CN110935724A - 一种电动-微生物协同修复系统及其自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动‑微生物协同修复系统及其自动控制方法，包括分别储存清水、碱液和酸液的第一罐体、第二罐体和第三罐体，第一罐体、第二罐体和第三罐体通过管路各自分别经过第一排放阀、第二排放阀和第三排放阀连通输送泵，输送泵连通由若干加注阀连通滴灌头组成的滴灌装置；在待修复地块中设置对应滴灌装置的PH探头、湿度探头、ORP探头、脉冲装置和地埋电极；所述PH探头、湿度探头、ORP探头通过各自控制电缆连接至检测控制装置，检测控制装置通过通讯线连至系统控制站；所述地埋电极通过电极控制电缆与地埋电极中的脉冲装置脉冲发生器连接，并通过通讯线连至系统控制站。本发明有效解决已污染地块中有机物沉积引起的污染问题。

Description

一种电动-微生物协同修复系统及其自动控制方法

技术领域

本发明涉及污染土壤修复领域，尤其是一种电动-微生物协同修复系统及其自动控制系统。

背景技术

近年来，随着人民生活水平逐渐提高，环境问题越来越被人们重视。随着工业化进程的加快，大量土地也面临污染的风险，作为与人们日常生活密不可分一部分，土壤保护和修复越来越受到大家的重视。

同时，由于城市发展规划及环保要求，以及土地性质的改变，大量工业用地出现空置，需要对原有地块进行检测并修复，已达到重新使用或者变更使用的要求。

发明内容

本发明目的是解决由于土壤中有机物沉积而引起的污染。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电动-微生物协同修复系统，包括分别储存清水、碱液和酸液的第一罐体、第二罐体和第三罐体，第二罐体和第三罐体中分别设有碱液搅拌机和酸液搅拌机，第一罐体、第二罐体和第三罐体通过管路各自分别经过第一排放阀、第二排放阀和第三排放阀连通输送泵，输送泵连通由若干加注阀连通滴灌头组成的滴灌装置；在待修复地块中设置对应滴灌装置的PH探头、湿度探头、ORP探头、脉冲装置和地埋电极；所述PH探头、湿度探头、ORP探头通过各自控制电缆连接至检测控制装置，检测控制装置通过通讯线连至系统控制站；所述地埋电极通过电极控制电缆与地埋电极中的脉冲装置脉冲发生器连接，脉冲发生器通过通讯线连至系统控制站。

进一步的，通过设定药剂罐体，为滴灌装置储存必需的清水和药剂，保证运行时药剂供应，同时在药剂罐体中设置液位计，实时反馈液位信号。

进一步的，在待修复地块中设置PH探头，用于检测土壤中的酸碱度，并将信号传递至检测控制装置11，进而上传至系统控制站15。

进一步的，在待修复地块中设置湿度探头，用于检测土壤中的湿度，并将信号传递至检测控制装置11，进而上传至系统控制站15。

进一步的，在待修复地块中设置ORP探头，用于检测土壤中的ORP值，并将信号传递至检测控制装置11进而上传至系统控制站15。

进一步的，在待修复地块中设置脉冲装置和地埋电极，地埋电极中的可变电流来自脉冲发生器12。

本发明还提出一种电动-微生物协同修复系统的自动控制方法，采用前述的电动-微生物协同修复系统，自动控制方法如下：

1、当系统检测出待修复地块中的ORP值小雨设定值时，系统控制站15根据收集到的信号，启动脉冲发生器12，通过地埋电极对地块进行加压。至ORP值回归正常后，停止脉冲系统；

2、当系统检测出待修复地块中的酸碱度值小于设定值时，系统控制站15根据收集到的信号，启动碱液输送装置，通过滴灌装置对地块加注碱液；待PH值回归正常后，停止加注；

3、当系统检测出待修复地块中的酸碱度值大于设定值时，系统控制站15根据收集到的信号，启动酸液输送装置，通过滴灌装置对地块加注酸液；待PH值回归正常后，停止加注。

4、当系统检测出待修复地块中的湿度值低于设定值时，系统控制站15根据收集到的信号，启动清水输送装置，通过滴灌装置对地块加注清水，保持地块湿润；湿度正常后，停止加注。

通过检测待修复地块中的技术参数设定，适时启动滴灌装置和脉冲装置，改变土壤中的化学条件，从而促进微生物对土壤中有机物进行分解。

本发明通过设置自动控制系统，确保各设备在自动启停中的先后顺序，确保本修复系统安全、可靠、稳定运行。脉冲发生装置的工作，必须在一定的湿度和酸碱度条件下，才能发生最大的效用。为实现最理想的修复目的，需综合考虑湿度、酸度、碱度、ORP。待修复地块保持适宜酸碱度和湿度，是脉冲发生器12工作的前提条件。只有当待修复地块的湿度和酸碱度在合理范围，脉冲发生器12加注到土壤中的脉冲才能发挥到最好的效果，微生物的活性才能最强，整个系统的生化效率才最高。

本发明系统控制方法的的自动控制逻辑是：

1.待修复地块实际检测出的湿度值，与理论设定值进行比较，经加减运算且进行逻辑比较，转化成第一排放阀3-1的打开关闭信号；

2.待修复地块实际检测出的PH值，与理论设定值进行比较，经加减运算且进行逻辑比较，转化成第二排放阀3-2、第三排放阀3-3的打开关闭信号；

3.待修复地块实际检测出的ORP值，与理论设定值进行比较，经加减运算且进行逻辑比较，转化成脉冲发生器12启停信号；

4.排放阀的运行停止信号，作为输送泵4的启动停止条件。即：当三个阀门(3-1第一排放阀、3-2第二排放阀、3-3第三排放阀)中有一个打开时，启动输送泵4；当三个阀门(3-1第一排放阀、3-2第二排放阀、3-3第三排放阀)均关闭时，停止输送泵4；

5.脉冲发生器12工作过程视为

加酸加碱视为

加注清水过程视为

是

的前提条件。

本发明提供的技术方案，可以达到以下效果：根据检测到的数据，对目标地块进行加湿、加碱、加酸、加电压作业，保持目标地块的化学环境适宜微生物生存，尽可能提高其生物活性，从而加速降解活动，达到修复的目的。

此外，该自动控制系统自动联锁，通过分析不同位置的土壤数据，进行合理的区域选择和量化选择，实现较大面积土壤的分区修复，避免局部区域的过量修复或修复不足。

最后，该系统根据目标设定值自行判断分析，自动切换并调整工作模式，进一步降低运行人员工作强度，同时提高工作效率。

附图说明

图1是本发明的系统连接图

图1中，1-1第一罐体、1-2第二罐体、1-3第三罐体、2-1碱液搅拌机、2-2酸液搅拌机、3-1第一排放阀、3-2第二排放阀、3-3第三排放阀、4-输送泵、5-1第一加注阀、5-2第二加注阀、5-3第三加注阀、5-4第四加注阀、5-5第五加注阀、6-1第一滴灌头、6-2第二滴灌头、6-3第三滴灌头、6-4第四滴灌头、6-5第五滴灌头、7-1第一PH探头、7-2第二PH探头、7-3第三PH探头、7-4第四PH探头、7-5第五PH探头、8-1第一湿度探头、8-2第二湿度探头、8-3第三湿度探头、8-4第四湿度探头、8-5第五湿度探头、9-1第一ORP探头、9-2第二ORP探头、9-3第三ORP探头、9-4第四ORP探头、9-5第五ORP探头、10-1第一电极、10-2第二电极、10-3第三电极、10-4第四电极、10-5第五电极、11-检测控制装置、12-脉冲发生器、13-1PH控制电缆、13-2湿度控制电缆、13-3ORP控制电缆、13-4电极控制电缆、14-通讯线、15-系统控制站。

图2是输送泵联锁逻辑示意图。

图3是脉冲控制逻辑示意图。

图4是酸碱控制逻辑示意图。

图5是湿度控制逻辑示意图。

图6是控制过程时序示意图。

具体实施方式

为使本发明目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合本发明的附图以及实例，对本发明进行清楚完整的描述；

本发明提供了一种电动-微生物协同修复系统及其自动控制系统，如图1所示。

一种电动-微生物协同修复系统及其自动控制系统，包括药剂罐体(包括1-1第一罐体(储存清水)、1-2第二罐体(储存碱液)、1-3第三罐体(储存酸液))，通过设定药剂罐体，为滴灌装置储存必需的清水和药剂，保证运行时药剂供应，同时在药剂罐体中设置液位计，实时反馈液位信号；滴灌装置(6-1第一滴灌头、6-2第二滴灌头、6-3第三滴灌头、6-4第四滴灌头、6-5第五滴灌头)，脉冲装置、数据收集分析装置、检测控制装置、污染待修复土壤、阀门、线缆及各种管路。

在待修复地块中设置PH探头(包括7-1第一PH探头、7-2第二PH探头、7-3第三PH探头、7-4第四PH探头、7-5第五PH探头)，用于检测土壤中的酸碱度，并通过PH控制电缆13-1将信号传递至检测控制装置11，通过通讯线14至系统控制站15，进而上传至系统控制站15。

在待修复地块中设置湿度探头(包括8-1第一湿度探头、8-2第二湿度探头、8-3第三湿度探头、8-4第四湿度探头、8-5第五湿度探头)，用于检测土壤中的湿度，并通过湿度控制电缆13-2将信号传递至检测控制装置11，通过通讯线14至系统控制站15，连接进而上传至系统控制站15。

在待修复地块中设置ORP探头(包括9-1第一ORP探头、9-2第二ORP探头、9-3第三ORP探头、9-4第四ORP探头、9-5第五ORP探头)，用于检测土壤中的ORP值，并通过ORP控制电缆13-3将信号传递至检测控制装置11，通过通讯线14至系统控制站15，进而上传至系统控制站15；

在待修复地块中设置脉冲装置脉冲发生器12和地埋电极(包括10-1第一电极、10-2第二电极、10-3第三电极、10-4第四电极、10-5第五电极)，并通过电极控制电缆13-4与地埋电极中的可变电流来自脉冲发生器12连接，通过通讯线14至系统控制站15，进而上传至系统控制站15；

当系统检测出待修复地块中的ORP值小雨设定值时，系统控制站15根据收集到的信号，启动脉冲发生器12，通过地埋电极(包括10-1第一电极、10-2第二电极、10-3第三电极、10-4第四电极、10-5第五电极)，对地块进行加压。至ORP值回归正常后，停止脉冲系统。

当系统检测出待修复地块中的酸碱度值小于设定值时，系统控制站15根据收集到的信号，启动碱液输送装置，通过滴灌装置对地块加注碱液；待PH值回归正常后，停止加注。

当系统检测出待修复地块中的酸碱度值大于设定值时，系统控制站15根据收集到的信号，启动酸液输送装置，通过滴灌装置对地块加注酸液；待PH值回归正常后，停止加注。

当系统检测出待修复地块中的湿度值低于设定值时，系统控制站15根据收集到的信号，启动清水输送装置，通过滴灌装置对地块加注清水，保持地块湿润；湿度正常后，停止加注。

脉冲发生装置的工作，必须在一定的湿度和酸碱度条件下，才能发生最大的效用。为实现最理想的修复目的，需综合考虑湿度、酸度、碱度、ORP。

待修复地块保持适宜酸碱度和湿度，是脉冲发生器12工作的前提条件。只有当待修复地块的湿度和酸碱度在合理范围，脉冲发生器12加注到土壤中的脉冲才能发挥到最好的效果，微生物的活性才能最强，整个系统的生化效率才最高。

设置自动控制装置，确保各设备在自动启停中的先后顺序，确保本修复系统安全、可靠、稳定运行。

如图2所示是输送泵联锁逻辑示意图。排放阀的运行停止信号，作为输送泵4的启动停止条件。即：当三个阀门(3-1第一排放阀、3-2第二排放阀、3-3第三排放阀)中有一个打开时，启动输送泵4；当三个阀门(3-1第一排放阀、3-2第二排放阀、3-3第三排放阀)均关闭时，停止输送泵4。

本发明系统所述的逻辑运算：

图3为脉冲控制逻辑示意图。脉冲控制中，将待修复地块的ORP设定值为100mV。监测装置将实际ORP初始值传回分析系统系统，与100mV进行进行加减运算，通过逻辑分析发出脉冲启动指令；同时以1.2为倍数渐次放大输出，乘法器扫描时间50s。当脉冲输出电压累加值达到6V是，开始启动频率调整逻辑，以0.8为倍数逐次降低频率。在此过程中，连续测量加压后的土壤ORP过程值，循环比对，低于100mV后停止脉冲装置。

图4为酸碱控制逻辑示意图。在加碱控制中，设定待修复地块的PH设定值PV-PH1为5，设定PV-PH0为7。监测装置将PH初始值传回分析系统系统，与PV-PH1进行逻辑运算。当PH反馈值小于5时，发出数字指令1，启动碱液加注装置；当当PH反馈值等于7时，输出数字指令0，停止碱液加注装置。

图4为酸碱控制逻辑。在加酸控制中，设定待修复地块的PH设定值SV-PH2为8，设定SV-PH0为7。监测装置将反馈值传回分析系统系统，与PV-PH2进行逻辑运算。当PH反馈值大于8时，发出数字指令1，启动酸液加注装置；当PH反馈值等于7时，输出数字指令0，停止酸液加注装置。

图5为湿度控制逻辑示意图。在湿度控制中，设定待修复地块的湿度设定值SV-S1为0.1，设定SV-S2为0.3。监测装置将湿度反馈值PV-S传回分析系统系统，与PV-S1进行逻辑湿度比对。当PV-S小于0.1时，发出数字指令1，启动清水加注装置；当PV-S等于0.3时，发出数字指令0，停止清水加注装置。

图6为控制过程时序示意图。在整体控制过程中，

是

的前提条件。即根据探头检测情况，首先对待修复地块进行酸液、碱液和清水的加注，以满足脉冲发生器12最佳的工作环境，最后进行

的作业。

本发明针对电动-微生物协同修复系统及其自动控制方法，利用脉冲发生器(基于功率MOSFET驱动电路)产生双向脉冲电压，并通过电极将电流传导到土壤矩阵中，在时变电场的作用下，土壤孔隙中的水分反复来回振荡，积聚能量，达到能垒后，水分子在土壤颗粒表面放电产生羟基、氧气、氧原子，进而打断有机污染物碳碳键，将其直接分解成无毒无害物质或是更容易降解的中间产物。同时，放电所形成的富氧环境增强了土壤土著微生物的活性，微生物以中间产物为碳源进行生长繁殖，最终将其彻底降解，实现了电动-微生物协同修复。

本发明系统简单、运行稳定，自动化程度高，可有效解决已污染地块中由于有机物沉积引起的污染问题，同时实现自动控制，减少了工作人员的修复强度。

Claims (3)

1.一种电动-微生物协同修复系统，其特征在于，包括分别储存清水、碱液和酸液的第一罐体、第二罐体和第三罐体，第二罐体和第三罐体中分别设有碱液搅拌机和酸液搅拌机，第一罐体、第二罐体和第三罐体通过管路各自分别经过第一排放阀、第二排放阀和第三排放阀连通输送泵，输送泵连通由若干加注阀连通滴灌头组成的滴灌装置；在待修复地块中设置对应滴灌装置的PH探头、湿度探头、ORP探头、脉冲装置和地埋电极；所述PH探头、湿度探头、ORP探头通过各自控制电缆连接至检测控制装置，检测控制装置通过通讯线连至系统控制站；所述地埋电极通过电极控制电缆与地埋电极中的脉冲装置脉冲发生器连接，脉冲发生器通过通讯线连至系统控制站。

2.根据权利要求1所述的一种电动-微生物协同修复系统，其特征在于，在第一罐体、第二罐体和第三罐中分别设置实时反馈液位信号的液位计。

3.一种电动-微生物协同修复系统的自动控制方法，采用根据权利要求1所述的电动-微生物协同修复系统，自动控制方法如下：

(1)、当系统检测出待修复地块中的ORP值小雨设定值时，系统控制站15根据收集到的信号，启动脉冲发生器12，通过地埋电极对地块进行加压。至ORP值回归正常后，停止脉冲系统；

(2)、当系统检测出待修复地块中的酸碱度值小于设定值时，系统控制站15根据收集到的信号，启动碱液输送装置，通过滴灌装置对地块加注碱液；待PH值回归正常后，停止加注；

(3)、当系统检测出待修复地块中的酸碱度值大于设定值时，系统控制站15根据收集到的信号，启动酸液输送装置，通过滴灌装置对地块加注酸液；待PH值回归正常后，停止加注。

(4)、当系统检测出待修复地块中的湿度值低于设定值时，系统控制站15根据收集到的信号，启动清水输送装置，通过滴灌装置对地块加注清水，保持地块湿润；湿度正常后，停止加注；

通过检测待修复地块中的技术参数设定，适时启动滴灌装置和脉冲装置，改变土壤中的化学条件，从而促进微生物对土壤中有机物进行分解。

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