据本实用新型的另一个实施例的水样预处理器的内部结构示意图，其中，示出了水样预处理器的第一进水工作状态，此时进水口处于打开状态，而排水口处于关闭状态；以及

图8示出根据本实用新型的另一个实施例的水样预处理器的内部结构示意图，其中，示出了水样预处理器的第二蓄水工作状态，此时排水口和进水口均关闭，搅拌破碎装置正在工作；以及

图9示出根据本实用新型的一个实施例的水样预处理器的内部结构示意图，其中，示出了水样预处理器的第三取水工作状态，水样从取水口被取走；以及

图10示出根据本实用新型的一个实施例的水样预处理器的内部结构示意图，其中，示出了水样预处理器的第四排水工作状态，此时各排水口均打开，以使水样从水样预处理器的主体的底部排走。

具体实施方式

在本实用新型中，可以理解到，所谓的用于对水样进行预处理的水样预处理器并不排除在其上游还有其它预先处理水样的设备或装置。

图1示出了一种示例性的水质监测系统200的框图，该图示意性地示出了水质监测系统200中各个部件及其连接关系。

例如，水质监测系统200从上游到下游依次可包括至少一个水泵80(可选的)、水样预处理器70以及水质在线监测仪90。水样从水质监测系统200的入口进入该系统内，然后经由水泵80泵送到水样预处理器70的进水口。在后文阐释的水样预处理器70的若干工作状态下，水样会经由排水口和/或溢流口排出水样预处理器70以及由此水质监测系统200。当需要对水样进行监测时，水质在线监测仪90从水样预处理器70经由采样口抽取水样进行质量检测。

由于图1仅为示意性表示水质监测系统200，因此该水质监测系统200中所包含的各种用于连接和输送的管道或阀等在此并未示出。

此外，还应注意到，在本实用新型中，术语“口”不仅是指开口，还可以包含经由该口进行水样输送所需的任何连接装置。例如，进水口除了是指开在水样预处理器70的主体上的开口外，还可以包含未具体说明的用于使水样能进入水样预处理器70内的连接装置，诸如进水管路等等。

下面，具体说明水质监测系统200的水样预处理器70的结构及其它方面的改进。

根据本实用新型，水样预处理器70可包括流路部分50以及控制部分。控制部分实现信号的获取、存储、传递，并且按照信号来执行相应的控制功能，而流路部分50则实现备水、取水和排水等动作。

图5示出根据本实用新型的水样预处理器70的流路部分50的结构示意图。所示水样预处理器70的流路部分50包括主体51，该主体可以例如呈箱的形式，即包括顶板、底板和四周侧壁，但也不局限于常规箱体的形式。

在水样预处理器70的流路部分50的主体51上设置有进水口57，待采集的水样(例如，可以为经水质监测系统200的水泵80泵送的水样)能经由该进水口57进入流路部分50的主体内部。

在一些实施例中，该进水口57可以布置在主体51中靠近底部的位置，但进水口57仍高于排水口58的位置(在图5中所示的实施例中，该进水口57例如位于主体51左侧壁上、相比于顶部更靠近底部的位置)。

在水样预处理器70的流路部分50的主体51上还布置有排水口58，排水口58设置在整个流路部分50的主体51的底部处，例如设置在主体51的底板上的最低位置处。

根据本实用新型的排水口58能选择性地打开和关闭，在排水口58处于打开状态下，水样能经由该排水口58排出水样预处理器70的流路部分50的主体51，而在排水口58处于关闭状态下，水样能在主体51内蓄水(或者被采集走)。水样预处理器70的流路部分50的各个端口的具体操作状态详见下文详细描述。

此外，在水样预处理器70的流路部分50的主体51上还设置有溢流口56。在所述进水口57位于底部附近的情况下，溢流口56的高度高于进水口57的高度，例如溢流口56可设置在主体51侧壁的靠近上部处(在图示实施例中，该溢流口56位于主体51的左侧壁与底部相比更接近于顶部的位置处)。但可以理解到，溢流口56在主体51中的位置可以根据要求进行设定。

较佳地，溢流口56的直径大于进水口57和排水口58的直径，例如进水口57和排水口58的直径约为溢流口56的直径的三分之一到二分之一，以确保水位不超过预定值，从而保证水样预处理器70的有效工作。

此外，排水口58的直径可设计成大于进水口57的直径，以使得流路部分50内的水流排出速度大于进水速度，由此可以避免或减少过滤构件52来不及冲刷或者漂浮物积聚到水样预处理器70内的流路部分50的主体51的顶部上的可能性，并且还可避免水样预处理器70的流路部分50因为过满而导致内部过压、进而造成水样预处理器70的泄漏。

在进水口布置在主体51中靠近底部的位置的实施例中，可以在主体51的顶部处、例如在主体51的顶壁上设有加压气体吹送口54，以直接向主体51内部吹送加压气体、例如为加压空气，从而对下文中更详细阐释的过滤构件52进行过滤。

在另一些实施例中，如图6中所示，进水口57可以替代地设置在主体51的上部处(例如，高于溢流口56的水平高度)、尤其是主体51的顶部上、例如设置在主体51的顶壁上。此时，可以不设置有加压气体吹送口54，因为进水水流也可以起到对主体51中的过滤构件52进行过滤的功能。

为了实现排水口58和进水口57的打开和关闭之间的切换，较佳地为排水口58和进水口57设有阀68、67、例如电动球阀。在图5和6中所示的实施例中，这种阀示出为三个、即排水口58处有两个阀68以及进水口57处有一个阀67。换言之，该阀、尤其是电动球阀或者可以实现通断的其它类似机构可根据控制指令来使该排水口58和进水口57打开以及关闭。

水样预处理器70的流路部分50还包括位于其主体51之内的至少一个过滤构件52。过滤构件52较佳地呈过滤网或过滤板的形式。例如，过滤构件52可移除地安装在主体51内部。尤其较佳的是，过滤构件52与侧壁平行地或者与底板垂直地安装在主体51内部，例如借助与顶板与底板的卡配连接而可移除地固定在主体51内。优选地，安装方式使得过滤构件52容易从水样预处理器70的流路部分50的主体51内取走以进行清洗。

如图5和6中所示，过滤构件52可将水样预处理器70的流路部分50的主体51分成两个腔室、即进水腔42和取水腔46(在图5和6中，过滤构件左侧为进水腔42、而其右侧为取水腔46)。

根据本实用新型，取水口59和进水口57位于进水腔42内，而取水口59位于取水腔46中。排水口58可以分别设置在进水腔42和取水腔46中。排水口的数目为至少两个，其中至少一个排水口58a位于进水腔42中，而至少一个排水口58b位于取水腔46中。

可以理解到，过滤构件52可以沿水样预处理器70的流路部分50的主体51的整个高度延伸、但较佳地只沿其高度的一部分延伸，而在主体51的其余高度上可以布置有另外的阻挡机构(诸如，也与主体51侧壁平行延伸的挡板)。较佳地，过滤构件52可以从主体51的顶部向下延伸到低于溢流口56高度的位置，如图5和6中清楚所示。

可以理解到，位于进水腔42内的水样经由该过滤构件52才能进入取水腔46，以确保位于取水腔46内的水样都是经过过滤的水样。

此外，还可设想到，过滤构件的数目并不是仅仅一个，而是可以存在多个过滤构件。这些过滤构件可以彼此相继地或者彼此隔开地沿主体51的高度布置(即，沿与侧壁平行的方向布置)。当过滤构件52间隔开时，阻挡机构可以布置在这些间隔开的过滤构件52之间。

过滤构件52的材料适合于在取出到水样预处理器70的主体51之外之后能在诸如自来水或其它清洗剂下直接冲洗，以方便清洗操作。具体地，过滤构件52可由耐腐蚀、防降解、防水耐高温的材料构成，包括但不限于以下材料中的一种或多种：烧结材料、多孔材料(诸如多孔陶瓷、多孔塑料)、褶皱金属或橡胶网状物等。

如前所述，在设有加压气体吹送口54的实施例中，加压气体吹送口54与主体51内的进水腔42流体连通，并且加压气体吹送口54设计成将加压气体直接吹送到位于主体51内的过滤构件52的过滤表面(即、过滤构件52的面朝进水腔42一侧的表面)上，从而可以将过滤构件52上的污染物吹走，进而避免过滤构件52在短时间之内就已经被堵住的风险。

类似地，在将进水口57设置在主体51的上部的实施例中，如前所述，进水口57与进水腔42流体连通，并且经由进水口57进入进水腔42的水流直接引向、尤其是喷射到位于主体51内的过滤构件52的过滤表面(即、过滤构件52的面朝进水腔42一侧的表面)上，从而可以利用这种自冲刷而清除过滤构件52上的污染物，进而也能够避免过滤构件52在短时间之内就已经被堵住的风险。

较佳地，从加压气体吹送口54送出的气流和从进水口57引入的水流与过滤构件52的过滤表面之间呈一角度。尤其有利的是，该角度为锐角，例如10-30度，诸如12度、15度、18度、20度、25度等。

在此情况下，可以在确保对过滤构件52的清洗冲击力的情况下，又使得从过滤构件52上去除的污物自然具有向下的流动分量，而避免再次被粘附到过滤构件52中靠下方的过滤表面上，由此提高整个流路部分的自清洗能力。

根据本实用新型，除了布置在主体51中的过滤构件52作为初级过滤装置(例如，过滤网的孔径尺寸不小于1毫米)之外，还可以采用次级过滤装置。次级过滤装置可以例如构造成布置在主体51的取水腔46内的搅拌破碎装置65，该搅拌破碎装置65可以对在取水腔46中的水样中存在的颗粒(例如，直径小于1毫米的颗粒)和絮状物(例如，凝絮状的漂浮物)进行搅拌破碎和匀质处理。

在一些实施例中，该搅拌破碎装置65可以构造成包括旋转叶片和驱动件。驱动件、例如驱动主轴可驱动叶片旋转，以对取水腔46中的水样进行搅拌。值得注意的是，除了可以破碎掉如前所述的颗粒和絮状物之外，这种搅拌还可以使得存在于取水腔46底部的COD沉淀物均匀地分布在整个取水腔46的水样之中。由此，可以使得取走的实际水样中的COD物质均匀分布，从而获得最接近真值的COD测量结果。

当然，在本实用新型的框架下，还可以设想其它有利于使得取水腔46中的水样匀质化的其它装置。例如，也可以将附加气流引入取水腔46中，以实现水样中的沉淀物运动成分布在整个取水腔46中。

根据本实用新型的水样预处理器70包括控制部分。在一些实施例中，该控制部分可以直接位于流路部分之上，但不限于此相对位置。此外，控制部分包括外壳，可以将该外壳直接固定在仪器的侧壁上或者测试区的墙上。

有利地，流路部分的主体51可拆卸地附连到该控制部分的外壳。例如，流路部分的主体51可以通过至少一个快锁开关与控制部分的外壳锁定，并且在需要时松开该快锁开关，从而方便地取下，从而在规定的周期(诸如，一个月)之后对该流路部分的主体51及其内部进行彻底清洗。

如前所述的搅拌破碎装置65的驱动件可由电源进行供电。为了确保操作人员的安全，在流路部分与控制部分之间可设有安全装置36、例如安全互锁装置、一旦流路部分从控制部分取下，则安全装置36启动对搅拌破碎装置65的驱动件的供电切断动作，以使得搅拌破碎装置65、例如其叶片立刻停止旋转，从而避免因误触发导致操作人员打开流路部分的主体51时造成受伤。

此外，还可以在流路部分的主体51中的取水腔46内的某些水位处布置有液位传感器(例如，上液位传感器71、下液位传感器72)，以监测在不同工况下水位是否正常，从而确保在水样预处理器70下游的水质监测设备能够成功取到水样，并且还可提供实时报警功能。

接下来，借助图7-10来详细阐释根据本实用新型的水样预处理器70的工作原理及其多个工作状态(工况)。

如前所述，水样预处理器70可包括控制部分来控制各个工作状态下的各个端口的操作(例如，各端口的阀的打开和关闭操作)。对应的控制部分可以与水质在线监测仪90通信，以根据水质分析的当前需求来进行控制。

首先，在水样预处理器70的第一工作状态下，进水口57开始进最新的水样。此时，进水口57的阀67打开，而各个排水口58的阀68关闭。

由此，进水口57开始进水，而该进水的时长可以进行设定。当水位达到一定位置时，液位传感器(例如，上液位传感器71)会接收水位已达标的信息(例如，当上液位传感器71感测到高于其的水位时)。然后，控制部分会发出“关闭进水口”的指令，从而使进水口57的阀67进入关闭状态。在整个进水的过程中，水样始终可通过溢流口56溢流，如图7中所示。

在该第一工作阶段中，如前所述，从进水口57引入的水样或者从加压气体吹送口54进入的加压气体流可以对过滤构件52的过滤表面进行冲刷。至此，该第一工作状态也被称为进水阶段。

然后，水样预处理器70进入第二工作状态，此时，进水口57停止进水(例如，进水口57的阀67处于关闭状态)，溢流口56停止溢流，排水口58也分别保持关闭状态。

此时，启动位于取水腔46中的搅拌破碎装置65(例如，启动驱动搅拌叶片的马达)，以使得取水腔46中的水样的颗粒状和絮状的物质的粒径大幅减小，从而充分降低对后续的水质检测设备发生堵塞的失效可能性，如图8中所示。在该阶段的末尾时，切断对搅拌破碎装置65的驱动力，以结束破碎过程。

因此，该第二工作状态也被称为是水样搅拌破碎匀质阶段。

随后，水样预处理器70进入第三工作状态。此时，进水口57的阀67和排水口58的阀68均保持关闭。较佳地，在此情况下，可以再启动搅拌破碎装置65一段时间、例如30秒(叶片转速和运行时间均可调)，从而将已经沉淀的COD物质搅拌均匀。

然后，位于水样预处理器70的下游的水质监测设备开始从取水腔46经由取水口59取出水样，如图9中所示。因此，该第三工作状态也被称为是取水阶段。

最后，水样预处理器70进入第四工作状态。此时，进水口57的阀67保持关闭，但各个排水口58的阀68处于打开状态，以使得进水腔42和取水腔46同时进行排水(排水时间可设定)。

在排水过程中，液位传感器(例如，下液位传感器72)不断监测水位状态，直至排水完成(例如，当下液位传感器72感测到低于其的水位时)，然后系统发出指令，再次关闭排水口58的阀68，如图10中所示。因此，该第四工作状态也被称为是排水阶段。

上述四个工作状态可在规定周期内反复进行多次，以不断实现排出旧的水样，蓄好新的水样，以进行必要的水质在线监测。工作状态的次序不可交换，但持续时间可根据具体需求来进行调整。

本实用新型中所述的具体实施例仅为较佳的实施方式，并不意在限制由下述权利要求书所限定的保护范围。本领域技术人员可根据本实用新型中所述的内容作等效变化与改型，这些都落入本实用新型的保护范围。