CN105044370B - 一种无人值守的重金属污水监测设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污染监测设备，尤其涉及一种无人值守的重金属污水监测设备，通过采用MCU模块统一控制整个设备，实现设备运行的自动化，同时可以通过无线移动通信网络对MCU模块的工作频率、工作状态和电源系统进行远程控制，真正实现了快速检测、快速分析、集成度较高、低功耗、智能化和无人值守的特点，适应于设备在整个敏感流域的多点布控、实时监测工厂重金属污水偷排和漏排的情况、应对突发性重金属超标事件、满足快速响应的需求、及时为环保部门提供实时和在线数据，提升相关河水流域的应急能力等各方面需求。

Description

一种无人值守的重金属污水监测设备

技术领域

本发明涉及一种污染监测设备，尤其涉及一种无人值守的重金属污水监测设备。

背景技术

重金属一般以天然浓度广泛存在于自然界中，但是由于人类采矿、冶炼、制造产品、排放废水废气、处置固体废物、利用污水进行灌溉和使用重金属制品的过程中，造成不少重金属进入大气、水、土壤环境后，就会存留、积累和迁移，可引起多种疾病甚至癌症，而且危害还可以遗传到下一代。

我国正处于工业化的加速发展时期，经济结构和经济增长方式的转变的道路还很漫长，环境保护的责任依然重大。特别是近年来，逃避环保监管的手段进一步升级，一些社会责任意识比较淡薄的企业处于降低生成成本与重金属污水处理费用的角度考虑，对治污设施进行闲置或者存在偷排、漏排的现象，给环保监督工作提出了新的要求和挑战。主要表现为：1、采样程序繁琐，目前环保部门还是多以人工采样为主，样品送回实验室检验。操作过程容易受到外界污染从而影响检验结果；2、实验分析所需时间较长，不利于应对突发性事件；3、取证困难，由于相关企业偷排、漏排污水系统的设计巧妙，很难被发现，因此很难及时对于污染源进行取证，环保部门执法时缺乏有效的客观数据。

目前，国内现有的重金属监测与管理系统都存在一些缺点。主要是设备结构比较复杂，对检测条件要求较高，数据处理能力不强，功耗较大，与其它系统兼容性差，难以满足实时、在线和无人值守的需要。特别是近年，突发事件频发，对于多点监控、重金属扩散范围的预测要求更加迫切，需要开发相应的结构简单、无人值守的多点布控监测系统，直接结合地理信息对扩散浓度和范围进行精确预测。

因此，设计一种适合野外恶劣环境的、快速检测、快速分析、集成度较高的一体化的重金属元素的在线监测设备，成为本领域技术人员日后的主要研究方向。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是设计一种适合野外恶劣环境的、快速检测、快速分析、集成度较高的一体化无人值守的重金属污水监测设备以克服现有技术中缺陷不足。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种无人值守的重金属污水监测设备，其中，包括：

PH值传感器、重金属污水自动采集装置、微型电化学传感器、污水存储装置、清洗装置和自动控制装置，远程在线监测终端；

所述PH值传感器连接所述自动控制装置，所述自动控制装置包括MCU模块、无线通信模块、GPS模块和电源模块，所述微型电化学传感器、无线通信模块、GPS模块和电源模块分别连接所述MCU模块，所述无线通信模块与所述远程在线监测终端实现互联通信；

所述重金属污水自动采集装置包括第一水位计和依次连接的第一进水管、第一阀门、第一抽水泵、第一过滤网、紫外线灯管、水箱、第二阀门和存水罐，所述水箱中设有所述微型电化学传感和所述第一水位计；

所述污水存储装置包括第五阀门、废液罐，所述水箱、所述第五阀门和所述废液罐依次连接；

所述清洗装置包括第二水位计和依次连接的第二进水管、第三阀门、第二抽水泵、第二过滤网、纳滤膜组件、清水箱、第四阀门、清洗泵和冲洗喷头，所述冲洗喷头设置于所述水箱中，所述清水箱中设有所述第二水位计。

较佳的，上述的无人值守的重金属污水监测设备，其中，所述电源模块包括蓄电池系统、太阳能系统或风能系统。

较佳的，上述的无人值守的重金属污水监测设备，其中，所述无线通信模块为3G/GPRS无线通信模块。

较佳的，上述的无人值守的重金属污水监测设备，其中，所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门均与所述MCU模块连接；

当水箱中的水位超过所述第一水位计的设定值时，所述MCU模块控制所述第一阀门关闭，第一抽水泵停止运行，重金属污水监测完毕后，所述MCU模块控制所述第二阀门开启，重金属污水进入存水罐后，所述第二阀门关闭；第二抽水泵开始运行，所述第三阀门开启，当所述清水箱中水位高于第二水位计的设定值时，所述第二抽水泵停止运行，所述第三阀门关闭，所述清洗泵开始工作，所述第四阀门开启，所述冲洗喷头清洗所述水箱和所述微型电化学传感后，第五阀门开启，清洗后的废水进入所述废液罐。

上述技术方案具有如下优点和有益效果：

本监测设备采用MCU模块统一控制整个设备，实现设备运行的自动化，同时可以通过无线移动通信网络对MCU模块的工作频率、工作状态和电源系统进行远程控制，真正实现了快速检测、快速分析、集成度较高、低功耗、智能化和无人值守的特点，适应于设备在整个敏感流域的多点布控、实时监测工厂重金属污水偷排和漏排的情况、应对突发性重金属超标事件、满足快速响应的需求、及时为环保部门提供实时和在线数据，提升相关河水流域的应急能力等各方面需求。

具体附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是本发明实施例中无人值守的重金属污水监测设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的实施例中提供了一种无人值守的重金属污水监测设备，具体包括有PH值传感器1、重金属污水自动采集装置、微型电化学传感器11、污水存储装置、清洗装置和自动控制装置，远程在线监测终端。

具体的，PH值传感器1通过数据线D1连接自动控制装置，其中自动控制装置包括MCU模块2、无线通信模块3、GPS模块4和电源模块5。微型电化学传感器11、无线通信模块3、GPS模块4和电源模块5分别连接MCU模块2，进一步的，PH值传感器1连接MCU模块2。

在本发明的实施例中，无线通信模块3与远程在线监测终端实现互联通信，且该无线通信模块3为同时支持3G和GPRS无线协议的3G/GPRS无线通信模块。

优选的，电源模块5用于各设备的供电，其包括蓄电池系统、太阳能系统或风能系统。

另外，重金属污水自动采集装置包括第一水位计10和依次连接的第一进水管T1、第一阀门K1、第一抽水泵6、第一过滤网7、紫外线灯管8、水箱9、第二阀门K2和存水罐12，其中水箱9中设有微型电化学传感11和第一水位计10；污水存储装置包括第五阀门K5、废液罐20，进一步的，水箱9、第五阀门K5和废液罐20依次连接。

在清洗装置中还包括有第二水位计17和依次连接的第二进水管T2、第三阀门K3、第二抽水泵13、第二过滤网14、纳滤膜组件15、清水箱16、第四阀门K4、清洗泵18和冲洗喷头19；冲洗喷头19设置在水箱9中，清水箱16中设有第二水位计17。

在本发明的实施例中，第一阀门K1、第二阀门K2、第三阀门K3、第四阀门K4和第五阀门K5均与MCU模块2连接。当水箱9中的水位超过第一水位计10的设定值时，MCU模块2控制第一阀门K1关闭，第一抽水泵6停止运行，重金属污水监测完毕后，MCU模块2控制第二阀门K2开启，重金属污水进入存水罐12后，第二阀门K2关闭；第二抽水泵13开始运行，第三阀门K3开启，当清水箱16中水位高于第二水位计17的设定值时，第二抽水泵13停止运行，第三阀门K3关闭，清洗泵18开始工作，第四阀门K4开启，冲洗喷头19清洗水箱9和微型电化学传感11后，第五阀门K5开启，清洗后的废水进入所述废液罐20。

下面对该无人值守的重金属污水监测设备的原理和使用过程作进一步的说明：

1、PH值传感器1位于河水中，当其测量值超过设定值时(重金属排放一般伴随着强酸或强碱环境)，MCU模块2控制第一阀门K1开启，第一抽水泵6启动。

2、含有重金属的污水在第一抽水泵6的作用下，由第一进水管T1经过第一过滤网7滤去泥沙等固体悬浮物杂质，随后进入紫外线灯管8，在高功率紫外线照射下进行污水消解，使被有机物络合的金属离子释放出来，重金属元素以无机离子的形式存在，方便后面检测。

3、含有无机重金属离子的污水进入水箱9中，当水箱9中的水位超过第一水位计10设定的上限时，MCU模块2控制第一阀门K1关闭，第一抽水泵6停止工作。

4、MCU模块2向微型电化学传感器11发送指令，通过三电极伏安法进行水箱9中重金属离子的分析，并将其测量数据传输给MCU模块2进行预处理；

5、进过预处理后的测量数据与GPS模块4的地理位置信息数据分别通过3G/GPRS无线通信模块3传送到远程在线监测终端，实现对重金属污水的远程监控。

6、测量完成以后，MCU模块2控制第二阀门K2开启，污水将排入存水罐12中，方便相关人员达到现场直接取走样品送检实验室做进一步分析，完成测量过程。

7、水箱9中液体排空以后，MCU模块2控制第三阀门K3开启，第二抽水泵13开始工作，将污水排入第二过滤网14中，过滤掉污水中的泥沙等固体悬浮杂质，然后进入纳滤膜组件15中滤除污水中的重金属离子等其它物质，最终获得比较干净的纯水。

8、纯水进入清水箱16，当其内含的水位超过第二水位计17的设定参数时，MCU模块2控制第三阀门K3关闭和第四阀门K4开启，启动清洗泵18把纯水压入水箱9，通过清洗喷头19对内置的微型电化学传感器11和水箱9进行清洗，当水位超过第一水位计10设定值时，MCU模块2控制第五阀门K5开启，清洗后的废水进入废液罐20，完成对监测设备的清洗过程。

其中，当遇到突发情况时，远程控制终端可以通过3G/GPRS无线通信模块3给MCU模块2发送指令，远程控制监测设备的工作频率、工作状态和管理电源模块5，当然对于来自多个设备的数据，远程控制终端也可以进行综合处理，以对水域内重金属元素浓度扩散进行实时预报分析。

综上所述，本发明提供一种无人值守的重金属污水监测设备，通过采用MCU模块统一控制整个设备，实现设备运行的自动化，同时可以通过无线移动通信网络对MCU模块的工作频率、工作状态和电源系统进行远程控制，真正实现了快速检测、快速分析、集成度较高、低功耗、智能化和无人值守的特点，适应于设备在整个敏感流域的多点布控、实时监测工厂重金属污水偷排和漏排的情况、应对突发性重金属超标事件、满足快速响应的需求、及时为环保部门提供实时和在线数据，提升相关河水流域的应急能力等各方面需求。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (4)

1.一种无人值守的重金属污水监测设备，包括自动控制装置、远程在线监测终端，其特征在于，还包括：

PH值传感器(1)、重金属污水自动采集装置、微型电化学传感器(11)、污水存储装置、清洗装置；

所述PH值传感器(1)连接所述自动控制装置，所述自动控制装置包括MCU模块(2)、无线通信模块(3)、GPS模块(4)和电源模块(5)，所述微型电化学传感器(11)、无线通信模块(3)、GPS模块(4)和电源模块(5)分别连接所述MCU模块(2)，所述无线通信模块(3)与所述远程在线监测终端实现互联通信；

所述重金属污水自动采集装置包括第一水位计(10)和依次连接的第一进水管(T1)、第一阀门(K1)、第一抽水泵(6)、第一过滤网(7)、紫外线灯管(8)、水箱(9)、第二阀门(K2)和存水罐(12)，所述水箱(9)中设有所述微型电化学传感(11)和所述第一水位计(10)；

所述污水存储装置包括第五阀门(K5)、废液罐(20)，所述水箱(9)、所述第五阀门(K5)和所述废液罐(20)依次连接；

所述清洗装置包括第二水位计(17)和依次连接的第二进水管(T2)、第三阀门(K3)、第二抽水泵(13)、第二过滤网(14)、纳滤膜组件(15)、清水箱(16)、第四阀门(K4)、清洗泵(18)和冲洗喷头(19)，所述冲洗喷头(19)设置于所述水箱(9)中，所述清水箱(16)中设有所述第二水位计(17)。

2.如权利要求1所述的无人值守的重金属污水监测设备，其特征在于，所述电源模块(5)包括蓄电池系统、太阳能系统或风能系统。

3.如权利要求1所述的无人值守的重金属污水监测设备，其特征在于，所述无线通信模块(3)为3G/GPRS无线通信模块。

4.如权利要求1所述的无人值守的重金属污水监测设备，其特征在于，所述第一阀门(K1)、第二阀门(K2)、第三阀门(K3)、第四阀门(K4)和第五阀门(K5)均与所述MCU模块(2)连接；

当水箱(9)中的水位超过所述第一水位计(10)的设定值时，所述MCU模块(2)控制所述第一阀门(K1)关闭，第一抽水泵(6)停止运行，重金属污水监测完毕后，所述MCU模块(2)控制所述第二阀门(K2)开启，重金属污水进入存水罐(12)后，所述第二阀门(K2)关闭；第二抽水泵(13)开始运行，所述第三阀门(K3)开启，当所述清水箱(16)中水位高于第二水位计(17)的设定值时，所述第二抽水泵(13)停止运行，所述第三阀门(K3)关闭，所述清洗泵(18)开始工作，所述第四阀门(K4)开启，所述冲洗喷头(19)清洗所述水箱(9)和所述微型电化学传感(11)后，第五阀门(K5)开启，清洗后的废水进入所述废液罐(20)。