CN112362399B - 智能地下水低速洗井采样系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能地下水低速洗井采样系统及方法，系统包括：气囊泵，其包括泵体和设置在所述泵体内部的气囊；所述气囊的两端分别连接于开设于所述泵体上端和下端的出水口和入水口；所述出水口和入水口上分别设置有在无外力作用时将所述出水口或入水口封闭的球阀；所述泵体上开设有贯通至所述泵体内部的输气口；气泵，其通过输气管连接于所述输气口；水质监测器，其内设置有水样检测模块，以及与所述气泵和水样检测模块分别连接的控制器；所述水样检测模块通过输水管连接于所述出水口。其通过气囊泵和水质监测器的连接，能够实现采样全过程空气与水样无接触，同时大大减少洗井水量，且具有低流量、低速率，低扰动的优点。

Description

智能地下水低速洗井采样系统及方法

技术领域

本发明涉及地下水采样技术领域，特别涉及一种智能地下水低速洗井采样系统及方法。

背景技术

对地下水中挥发性有机物进行采样检测时，为了提高检测的准确性，应避免对井内水体产生气提气爆等扰动，尤其是以VOC为分析目标的采样，各种对水体的扰动，都会引起溶解氧的变化和水中挥发性物质的散逸，导致样品分析结果不准确，同时应该避免空气与水样相接触，现有的水样采集装置中，多采用抽水泵或贝勒管进行水样的采集，但是抽水泵的使用会对地下水造成较大的扰动，而贝勒管需要人工操作，不仅存在采样时间长，采样效率低等问题，还容易使得空气与水样相接触，造成水中挥发性有机物损失，导致检测结果不准确。

因而，目前急需一种能够低流速、低扰动式地下水洗井及采样系统，以保证通过水样进行检测的结果的准确性。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种智能地下水低速洗井采样系统及方法，通过气囊泵和水质监测器的连接，能够实现采样全过程空气与水样无接触，同时大大减少洗井水量，且具有低流量、低速率，低扰动的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种智能地下水低速洗井采样系统，包括：

气囊泵，其包括泵体和设置在所述泵体内部的气囊；所述气囊的两端分别连接于开设于所述泵体上端和下端的出水口和入水口；所述出水口和入水口上分别设置有在无外力作用时将所述出水口或入水口封闭的球阀；所述泵体上开设有贯通至所述泵体内部的输气口；

气泵，其通过输气管连接于所述输气口；

水质监测器，其内设置有水样检测模块，以及与所述气泵和水样检测模块分别连接的控制器；所述水样检测模块通过输水管连接于所述出水口。

优选的是，所述的智能地下水低速洗井采样系统中，还包括：

泄降控制单元，其设置于所述泵体的上方，并通过线缆与所述控制器相连接；所述泄降控制单元用于实时监测井内的地下水水位，且在所述水位下降超出预定的阈值时，使所述控制器控制所述泵体关闭；并在所述水位恢复后，使所述控制器控制所述泵体开启。

优选的是，所述的智能地下水低速洗井采样系统中，所述水质监测器内设置有与所述输水管连通的流通池，所述水样检测模块设置于所述流通池的顶端；所述水样检测模块包括多个用于实时测量所述流通池内水样的参数的传感器；

其中，所述传感器包括：用于测量水样pH的pH传感器、用于测量水样氧化还原电位的ORP传感器、用于测量水样电导率的电导率传感器、用于测量水样溶解氧的溶解氧传感器，以及用于测量水样浊度的浊度传感器。

优选的是，所述的智能地下水低速洗井采样系统中，所述控制器分别与所述水质监测器的废水出口和水样出口的控制阀相连接；所述控制器在所述传感器测量的水样的参数达标前，控制所述流通池内的水样由所述废水出口流出，并在水样的参数达标后，控制所述流通池内的水样由所述水样出口流出。

优选的是，所述的智能地下水低速洗井采样系统中，所述泵体采用316不锈钢一体成型设置；所述气囊由特氟龙材料制成，输水管内壁上贴附有特氟龙内层。

优选的是，所述的智能地下水低速洗井采样系统中，所述水质监测器上设置有与所述控制器连接的触控屏。

优选的是，所述的智能地下水低速洗井采样系统中，所述控制器内还设置有与所述水样检测模块连接的存储模块，以及与所述存储模块连接的无线传输模块。

优选的是，所述的智能地下水低速洗井采样系统中，所述控制器内设置有相互连接的比较模块和数据库，所述数据库内保存有所述泵体伸入待检测井内获得的地下水检测数据和洗井次数的对照数据表；所述控制器将所述泵体伸入待检测井后，获得的首次水样检测数据发送给所述比较模块，所述比较模块由所述数据库内调取与所述首次水样检测数据最接近的对照数据，并使所述控制器控制所述气泵在达到所述对照数据规定的洗井次数后，才对由所述气囊抽取的水样进行检测；

其中，所述对照数据表的生成过程为：所述数据库通过所述无线传输模块远程连接于分析模块；所述分析模块还通过所述无线传输模块连接于所述水样检测模块；所述控制器在泵体伸入待检测井内且气囊内充满水后，控制所述气泵开启使气囊内的水经输水管进入水样检测模块进行检测；所述分析模块获取所述水样检测模块的检测结果，以及所述待检测井达到取样标准的洗井次数，并将由各个待检测井获得的检测结果和洗井次数进行汇总和分析，得到一定检测结果范围内对应的洗井次数对照数据，并生成所述对照数据表；同时，所述分析模块还在按照所述对照数据表的洗井次数洗井后，由所述气囊抽取的水样进行检测时获取检测结果，并在检测结果未达到采样标准时，持续获取检测结果，并在检测结果达到采样标准后记录洗井次数，且在按照原对照数据表的洗井次数洗井后，水样检测结果未达到采样标准的待检测井数量超过预定数量时，将记录的各个待检测井的洗井次数进行平均后，将所述对照数据表中相应检测结果范围对应的洗井次数进行更新。

一种智能地下水低速洗井采样系统的采样方法，包括以下步骤：

S1、将泵体沿井口伸入待检测井内，并在泵体进水口处的流量计显示气囊被水充满后，启动气泵；

S2、气泵向泵体内充气挤压气囊，气囊内的水由输水管进入水质监测器内进行检测，并将检测结果发送至比较模块；

S3、比较模块由数据库内调取与S2得到的检测结果最接近的对照数据，并使控制器控制气泵的运动，以按照对照数据进行相应次数的洗井；

S4、在达到对照数据规定的洗井次数后，控制器控制水质监测器对由气囊抽取的水样进行检测，当检测结果符合取样标准时，使水样由水样出口流出并收集；当检测结果不符合取样标准时，使水样由废水出口流出，并继续洗井，直至水样的检测结果符合取样标准。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明的智能地下水低速洗井采样系统在使用时，将水质监测器上的输气管和泵体的输气口相连接，将输水管和泵体的出水口相连接，而后将水质监测器连接电源，并将泵体由井口放入井内，直至达到所需采样的水位，泵体因在井中的压力使得水体将入水口上的球阀顶开，水流由泵体入水口缓慢的进入气囊内部，随着气囊的膨胀，输气口向外放气，当输气口向外的气流停止时，通过控制器控制气泵开启，气泵向泵体内通入气体，随着泵体内气体的增多，气囊受到气体的压力收缩，位于出水口的球阀被水流顶开，使得气囊内的水流由出水口经出水管流入水质监测器内，而后控制器控制水样检测模块对水样进行检测。在水样的采集全过程中，水流仅通过了入水口、气囊和出水口，而并未与气囊外部泵体上的输气口接触，实现了采样全过程与空气的零接触，且气囊是受水体的压力而由入水口缓慢的进水，较之现有的利用抽水泵等进行抽水，水流速度更为缓慢、温和，实现了水样采集的低流量、低速率，并有效避免了水样采集时对于地下水的扰动，进而保证了检测结果的准确性。

气囊泵特有的水流吸放方式，使得气囊泵周围的水流基本无扰动，从而在洗井时仅需对气囊泵周围的水流进行置换，即可实现洗井，有效减少了洗井的排水量，并提高了洗井效率。

通过泵体、气囊，以及球阀组成的气囊泵，结构中无机械部件，不仅制作成本低廉，且有效减少了气囊泵的损坏几率，并使得维护频率低，适合长期在水下布放。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述的智能地下水低速洗井采样系统的结构图；

图2为本发明所述的气囊泵进水时的结构图；

图3为本发明所述的气囊泵出水时的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-图3所示，本发明提供一种智能地下水低速洗井采样系统，包括：

气囊泵100，其包括泵体110和设置在所述泵体110内部的气囊120；所述气囊120的两端分别连接于开设于所述泵体110上端和下端的出水口111和入水口112；所述出水口111和入水口112上分别设置有在无外力作用时将所述出水口111或入水口112封闭的球阀200；所述泵体110上开设有贯通至所述泵体110内部的输气口113；

气泵300，其通过输气管310连接于所述输气口113；

水质监测器400，其内设置有水样检测模块410，以及与所述气泵300和水样检测模块410分别连接的控制器420；所述水样检测模块410通过输水管411连接于所述出水口111。

在上述方案中，所述智能地下水低速洗井采样系统在使用时，将水质监测器上的输气管和泵体的输气口相连接，将输水管和泵体的出水口相连接，而后将水质监测器连接电源，并将泵体由井口放入井内，直至达到所需采样的水位，泵体因在井中的压力使得水体将入水口上的球阀顶开，水流由泵体入水口缓慢的进入气囊内部，随着气囊的膨胀，输气口向外放气，当输气口向外的气流停止时，通过控制器控制气泵开启，气泵向泵体内通入气体，随着泵体内气体的增多，气囊受到气体的压力收缩，位于出水口的球阀被水流顶开，使得气囊内的水流由出水口经出水管流入水质监测器内，而后控制器控制水样检测模块对水样进行检测。在水样的采集全过程中，水流仅通过了入水口、气囊和出水口，而并未与气囊外部泵体上的输气口接触，实现了采样全过程与空气的零接触，且气囊是受水体的压力而由入水口缓慢的进水，较之现有的利用抽水泵等进行抽水，水流速度更为缓慢、温和，实现了水样采集的低流量、低速率，并有效避免了水样采集时对于地下水的扰动，进而保证了检测结果的准确性。

气囊泵特有的水流吸放方式，使得气囊泵周围的水流基本无扰动，从而在洗井时仅需对气囊泵周围的水流进行置换，即可实现洗井，有效减少了洗井的排水量，并提高了洗井效率。

通过泵体、气囊，以及球阀组成的气囊泵，结构中无机械部件，不仅制作成本低廉，且有效减少了气囊泵的损坏几率，并使得维护频率低，适合长期在水下布放。

通过设置气泵外置于水质监测器，避免了气泵工作时对水样产生的振动，从而提高了水样检测的准确性。

通过泵体、气囊，以及球阀组成的气囊泵，结构中无机械部件，不仅制作成本低廉，且有效减少了气囊泵的损坏几率，并使得维护频率低，适合长期在水下布放。

一个优选方案中，还包括：

泄降控制单元500，其设置于所述泵体110的上方，并通过线缆510与所述控制器420 相连接；所述泄降控制单元500用于实时监测井内的地下水水位，且在所述水位下降超出预定的阈值时，使所述控制器420控制所述泵体120关闭；并在所述水位恢复后，使所述控制器420控制所述泵体120开启。

在上述方案中，通过泄降控制单元的设置，能够实时监控井内水位的变化，以及泵体下降的深度，从而方便准确控制泵体至待检测深度，并在取样过程中水位达到下降的下限时，由控制器控制气泵停止工作，进而使得采样终止，以便于井内水位的及时补充。泄降控制单元设置于气囊泵的上方，并与气囊泵泵体一体化设置，完全实现水位变化与泄降控制单元的协同自动化，并保证对水位的精确检测；其中，泄降控制单元优选带有大气压力补偿的泄降控制单元，从而通过来自地面上方的大气压力补偿，获取精准的地下水动态水位。

一个优选方案中，所述水质监测器400内设置有与所述输水管411连通的流通池430，所述水样检测模块410设置于所述流通池430的顶端；所述水样检测模块410包括多个用于实时测量所述流通池430内水样的参数的传感器；

其中，所述传感器包括：用于测量水样pH的pH传感器、用于测量水样氧化还原电位的ORP传感器、用于测量水样电导率的电导率传感器、用于测量水样溶解氧的溶解氧传感器，以及用于测量水样浊度的浊度传感器。

在上述方案中，通过在流通池顶端设置多个传感器，利用pH传感器、ORP传感器、溶解氧传感器、电导率传感器以及浊度传感器，分别实时测量流通池内水样的pH、氧化还原电位、电导率、溶解氧和浊度，对水质进行测量，当6个参数的变化符合HJ1019-2019 的技术要求时，水样自动流入样品收集器，实现了采样条件的自动判定，同时也可以作为地下水水质连接监测的水质数据，为后续地下水水质监测大数据平台提供支撑。

一个优选方案中，所述控制器420分别与所述水质监测器400的废水出口440和水样出口450的控制阀相连接；所述控制器420在所述传感器测量的水样的参数达标前，控制所述流通池430内的水样由所述废水出口440流出，并在水样的参数达标后，控制所述流通池430内的水样由所述水样出口450流出。

在上述方案中，地下水经输水管进入流通池内，测量水质不符合标准的，控制器控制废水出口的阀门打开，使得水样经废水出口排出，符合标准的，控制控制水样出口的阀门打开，使水样经水样出口进入水样瓶内取样。

一个优选方案中，所述泵体110采用316不锈钢一体成型设置；所述气囊120由特氟龙材料制成，输水管411内壁上贴附有特氟龙内层。

在上述方案中，泵体采用316不锈钢材质制成，而气囊以及输水管的内壁应用特氟龙材料，从而避免气囊泵对水体的污染，且对地下水内的VOC没有化学吸附，最大程度地保留了水样的原本状态。

一个优选方案中，所述水质监测器400上设置有与所述控制器420连接的触控屏460。

在上述方案中，通过在水质监测器上设置与控制器连接的触控屏，能够使得对水样的检测数据显示在触控屏上，方便用户的记录和查看。

一个优选方案中，所述控制器420内还设置有与所述水样检测模块410连接的存储模块470，以及与所述存储模块470连接的无线传输模块480。

在上述方案中，通过存储模块的设置，能够对检测数据进行保存，以便于后续查看；通过在水质监测器内设置无线传输模块，使得水质监测器检测的水样数据通过无线网络远程传输至与其连接的控制中心或者智能手机等无线终端，方便数据的查看和统计。

一个优选方案中，所述控制器420内设置有相互连接的比较模块和数据库，所述数据库内保存有所述泵体110伸入待检测井内获得的地下水检测数据和洗井次数的对照数据表；所述控制器420将所述泵体110伸入待检测井后，获得的首次水样检测数据发送给所述比较模块，所述比较模块由所述数据库内调取与所述首次水样检测数据最接近的对照数据，并使所述控制器420控制所述气泵110在达到所述对照数据规定的洗井次数后，才对由所述气囊120抽取的水样进行检测；

其中，所述对照数据表的生成过程为：所述数据库通过所述无线传输模块480远程连接于分析模块；所述分析模块还通过所述无线传输模块480连接于所述水样检测模块410；所述控制器420在泵体110伸入待检测井内且气囊120内充满水后，控制所述气泵110开启使气囊120内的水经输水管411进入水样检测模块410进行检测；所述分析模块获取所述水样检测模块410的检测结果，以及所述待检测井达到取样标准的洗井次数，并将由各个待检测井获得的检测结果和洗井次数进行汇总和分析，得到一定检测结果范围内对应的洗井次数对照数据，并生成所述对照数据表；同时，所述分析模块还在按照所述对照数据表的洗井次数洗井后，由所述气囊120抽取的水样进行检测时获取检测结果，并在检测结果未达到采样标准时，持续获取检测结果，并在检测结果达到采样标准后记录洗井次数，且在按照原对照数据表的洗井次数洗井后，水样检测结果未达到采样标准的待检测井数量超过预定数量时，将记录的各个待检测井的洗井次数进行平均后，将所述对照数据表中相应检测结果范围对应的洗井次数进行更新。

在上述方案中，由分析模块配合比较模块和数据库以生成的对照数据表，能够使得在泵体首次进入某个待检测井后，在气囊内充满水后，即对气囊内的水进行检测，以得到井内水流的检测数据，并通过该检测数据参照对照数据表得到相应于该待检测井的洗井次数，并在洗井过程中不对采得的水样进行检测，而仅在达到规定洗井次数后才进行水样的检测，在这一过程中，采样系统首次检测的水样为泵体伸入井内气囊泵内填充的水，即并非到达指定深度的水样，使得水样检测模块首次获得的检测水样的时间有效缩短，同时，参考对照数据表得到适应于该井的洗井次数，避免了传统采样系统每次洗井后都需要对水样进行检测的弊端，使得洗井的效率显著提高，且减少了水样的检测次数，提高了系统的利用率。

另外，分析模块还记录多个首次检测数据在同一检测结果范围内的待检测井按照对照数据表建议的洗井次数完成洗井后，采集水样的检测数据，并汇总洗井次数后对对照数据表内的数据进行更新，从而有效的提高了对照数据表提供的数据的准确性。

一种智能地下水低速洗井采样系统的采样方法，包括以下步骤：

S1、将泵体沿井口伸入待检测井内，并在泵体进水口处的流量计显示气囊被水充满后，启动气泵；

S2、气泵向泵体内充气挤压气囊，气囊内的水由输水管进入水质监测器内进行检测，并将检测结果发送至比较模块；

S3、比较模块由数据库内调取与S2得到的检测结果最接近的对照数据，并使控制器控制气泵的运动，以按照对照数据进行相应次数的洗井；

S4、在达到对照数据规定的洗井次数后，控制器控制水质监测器对由气囊抽取的水样进行检测，当检测结果符合取样标准时，使水样由水样出口流出并收集；当检测结果不符合取样标准时，使水样由废水出口流出，并继续洗井，直至水样的检测结果符合取样标准。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种智能地下水低速洗井采样系统，其特征在于，包括：

气囊泵，其包括泵体和设置在所述泵体内部的气囊；所述气囊的两端分别连接于开设于所述泵体上端和下端的出水口和入水口；所述出水口和入水口上分别设置有在无外力作用时将所述出水口或入水口封闭的球阀；所述泵体上开设有贯通至所述泵体内部的输气口；

气泵，其通过输气管连接于所述输气口；

水质监测器，其内设置有水样检测模块，以及与所述气泵和水样检测模块分别连接的控制器；所述水样检测模块通过输水管连接于所述出水口；

其中，所述控制器内设置有相互连接的比较模块和数据库，所述数据库内保存有所述泵体伸入待检测井内获得的地下水检测数据和洗井次数的对照数据表；所述控制器将所述泵体伸入待检测井后，获得的首次水样检测数据发送给所述比较模块，所述比较模块由所述数据库内调取与所述首次水样检测数据最接近的对照数据，并使所述控制器控制所述气泵在达到所述对照数据规定的洗井次数后，才对由所述气囊抽取的水样进行检测。

2.如权利要求1所述的智能地下水低速洗井采样系统，其特征在于，还包括：

泄降控制单元，其设置于所述泵体的上方，并通过线缆与所述控制器相连接；所述泄降控制单元用于实时监测井内的地下水水位，且在所述水位下降超出预定的阈值时，使所述控制器控制所述泵体关闭；并在所述水位恢复后，使所述控制器控制所述泵体开启。

3.如权利要求1所述的智能地下水低速洗井采样系统，其特征在于，所述水质监测器内设置有与所述输水管连通的流通池，所述水样检测模块设置于所述流通池的顶端；所述水样检测模块包括多个用于实时测量所述流通池内水样的参数的传感器；

其中，所述传感器包括：用于测量水样pH的pH传感器、用于测量水样氧化还原电位的ORP传感器、用于测量水样电导率的电导率传感器、用于测量水样溶解氧的溶解氧传感器，以及用于测量水样浊度的浊度传感器。

4.如权利要求3所述的智能地下水低速洗井采样系统，其特征在于，所述控制器分别与所述水质监测器的废水出口和水样出口的控制阀相连接；所述控制器在所述传感器测量的水样的参数达标前，控制所述流通池内的水样由所述废水出口流出，并在水样的参数达标后，控制所述流通池内的水样由所述水样出口流出。

5.如权利要求3所述的智能地下水低速洗井采样系统，其特征在于，所述泵体采用316不锈钢一体成型设置；所述气囊由特氟龙材料制成，输水管内壁上贴附有特氟龙内层。

6.如权利要求1所述的智能地下水低速洗井采样系统，其特征在于，所述水质监测器上设置有与所述控制器连接的触控屏。

7.如权利要求1所述的智能地下水低速洗井采样系统，其特征在于，所述控制器内还设置有与所述水样检测模块连接的存储模块，以及与所述存储模块连接的无线传输模块。

8.如权利要求7所述的智能地下水低速洗井采样系统，其特征在于，所述对照数据表的生成过程为：所述数据库通过所述无线传输模块远程连接于分析模块；所述分析模块还通过所述无线传输模块连接于所述水样检测模块；所述控制器在泵体伸入待检测井内且气囊内充满水后，控制所述气泵开启使气囊内的水经输水管进入水样检测模块进行检测；所述分析模块获取所述水样检测模块的检测结果，以及所述待检测井达到取样标准的洗井次数，并将由各个待检测井获得的检测结果和洗井次数进行汇总和分析，得到一定检测结果范围内对应的洗井次数对照数据，并生成所述对照数据表；同时，所述分析模块还在按照所述对照数据表的洗井次数洗井后，由所述气囊抽取的水样进行检测时获取检测结果，并在检测结果未达到采样标准时，持续获取检测结果，并在检测结果达到采样标准后记录洗井次数，且在按照原对照数据表的洗井次数洗井后，水样检测结果未达到采样标准的待检测井数量超过预定数量时，将记录的各个待检测井的洗井次数进行平均后，将所述对照数据表中相应检测结果范围对应的洗井次数进行更新。

9.一种如权利要求1-8中任一项所述的智能地下水低速洗井采样系统的采样方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将泵体沿井口伸入待检测井内，并在泵体进水口处的流量计显示气囊被水充满后，启动气泵；

S2、气泵向泵体内充气挤压气囊，气囊内的水由输水管进入水质监测器内进行检测，并将检测结果发送至比较模块；

S3、比较模块由数据库内调取与S2得到的检测结果最接近的对照数据，并使控制器控制气泵的运动，以按照对照数据进行相应次数的洗井；

S4、在达到对照数据规定的洗井次数后，控制器控制水质监测器对由气囊抽取的水样进行检测，当检测结果符合取样标准时，使水样由水样出口流出并收集；当检测结果不符合取样标准时，使水样由废水出口流出，并继续洗井，直至水样的检测结果符合取样标准。

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