水质检测实验室的智能化适用技术与应用.pdf
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1、人工智能、自动监测、大数据分析、云端计算、物联网等革命性智能化技术已日趋成熟,并逐渐渗入各行各业的各个方面,本文针对传统水质检测实验室存在的弊端,探讨了水质检测实验室的智能化适用技术与应用,将智能化适用技术如智能自动采样与监测仪器、自动控制设备系统及实验室信息化管理系统等应用于水质检测实验室的规划与建设,从而可减少对人工操作的依赖、提升实验室的智能化水平、提高实验室设备的利用率、减轻实验管理与技术人员的工作量、增加检测的效率。关键词:水质检测;实验室;智能化适用技术;应用1.引言水务系统水质检测实验室存在的弊端主要有以下几方面:一是智能化自动化水平较低,二是人力工作量较大、人工效率较低,三是实
2、验室信息化水平较低。目前,人工智能、自动监测、大数据分析、云端计算、物联网、数字孪生等革命性智能化技术已日趋成熟1,并逐渐渗入各行各业的各个方面。本文探讨水质检测实验室的智能化适用技术与应用,将智能化适用技术如智能化自动采样设备、自动监测设备、自动检测仪器、自动控制设备系统及实验室信息化管理系统等应用于水质检测实验室的规划与建设,从而减少对人工操作的依赖、提升实验室的智能化水平、提高实验室设备的利用率、减轻管理与技术人员的工作量、增加检测的效率。2.水质检测实验室的智能化适用技术水质检测实验室的智能化技术一般可包含以下几方面:一是智能化实验室环境与设施运行技术;二是智能化实验室采样技术;三是智
3、能化自动水质在线监测与实验室检测技术;四是智能化实验室信息管理技术。智能化技术有很多,但那些是适合目前水质检测实验室应用的适用技术,仍是需要我们进行比较、分析和鉴别的,下面做一些深入的探讨。2.1 智能化实验室环境与设施运行技术水质检测实验室对环境与设施要求较高,涉及空气调节、抽排风、温湿度、清洁度、给排水、气体供应、酸碱废水及污染物质排放等,除了需要按照相关法律法规、技术规范或标准的要求建设外,还需要在运行中加以良好的管理与控制,从而确保持续达到要求。2023 年第 3 期 25 CITY AND TOWN WATER SUPPLY水质分析与监测2.1.1 实验室智能环境控制系统气流控制是整
4、个实验室环境控制的核心。实验室智能环境控制系统一般包括五部分:抽排风系统、新风补风系统、冷暖空调系统、无菌洁净控制和显示控制系统五大部分。为了确保污染不从实验室污染区泄漏到洁净区甚至周围的环境中,必须建立稳定可靠的气流组织和保证实验室气流稳定。实验室智能环境控制系统,可分别通过面风速和线风速监测系统的实际排风量,如排风柜可根据视窗高度计算出视窗开口面积对应的排风量,线风速监控可当排风管道压力变化时系统快速反应,且响应及稳定时间为 1S,每个通风柜顶部的变风量排风阀及管道内的文丘里阀实时相应对风量微调,楼顶抽风竖井的变频主风机响应对主风管的风量调节,系统可采用位移与管道实测风量和需求风量对比双路
5、控制方式,根据每个房间排风量的大小或房间微小压差、温度等调节对新风补风系统、冷暖空调系统强度,直接测量并在彩色液晶显示屏上显示当前平均面风速、线风速及风阀开度状态,当前环境及柜体温度,视窗实际高度,人体感应状态,系统状态,延时关机状态,自动视窗控制状态等;控制模块支持 Modbus 通用网络协议,并可与楼宇智能集中监控系统对接。对于洁净度及环境温湿度要求高的无尘无菌实验室,还需要建立无尘无菌洁净的环境控制。通过多点探测环境温度湿度等参数及建立光电感应的微尘分析、细菌分析等及时捕捉微尘颗粒及细菌的数据,辅助智能模型及人工智能算法,智能自动开启冷气系统、新风补风系统、消毒过滤系统等,从而可确保获得
6、与维持一个安全、环保、舒适和达标的实验室环境。2.1.2 验室智能气体集中供气与控制系统为便于集中管理和方便使用,可以选用智能化实验室气体集中供气系统。实验所用氩气、氮气、氦气等特殊气体集中储存于气瓶室,通过优质 306 不锈钢管道输送至各个使用仪器或使用点。同时为确保连续稳定供气,供应端采用压力感应自动切换空实瓶的表头。供气支路管道与储气瓶一一对应,每个储气瓶的出口通过对应的供气支路管道与主管道连通,每个供气支路管道上均安装有减压装置、供气电磁阀和气体压力传感器,气体压力传感器位于减压装置远离储气瓶的一侧;仪器管路的一端与主管道连通,其另一端用于连接外部设备,仪器管路上安装有仪器管路电磁阀;
7、气体压力传感器、减压装置、供气电磁阀、仪器管路电磁阀均与控制器连接;控制器根据供气需求控制对应的减压装置开启,然后根据对应的气体压力传感器的检测值控制减压装置工作状态,并控制对应的供气电磁阀和仪器管路电磁阀工作。智能化功能方面包括各供气端和使用端气体压力和流量的监测监控、泄漏与安全报警,通过反馈网络回路连接到中央电脑监控屏幕,可以一览各个供气端和使用端的气体使用情况,提高供气效率,提高自动化智能化程度和实验室安全。2.1.3 酸碱废水中和智能自动处理系统化学实验冲洗、洗涤等产生的少量酸碱废水,如果直接排入下水道会腐蚀排水系统及污染环境,因此需要进行适当的处理。建设酸碱废水自动中和智能处理系统,
8、通过独立的下水管道进入废水集中收集池,废水集中收集池配备酸碱感应探头自动监测酸碱值,智能化自动投加系统根据检测数据设置的阈值自动定量投加药剂及营养液。系统集中控制,一体化设计,全程水质、运行状态、工作压力、流量等在线监测,液晶面板显示,设有停水、停电、过载等非正常状态自动保护、自动识别故障报警及处理功能,设备全自动化智能化运行处理,无需专人值守。2023 年第 3 期 26 CITY AND TOWN WATER SUPPLY水质分析与监测2.2 实验室智能采样技术在我国传统的水质监测工作中,所采用的水质采样方法多为人工现场取样,人力、物力的投入较大,且有采样误差大、监测频次低、监测数据分散等
9、弊端,采用智能化技术可将问题迎刃而解2。2.2.1 水质智能自动采样器水质智能自动采样器内置水样暂存装置,可提供无间断的混合水样,也与在线监测仪联机使用,可实现超标留样、同步留样和输送混合样等功能;还可以与流量计联机使用,可根据流速自动调整采样速度,进行流量跟踪采样,实现连续性采样。通过仪器智能联网接口,可实现远程复位、远程启动采样、远程修改参数、远程提取留样记录,也可自动上传留样记录;智能排空功能:每次采样、留样完毕,系统可自动排空管内存水,以保证采样管路和留样管路不产生沉积堵塞。每次采样前可自动润洗采样管路,以保证每次采集样品不相互干扰。采用高效制冷装置,可以使采集的水样保存在 0 4环境
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