Устройство для анализа и производственного контроля обеспечения качества питьевой воды

Изобретение относится к области водоподготовки, а именно, области средств контроля параметров питьевой воды, и может быть использовано при контроле характеристик питьевой воды, как в быту, так и при централизованной очистке воды до категории «питьевая». Устройство содержит блок ионоселективных электродов и электрод сравнения, средство измерения мутности воды, средство измерения температуры, блок определения параметров и средство индикации. К входам блока определения параметров подключены ионоселективные электроды, электрод сравнения, средство измерения температуры и средство измерения мутности. Выход блока определения параметров подключен к средству индикации. 8 з.п. ф-лы.

Техническое решение относится к области водоподготовки, а именно, области средств контроля параметров воды, преимущественно питьевой воды, и может быть использовано при контроле характеристик питьевой воды, как в быту, так и при централизованной очистке воды до категории «питьевая».

Известен (http://www.ecounit.ru/goods_634.html) фотоколориметр «ЭКСПЕРТ-003». Известный фотоколориметр обеспечивает контроль свыше 100 параметров качества питьевой, природной, сточной воды, а также качества растворов проб растительной, пищевой продукции, почв и др. Прибор измеряет концентрации различных компонентов в растворе, параметры цветности и мутности, а также суммарные параметры, такие как фенольный индекс, СПАВ и др. Прибор рекомендован для применения в агрохимических, экологических, химико-технологических, аналитических лабораториях промышленных предприятий, научно-исследовательских учреждений, органах контроля, инспекции и надзора, студенческих практикумах. Малые габариты, небольшой вес, встроенный мощный аккумулятор с постоянным контролем степени его зарядки позволяет осуществлять анализ не только в лаборатории, но также в полевых условиях или на производстве.

Недостатком известного прибора следует признать применяемый способ контроля - фотоколориметрия, который требует значительного опыта работы у пользователя, а также обеспечение достаточно дефицитными реактивами.

Известно (SU, авторское свидетельство 1198009) устройство для автоматического контроля процессов очистки сточных вод, содержащее электродный датчик для измерения электрической проводимости, выход которого соединен с измерительным блоком, снабженным переключателем диапазонов измерения, и вторичный прибор, а также ограничитель сигнала, коммутирующий и логический блоки, импульсатор, соединенных в известной последовательности.

Конструкция устройства достаточно сложна, при этом устройство мало информативно, требует постоянного наблюдения за прибором обслуживающего персонала.

Наиболее близким аналогом разработанного устройства можно признать (http://www.kntp.ru/proektv/avtomatizirovannyj-kontrol-kachestva-vody-v-juzhnoj-zone.html) установку автоматизированного контроля качества воды (АСККВ) в составе аппаратно программного комплекса (АПК), внедряется в Южной зоне водоснабжения Санкт-Петербурга ГУП "Водоканал СПб". Известные установки АСККВ разработаны на базе многофункционального контроллера Hach Lange sc1000 со встроенным GSM модемом. Данный контроллер имеет возможность подключения до восьми датчиков, а встроенный GSM модем позволяет передавать информацию, снимаемую с датчиков в онлайн режиме, без использования проводных систем передачи информации. Также установки имеют внутреннюю трубообвязку и электрическую схему соединений, которые в совокупности с контроллером позволяют легко дополнительно установить два-три дополнительных датчика. В настоящий момент согласно пожеланиям заказчика измеряют следующие параметры: мутность, рН, электропроводность, общее железо, алюминий, общий органический углерод, цветность, жесткость и аммонийный азот.

Установленные на тридцати контрольных точках Южной зоны водоснабжения, таких как Южная водопроводная станция, повысительные насосные станции и водомерные узлы установки АСККВ позволяют осуществлять непрерывный мониторинг качества воды, начиная с выхода со станции водоподготовки и заканчивая конечным потребителем. Информация об измеренных параметрах передается в онлайн режиме посредством закрытого GSM канала связи в центральную диспетчерскую филиала "Водоснабжение СПб" ГУП "Водоканал СПб". Поступающая с установок АСККВ информация позволяет оперативно реагировать на изменение качества воды, а также отследить участок, на котором произошли изменения.

Недостатком известной установки следует признать его сложность, необходимость использования для обслуживания квалифицированного персонала. Кроме того, установка не обеспечивает контроль таких существенных для качества питьевой воды параметров как окислительно-восстановительные системы, жесткость воды, контроль сульфат-иона. Также существенным недостатком известной установки следует признать использование различных принципов анализа, в том числе и фотоколориметрию, что делает указанную установку непригодной для использования в быту.

Технический результат, получаемый при реализации разработанной конструкции установки, состоит в упрощении конструкции при одновременном упрощении технологии ее использования, что обеспечивает возможность использования ее в домашних условиях.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанное устройство для контроля качества питьевой воды. Разработанное устройство содержит блок ионоселективных электродов и электрод сравнения, средство измерения мутности воды, блок определения параметров и средство индикации, причем к входам блока определения параметров подключены ионоселективные электроды, электрод сравнения и средство измерения мутности, а выход блока определения параметров подключен к средству индикации, при этом оно содержит не менее двух ионоселективных электродов, выбранных из группы, содержащей ионоселективный электрод для контроля pH, ионоселективный электрод для контроля жесткости воды, ионоселективный электрод для контроля окислительно-восстановительных систем, ионоселективный электрод для контроля железа, ионоселективный электрод для контроля меди, ионоселективный электрод для контроля сульфатов, ионоселективный электрод для контроля нитратов, причем оно дополнительно содержит датчик температуры, подключенный к входу блока определения параметров.

Устройства указанного состава обеспечивают измерение всех параметров, характеризующих питьевую воду согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». Кроме того, использование в устройстве датчика температуры, позволяющего определить температуру пробы питьевой воды в момент проведения анализа, позволит увеличить точность определения. Использование для определения примесного состава анализируемой воды только потенциометрических методов анализа позволяет значительно упростить конструкцию самой установки, а также технологию ее применения. В данном случае в большинстве вариантов применения использование установки состоит в приведении электродного блока в контакт с анализируемой водой и наблюдение за средством индикации. Заранее настроенный блок определения параметров произведет поочередный опрос ионоселективных датчиков, а также датчика температуры и средства определения мутности и, сравнив полученные данные с заранее заложенные в память блока определения параметров предельные значения для каждого параметра, вынесет суждение о пригодности или непригодности анализируемой воды для питья.

В некоторых вариантах реализации устройства оно может дополнительно содержать ячейку для контроля содержания ионов и мутности воды. Это может быть как проточная ячейка (предпочтительный вариант), так и непроточная ячейка. Проточная ячейка содержит преимущественно в нижней части своего корпуса штуцер для подключения подачи анализируемой воды, а в верхней части - штуцер для слива анализируемой воды. На указанных штуцерах могут быть установлены средства прерывания потока. Это обеспечит заполнение ячейки водой в промежутках между измерениями и способствует хорошим условиям хранения ионоселективных электродов.

В зависимости от области применения разработанного устройства средство измерения мутности может быть выполнено различным образом. В частности при использовании разработанного устройства в качестве «домашнего» средства контроля качества питьевой воды оно может представлять собой оптрон с открытым каналом. Подобное решение может быть использовано и для случая использования устройства для выборочного контроля проб в местах очистки воды или транспортировки очищенной воды потребителю. Конструкция оптрона с открытым каналом за счет открытого промежутка между источником монохроматического излучения (преимущественно светодиодом) и приемником оптического излучения (преимущественно фотодиодом) обеспечивает пропускание через контролируемую воду потока монохроматического излучения и регистрацию прошедшего светового потока фотоприемником. Для случая, встраиваемого в систему водоподготовки и водоподачи устройства, средство контроля мутности может быть выполнено в виде оптически прозрачной ячейки, предпочтительно, проточной, снабженной монохроматическим источником оптического излучения (предпочтительно, полупроводниковым лазером или широкополосным источником оптического излучения между выходом которого и стенкой ячейки установлен оптический фильтр, обеспечивающий пропускание оптического излучения только одной длины волны) и фотоприемником (предпочтительно, фотодиодом). Однако в качестве фотоприемника могут быть также использованы фотосопротивление, фототранзистор или фотоэлектронный умножитель. При этом источник монохроматического излучения и фотоприемник могут быть установлены как друг против друга, так и под углом в 90°. Следует отметить, что источник монохроматического излучения и фотоприемник могут быть установлены как на той же ячейке, в которой измеряют содержание минерального состава анализируемой воды, так и на дополнительно установленной ячейке. В любом случае фотоприемник независимо от его конструкции должен быть присоединен к блоку определения параметров.

В зависимости от вариантов использования разработанного устройства средство индикации может представлять собой светодиод, загорающийся в зависимости от выполнения блока определения параметров при хорошем или плохом качестве анализируемой воды. Этот вариант предпочтительно использовать в случае выборочного анализа проб, в том числе, в домашних условиях или при мониторинге сетей водоподачи. В случае встраиваемого в систему водоподготовки и водоподачи устройства средство индикации предпочтительно представляет собой линейку цифрознаковых индикаторов, обеспечивающих индикации численного значения измеренного параметра.

В зависимости от области применения разработанного устройства электрическое питание его может быть осуществлено как от электрических элементов, так и от аккумулятора, так и от сети электрического тока.

Блок определения параметров по факту представляет собой электронное устройство, которое в одном из вариантов реализации, может быть выполнено по логике сравнения каждого измеренного ионоселективными электродами или средством измерения мутности параметра с заранее заданной величиной предельного значения с учетом температуры анализируемой воды. Если величина измеренного параметра меньше заранее заданной величины, то вырабатывается сигнал, характеризующий соответствие анализируемой воды требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества», если же величина измеренного параметра больше заранее заданной величины, то вырабатывается сигнал, характеризующий несоответствие анализируемой воды указанным требованиям. На индикацию может поступать как сигнал, характеризующий каждый проверяемый параметр, так и один общий результирующий сигнал, причем сигнал о несоответствии блок формирует при первом же несоответствии параметра. Дальнейшую проверку обычно не проводят. Предпочтительно блок определения параметров выполнен с возможностью подключения к персональному компьютеру и содержит средство хранения информации о результатах измерения, причем указанная информация относится не только к контролируемым параметрам.

Разработанное устройство может быть реализовано в различных вариантах.

Самый простой вариант реализации устройства содержит электрод сравнения и блок ионоселективных электродов, в состав которого входят, по меньшей мере, часть ионоселективных электродов, выбранных из группы, содержащей ионоселективный электрод для контроля рН, ионоселективный электрод для контроля жесткости воды, ионоселективный электрод для контроля окислительно-восстановительных систем, ионоселективный электрод для контроля железа, ионоселективный электрод для контроля меди, ионоселективный электрод для контроля сульфатов, ионоселективный электрод для контроля нитратов. Конкретный выбор набора ионоселективных электродов определен составом исходной воды и особенностями аппаратуры водоочистки. Кроме того, в состав устройства дополнительно входят средство измерения мутности воды в виде оптрона с открытым каналом, датчик температуры, а также блок определения параметров и средство индикации. Все перечисленные элементы, кроме средства индикации, помещены в корпус. Дополнительно в корпус введен элемент электрического питания - аккумулятор. На корпусе закреплено средство индикации в виде светодиода. Также на корпусе может быть размещен выключатель, вмонтированный в электрическую схему прибора между аккумулятором и остальными элементами электрической схемы - электродами, блоком определения параметров, светодиодом, оптроном. В корпусе или на корпусе может быть размещена ячейка, преимущественно выполненная проточной, предназначенная для определения минерального состава и мутности пробы анализируемой воды. Технологии измерения качества анализируемой воды зависит от логики, по которой спроектирован и изготовлен блок определения параметров анализируемой воды, содержащий светодиод как средство индикации.

Более сложный вариант, предназначенный для мониторинга систем водоочистки и водоподачи, отличается от ранее охарактеризованного набором ионоселективных электродов (использованы все электроды группы), а также блоком определения параметров. Кроме того, этот вариант может содержать дополнительную проточную ячейку для контроля мутности воды, или размещенные по сторонам ячейки для измерения минерального состава источник и приемник монохроматического излучения. Блок определения параметров в этом варианте реализации может быть выполнен с возможностью выведения на линейку цифрознаковых индикаторов значений измеряемых параметров качества воды.

Наиболее сложный вариант отличается от предыдущего варианта более сложным блоком определения параметров, наличием дополнительной ячейки для измерения мутности, а также питанием устройства от сети электрического тока.

Использование разработанного устройства в любом варианте реализации обеспечивает упрощении конструкции при одновременном упрощении технологии ее использования, что обеспечивает возможность использования ее в домашних условиях.

1. Устройство для контроля качества питьевой воды, содержащее блок ионоселективных электродов и электрод сравнения, средство измерения мутности воды, блок определения параметров и средство индикации, причем к входам блока определения параметров подключены ионоселективные электроды, электрод сравнения и средство измерения мутности, а выход блока определения параметров подключен к средству индикации, отличающееся тем, что оно содержит не менее двух ионоселективных электродов, выбранных из группы, содержащей ионоселективный электрод для контроля pH, ионоселективный электрод для контроля жесткости воды, ионоселективный электрод для контроля окислительно-восстановительных систем, ионоселективный электрод для контроля железа, ионоселективный электрод для контроля меди, ионоселективный электрод для контроля сульфатов, ионоселективный электрод для контроля нитратов, причем оно дополнительно содержит датчик температуры, подключенный к входу блока определения параметров.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит ячейку для контроля содержания ионов и мутности воды.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что ячейка выполнена проточной.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство измерения мутности представляет собой оптрон с открытым каналом.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство измерения мутности представляет собой ячейку, снабженную монохроматическим источником оптического излучения и фотоприемником.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство индикации представляет собой светодиод.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство индикации представляет собой линейку цифрознаковых индикаторов.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок определения параметров выполнен с возможностью подключения к компьютеру.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок определения параметров содержит средство хранения информации о результатах измерения.