Система усредненного отбора пробы воды из контрольного створа для автоматизированного контроля качества поверхностных водотоков

Авторы патента:

G01N1/10 - Исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств (разделение материалов вообще B01D,B01J,B03,B07; аппараты, полностью охватываемые каким-либо подклассом, см. в соответствующем подклассе, например B01L; измерение или испытание с помощью ферментов или микроорганизмов C12M,C12Q; исследование грунта основания на стройплощадке E02D 1/00;мониторинговые или диагностические устройства для оборудования для обработки выхлопных газов F01N 11/00; определение изменений влажности при компенсационных измерениях других переменных величин или для коррекции показаний приборов при изменении влажности, см. G01D или соответствующий подкласс, относящийся к измеряемой величине; испытание

Владельцы патента RU 2782565:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)

Изобретение относится к области охраны окружающей среды. Раскрыта система усредненного отбора пробы воды из контрольного створа для автоматизированного контроля качества поверхностных водотоков, предполагающая установку на мосту, представляющая собой сложный трубопровод, подключенный к системе автоматизированного контроля качества, состоящий из магистрального трубопровода, который состоит из соединенных трубопроводов, диаметр которых увеличивается по мере удаления от системы автоматизированного контроля, и трубопроводов-ответвлений, количество которых определяется количеством опор моста и имеющих отверстия, причем диаметр каждого последующего отверстия увеличивается с увеличением расстояния от места соединения с магистральным трубопроводом. Изобретение обеспечивает непрерывный отбор пробы с целью получения репрезентативной оценки качества воды поверхностных водных объектов в контрольном створе. 4 ил.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно, организации системы пробоотбора воды из поверхностных объектов с целью непрерывной регистрации концентрации загрязняющих веществ в водотоке.

Известно устройство для автоматического отбора усредненной пробы воды из поверхностных водных объектов на основе центробежного насоса, установленного в герметичный корпус. (Пат 2126146 Россия, МПК G01N 1/14 (1995.01) Устройство для отбора проб воды/ Тапио Сааренкето Ой (FI). - №95116286/25; заявлено 31.12.1993, опубликовано 10.02.1999).

Недостатком этого устройства является точечный отбор пробы, не позволяющий получить адекватную оценку концентрации загрязняющих веществ по всему контрольному створу. Кроме того, питание центробежного насоса осуществляется с помощью аккумулятора на 12 В, что требует постоянного обслуживания данного устройства.

Известны пневматические устройства для отбора проб воды: 1) состоит из вертикально смонтированной воздушно-жидкостной камеры с поршнем, жидкостной камеры с входным и выходным клапанами, приемной емкости, источника подачи сжатого воздуха, воздухопровода для подачи сжатого воздуха в воздушно-жидкостную камеру и регулятора давления (Пат 2045011 Россия, МПК G01N 1/10 (1995.01) Установка для отбора проб жидкости/ В.И. Романов, Е.В. Погребняк, А.В. Романов (UA) - №5045452/05; заявлено 06.03.1992); 2) представляет собой корпус в виде цилиндра с поршнем, разделенный перегородкой на вакуумную камеру и приемную камеру с пробозаборной трубой, и пневмопривод, соединенный с пневмогенератором (Пат 675338 СССР, МПК G01N 1/10 2006.01) Устройство для отбора средней пробы сточных вод/ Ротенберг А.И., Давыдов Ю.И., Ванюшин А.П. - №2199998/25-26; заявлено 02.12.1975).

Известен мобильный робототехнический комплекс для отбора проб на водоемах и водотоках. Преимущество устройства заключается в автоматизированном получении пробы воды на заданной глубине. Система позволяет проводить отбор пробы с требуемой периодичностью. (Пат 2726837 Россия, (51) МПК В63В 35/00 (2006.01) G01N 1/02 (2006.01) Мобильный робототехнический комплекс и способ его применения для отбора проб на водоемах и водотоках/ Ю.С. Ройтбург (Россия). - №2019127169; заявлено, 27.08.2019, опубликовано 15.07.2020, бюл. №20.)

Недостатком этих устройств является то, что они осуществляют отбор пробы точечно. Системы пробоотбора не учитывают изменение концентрации загрязняющих веществ по всему контрольному створу, а именно, по глубине и ширине водотока.

Предполагаемое изобретение решает техническую задачу - непрерывный отбор пробы с целью получения репрезентативной оценки качества воды поверхностных водных объектов в контрольном створе. Устройство предполагает установку на элементах транспортной инфраструктуры (автомобильных, железнодорожных и др. мостах).

Поставленная задача достигается тем, что система усредненного отбора пробы воды из контрольного створа поверхностных водных объектов для автоматизированного контроля качества поверхностных водотоков, предполагающая установку на мосту, представляет собой сложный трубопровод, подключенный к системе автоматизированного контроля качества, состоящий из магистрального трубопровода, который состоит из соединенных трубопроводов, диаметр которых увеличивается по мере удаления от системы автоматизированного контроля, и трубопроводов-ответвлений, количество которых определяется количеством опор моста и имеющих отверстия, причем, диаметр каждого последующего отверстия увеличивается с увеличением расстояния от места соединения с магистральным трубопроводом.

В техническом решении применена технология равновзвешенного компаундирования речной воды, которая заключается в смешивании потоков воды, поступающей со сложного трубопровода, состоящего из заданного количества труб различной длины и толщины.

На фиг.1 представлена схема расположения системы пробоотбора на мосту, на фиг.2 представлена схема разветвления трубопроводов системы пробоотбора, на фиг.3 представлена схема разветвления магистрального трубопровода 1, на фиг.4 представлена схема изменения скорости движения жидкости по сложному трубопроводу системы пробоотбора.

Разработанная система пробоотбора основана на сложной разветвленной трубопроводной сети. Система предполагает установку на мосту (фиг.1).

Одной из составных частей системы пробоотбора является магистральный трубопровод 1. Он представляет собой усредняющий коллектор. По магистральному трубопроводу поток воды нагнетается насосом. Магистральный трубопровод 1 технологически состоит из n соединенных труб 1₁…1_n (фиг.2, 3) разного диаметра D1₁ … D1_n. Причем, D1₁ < D1₂ < … <D1_n. На каждой из частей 1₁…1_n имеется трубопровод-ответвление 2₁, …, 2_n, соответственно. Количество трубопроводов-ответвлений и расстояние между ними определяются количеством опор моста и расстоянием между ними. Диаметры d2₁, …, d2_n трубопроводов-ответвлений 2₁, …, 2_n одинаковы (d2₁=d2₂= … =d2_n). Поэтапное изменение диаметра магистрального трубопровода 1 после очередного ответвления необходимо с целью компенсации сил линейного гидравлического сопротивления h_л и местной потери напора h_м.

Трубопроводы-ответвления 2₁, …, 2_n имеют одинаковую длину и диаметр (фиг.2, 3, 4). В трубопроводе-ответвлении 2₁ имеются отверстия диаметром D22₁, D22₂, …, D22_m. Причем, D22₁ < D22₂< … <D22_m. С целью компенсации линейного сопротивления трубопровода диаметры отверстий увеличиваются по мере удаления от места соединения трубопроводов-ответвлений 2₁, …, 2_n с магистральным трубопроводом 1. Трубопроводы-ответвления 2₁, …, 2_n располагаются на соответствующих расстояниях друг от друга, определенных проектом. Их строение аналогично трубопроводу-ответвлению 1. Через каждое отверстие диаметра D22₁, D22₂, …, D22_m трубопровода-ответвления 2₁ поступает вода с расходом Q22₁, Q22₂, …, Q22_m. Подача воды из трубопроводов-ответвлений 2₂, …, 2_n в магистральный трубопровод 1 организована таким же образом, как и в трубопроводе-ответвлении 2₁ (фиг.2).

При работе насоса, установленного в помещении станции контроля поверхностного водного объекта (ПВО), обеспечивается забор воды водотока из представленной системы. Результатом действия насоса является установление напорного движения жидкости, при этом ее движение является неравномерным вследствие изменения сечения трубы по длине магистрали. Вместе с тем, движение является установившимся.

Одной из целевых задач разрабатываемого пробоотборного устройства является получение усредненной пробы. На входе устройства контроля будет регистрироваться среднее значение концентрации загрязняющего вещества по всему створу водотока в случае, если расход воды Q1₁ … Q1_n в каждом сечении магистрального трубопровода 1 является постоянным:

где - расход воды в сечении трубопровода-ответвления 1_n магистрального трубопровода 1, м³/с.

Из (1) следует, что:

где - скорость движения воды в сечении трубопровода-ответвления 1_n магистрального трубопровода 1, м/с;

площадь сечения трубопровода-ответвления 1_n магистрального трубопровода 1, м².

Таким образом,

Однако, вследствие действия сил гидравлических сопротивлений, с увеличением длины магистрального трубопровода увеличиваются потери напора, следовательно:

Таким образом, в точках 3₁, 3₂, 3₃ (фиг.4) скорости движения жидкости различны:

Причиной уменьшения скорости движения жидкости являются потери напора вследствие силы трения (формула 2) и местных сопротивлений, связанных с разветвлением магистрального трубопровода 1. Таким образом, полная потеря напора будет равна

где - линейное сопротивление i трубопровода,

- местное сопротивление i трубопровода.

Линейное сопротивление i трубопровода равно:

где - коэффициент гидравлического трения i трубопровода,

- длина i трубопровода, м,

- диаметр i трубопровод, м,

- скорость течения воды по i трубопроводу, м/с.

Местное сопротивление рассчитывается по формуле:

где - коэффициент местного сопротивления i трубопровода.

Коэффициенты гидравлического сопротивления на длинном гидравлически гладком трубопроводе можно считать постоянными на протяжении всего магистрального трубопровода 1, и

В результате работы системы, через каждое отверстие трубопроводов-ответвлений 2₁…2_n в магистральный трубопровод 1 поступает различное одинаковое количество воды вследствие сил сопротивления. Поэтому, с целью компенсации линейных и местных сопротивлений предлагается магистральный трубопровод 1 выполнять из соединенных трубопроводов различного диаметра. Причем, диаметр трубы увеличивается по мере удаления от системы автоматизированного контроля. В связи с этим, через некоторое время после включения системы и ее стабилизации на входе автоматизированной системы измерения качества воды (фиг.1) поступает усредненная проба воды водотока.

Из формул 1, 2, 3 следует, что конструкционное решение проблемы получения средней концентрации загрязняющего вещества возможно лишь при поэтапном изменении диаметра D1_n магистрального трубопровода 1. А именно, расчет диаметра каждой последующей трубы должен быть пропорционален длине трубопровода от насоса до заданного ответвления.

После получения осредненной пробы воды, находящиеся в интегрирующем коллекторе, она поступает на измерительный блок системы автоматизированного контроля поверхностного водного объекта, где проводится анализ основных эмитентов и передача полученных результатов в центр обработки информации.

С целью получения осредненной оценки концентрации загрязняющего вещества по всему створу приборами контроля необходимо, чтобы расход через все сечения магистрального трубопровода 1 были равны.

С целью получения репрезентативной оценки качества водотока система пробоотбора для каждой отдельной конъюнктуры должен быть индивидуальной, а именно, схема изменения размера магистрального трубопровода 1, количество и формоизменение трубопроводов-ответвлений 2₁, … 2_n.

Система усредненного отбора пробы воды из контрольного створа для автоматизированного контроля качества поверхностных водотоков, предполагающая установку на мосту, представляющая собой сложный трубопровод, подключенный к системе автоматизированного контроля качества, состоящий из магистрального трубопровода, который состоит из соединенных трубопроводов, диаметр которых увеличивается по мере удаления от системы автоматизированного контроля, и трубопроводов-ответвлений, количество которых определяется количеством опор моста и имеющих отверстия, причем диаметр каждого последующего отверстия увеличивается с увеличением расстояния от места соединения с магистральным трубопроводом.

Изобретение относится к медицине, а именно к педиатрии, и может быть использовано для превентивной диагностики риска снижения уровня здоровья девушек подросткового возраста. Определяют уровень магния эритроцитов (ммоль/л) и уровень матриксной металлопротеиназы IX (нг/мл) в сыворотке крови.

Способ превентивной оценки риска снижения уровня здоровья юношей подросткового возраста // 2782491

Изобретение относится к медицине, а именно к педиатрии, и может быть использовано для превентивной оценки риска снижения уровня здоровья юношей подросткового возраста. Проводят исследование капиллярной крови и количественное определение с помощью спектрофотометра степени гемолиза эритроцитов.

Способы количественного определения полипептидов // 2782464

Изобретение относится к области биотехнологии и биохимии, конкретно к способу количественного определения содержания полипептида, содержащего участок константной области тяжелой цепи антитела, в образце с использованием масс-спектрометрии. Способ количественного определения содержания полипептида включает (а) расщепление образца, содержащего полипептид, включающий участок константной области тяжелой цепи антитела, содержащий сконструированную мутацию, и где в результате расщепления образуется пептидный фрагмент, полученный из константной области тяжелой цепи антитела, который имеет длину от 5 до 26 аминокислот и содержит сконструированную мутацию; и (b) анализ расщепленного образца масс-спектрометрией для определения количества пептидного фрагмента, тем самым определения количества полипептида, содержащего участок константной области тяжелой цепи антитела, в образце.

Про-адм в качестве маркера мониторинга терапии для критически больных пациентов // 2782305

Изобретение относится к медицине, а именно к клинико-лабораторной диагностике, и может быть использовано для прогнозирования последующего нежелательного явления в состоянии здоровья пациента. Осуществляют предоставление образца от указанного пациента, при этом пациент диагностирован как критически больной и начато медицинское лечение.

Система работы с жидкостью и способ анализа состояния наконечника // 2782303

Группа изобретений относится к оптическим и фотометрическим способам контроля и анализа состояния наконечников, используемых в таких системах. Система для работы с жидкостью для выдачи жидкого образца из наконечника содержит источник света, первый и второй детекторы, блок анализа и времяпролетный компонент.

Способ отбора проб микропластика в водотоках // 2782144

Изобретение относится к области гидроэкологических исследований и экологического мониторинга водной среды. Раскрыт способ отбора проб микропластика в водотоках, по которому трос фиксируют на берегу водотока, к нефиксированному концу троса при помощи соединительного звена присоединяют и опускают на поверхность воды в направлении, противоположном течению водотока, пробоотборник микропластика, оборудованный расходомером воды, скользящий по поверхности воды и фильтрующий воду под действием течения водотока через сети с размером ячеек 100-500 мкм.

Способ диагностики у детей хронических лимфопролиферативных заболеваний носоглотки, ассоциированных с сочетанным воздействием химических факторов атмосферного воздуха и персистирующей герпес-вирусной инфекции // 2782143

Изобретение относится к медицине, а именно к клинической лабораторной диагностике, экологии и может быть использовано для диагностики у детей хронических лимфопролиферативных заболеваний носоглотки, ассоциированных с сочетанным воздействием химических факторов атмосферного воздуха и персистирующей герпес-вирусной инфекции.

Способ оценки вероятности снижения гуморального иммунитета к коклюшу у детей-школьников, ассоциированного с комплексным воздействием вредных химических факторов среды обитания, особенностей питания и образа жизни // 2782130

Изобретение относится к медицине, а именно к эпидемиологии, и может быть использовано для оценки вероятности снижения гуморального иммунитета к коклюшу у детей-школьников, ассоциированного с комплексным воздействием вредных химических факторов среды обитания, особенностей питания и образа жизни. Выполняют определение токсикологических и лабораторных прогностических показателей у ребенка.

Способ оценки нарушения инвазии трофобласта путем исследования матриксной металлопротеиназы-9 в ворсинчатом хорионе при цитомегаловирусной инфекции // 2782111

Изобретение относится к медицине, а именно к акушерству, и может быть использовано для оценки нарушения инвазии трофобласта у женщин с самопроизвольным выкидышем, ассоциированным с цитомегаловирусной инфекцией, путем исследования гомогената ворсинчатого хориона иммуноферментным методом. В гомогенате ворсинчатого хориона определяют содержание матриксной металлопротеиназы-9 (MMP-9).

Устройство для отбора проб атмосферного воздуха в полёте для определения суммарной водности // 2782051

Изобретение относится к технике отбора образцов атмосферного воздуха с борта летательного аппарата (ЛА). Раскрыто устройство для отбора проб атмосферного воздуха в полете для определения суммарной водности, содержащее цилиндрический корпус с установленными на корпусе торцевыми крышками и электромагнитами.