CN112729953A - 一种地下水在线监测和自动采样一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地下水在线监测和自动采样一体化装置，包括地下水监测井模块，设于地面下的地埋式废水收集处理槽，设于地面上的在线监测和采样模块、自动控制模块和供电模块。本装置通过洗井来确保含水层监测水样为新鲜水样，且同一地点不同含水层设置共用监测设备来节省监测投资成本，并将监测设备与洗井、采样自动控制装置和数据传输和分析模块进行集成，形成地下水在线监测和自动采样一体化装备，提供了一种结构简单、操作方便、可远程在线监测和自动化采集地下水的一体化集成装备，适用范围广，可在污染场地地下水监测预警和防治中广泛推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及地下水监测和污染防治领域，具体涉及一种地下水在线监测和自动采样一体化装置。
背景技术
随着社会经济的快速发展，城市化进程的加快，城市人口迅速增多，城市生活垃圾和工业固体废物的产生量也逐年增加。垃圾填埋法是目前运用最广的处理方法，但是填埋处理过程中会产生刺激性气味和废液，其中垃圾渗滤液危害最为严重，其成分复杂，其中含有多种毒理学指标、病原微生物和一些致癌因子和促癌因子，危害性大，处理难度高，尤其是一些非正规垃圾填埋场。一旦渗滤液发生渗漏，不仅会污染土壤，而且还不断地迁移进入地下水造成地下水体污染。由于地下水含水介质的差异性和复杂性，地下水污染早期不易被觉察，具有隐蔽性和延时性，待人们发觉水质有明显变异特征时，地下水已被污染或严重污染，更重要的是地下水污染不易消除。因此，构建一套适用于地下水污染监测的系统，对地下水污染防治具有重要的指导意义。
随着水质参数分析仪的发展，基本能实现地下水水温、水位、电导率、溶解氧、pH值等常规水质数据的在线监测，通常是将监测仪器直接放置于监测井中进行水质测定，然后将采集的数据进行远程传输。但是地下水有别于地表水，一般地下水的流速较缓，监测井井管中的滞水很可能会不能及时更新，这样放置在监测井内监测设备采集到的水质数据不准确；另一方面，污染的地下水容易对监测设备产生腐蚀，影响使用寿命。另外，随着监测井建井技术的进步，新型监测井的监测层位增多，多层位投放监测设备导致成本升高；监测井管的管径越来越小，不能同时将多个水质监测设备和潜水泵放入井内。第三，地下水的采集和取样会消耗大量的人力物力，随着智慧化城市的发展，实现地下水在线监测、自动化采样和数据的远程传输是未来的发展方向。
基于此，本发明通过洗井来确保含水层监测水样为新鲜水样，且同一地点不同含水层设置共用监测设备来节省监测投资成本，并将监测设备与洗井、采样自动控制装置和数据采集、分析和远程传输进行集成，形成地下水在线监测和自动采样一体化装备。
发明内容
本发明所要解决的问题是，针对上述现有技术中的缺点，提出创新方案，尤其是构建一套地下水在线监测和自动采样一体化集成装备，进行地下水污染在线监测、自动化洗井及采样，将获取的数据进行远程传输和分析，对地下水污染情况进行初步分级预警，实现对地下水污染状况的远程实时监测和预警。
为解决上述问题，本发明采用的方案如下：一种地下水在线监测和自动采样一体化装置，其特征在于，包括地下水监测井模块、设于地面下的地埋式废水收集处理槽、设于地面上的在线监测和采样模块、自动控制模块和供电模块。
所述地下水监测井模块包括监测窗口、监测窗口连接段、原位在线监测传感器和井口保护装置；用于地下水采样和原位在线监测。
所述在线监测和采样模块包括多通道采样泵、采样管、水质在线监测仪、流通池、监测电磁阀、采样电磁阀、采样瓶；所述多通道采样泵设置在采样管上；所述采样管的末端设置在监测窗口内，所述采样瓶通过采样电磁阀与采样管联通，所述流通池通过监测电磁阀与采样管联通，所述水质在线监测仪设置在流通池内，所述流通池的出水口与地埋式废水收集处理槽联通，所述水质在线监测仪与自动控制模块相连接，并受其控制。
所述自动控制模块与水质在线监测仪和原位在线监测传感器通过其内置的通讯协议建立通讯连接，将监测结果显示于数据显示触摸屏上面，并通过远程传输模块进行数据的远程传输，将监测结果的分析反馈指示传回自动控制模块，由自动控制模块控制进行洗井采样操作。
所述供电模块用于向在线监测和采样模块和自动控制模块供电。
本申请的地下水在线监测和自动采样一体化装置能够用于多层位地下水监测，通过在一个监测井内设置多个监测窗口，多个监测窗口通过监测窗口连接段进行连接，在监测井的井口位置设置井口保护装置。每个监测窗口内均设有采样管和原位在线监测仪。原位在线监测仪直接与自动控制模块连接。在自动控制模块的控制下实现原位在线水质监测。采样管通过多通道采样泵提供动力进行采样。水质在线监测仪设置在流通池内，流通池通过监测电磁阀与采样管联通。当进行在在线监测时，启动多通道采样泵抽取地下水，开启监测电磁阀，地下水通过采样管和监测电磁阀进入流通池，水质在线监测仪在自动控制模块的控制下进行在线监测，然后地下水从流通池排入地埋式废水收集处理槽内。当进行取样时，关闭监测电磁阀，开启采用电磁阀，地下水从采样管经过采样电磁阀进入采样瓶内。
进一步，根据上述设计方案所述地下水在线监测和自动采样一体化装置，其特征在于，每两个监测窗口由监测窗口连接段进行连接，并设置在监测井内，井口设置进口保护装置。
进一步，根据上述设计方案所述地下水在线监测和自动采样一体化装置，其特征在于，所述自动控制模块包括数据显示触摸屏、指示灯、就地控制按钮、远程传输模块，触摸屏用于人机交互，用于采样、监测、洗井相关数据的设置，用于启闭多通道采样泵、采样电磁阀、监测电磁阀指令的输入。
进一步，根据上述设计方案所述地下水在线监测和自动采样一体化装置，其特征在于，所述水质在线监测仪用于测定pH、氧化还原电位、浊度、氨氮、化学需氧量。
进一步，根据上述设计方案所述地下水在线监测和自动采样一体化装置，其特征在于，所述供电模块采用太阳能和蓄电池联合供电方式。
进一步，根据上述设计方案所述地下水在线监测和自动采样一体化装置，其特征在于，所述采样泵设置在地面上，不受监测井管井径的限制；所述采样泵为多通道采样泵，可计量、带RS485远程控制模块能与自动控制模块进行通讯。
进一步，根据上述设计方案所述地下水在线监测和自动采样一体化装置，其特征在于，所述原位在线监测仪为水位、水温、电导率三合一设备。
进一步，基于地下水在线监测和自动采样一体化装置进行采样监测控制方法，其特征在于，包括如下步骤：自动控制站启动采样泵，为了减小对地下水的扰动，采用低流量采样方法采集地下水，通过水位数据观察使得水位降深不超过20cm，流量在0.5-1.0L/min；自动控制站启动监测电池阀，水流经过采样管由流通池下部进入流通池，从流通池的上部流出，废水排入地埋式废水收集处理槽，此过程中水质在线监测仪输出水质数据，待水质指标稳定后，监测频率为5min一次，连续三次水质指标变化不超过15%，自动控制站自动记录该事件点数据为地下水水质信息，关闭监测电池阀和采样泵；当需要采集水样的时候，重复以上步骤，当水质数据稳定后，开启采样泵和采样电磁阀采集地下水新鲜水样，自动控制模块通过流量数据控制采样时间，地下水经过采样管和采样电磁阀进入采样瓶内，完成采样。
本发明的技术效果如下：该种地下水在线监测和自动采样一体化装置，通过洗井来确保含水层监测水样为新鲜水样，不同含水层设置共用地面监测设备节省投资成本，一体化的集成装备运用物联网技术对地下水污染进行在线监测、洗井采样自动化控制以及数据的远程传输，实现对地下水污染状况的远程实时监测和预警，节省了大量人力成本，且操作简便。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
1、地下水监测井模块；2、地面；3、地埋式废水收集处理槽；4、在线监测与采样模块；5、自动控制模块；6、太阳能供电模块；1.1、监测窗口；1.2、监测窗口连接段；1.3、原位在线监测传感器；1.4、井口保护装置；4.1、多通道采样泵；4.2、采样管；4.3、水质在线监测与采样柜；4.4、流通池；4.5、电磁阀；4.5.1、监测电磁阀；4.5.2、采样电磁阀；4.6、采样瓶；4.7、水质在线监测仪；5.1、触摸屏；5.2、指示灯；5.3、就地控制按钮、5.4远程传输模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
实施例1：一种地下水在线监测和自动采样一体化装置，包括地下水监测井模块，设于地面下的地埋式废水收集处理槽，设于地面上的在线监测和采样模块、自动控制模块和供电模块。所述地下水监测井模块包括监测窗口、监测窗口连接段、原位在线监测传感器和井口保护装置，其中原位在线监测传感器设置在地下水监测窗口内，并与地面自动控制模块相连接。所述地埋式废水收集处理槽为简易的水处理设备，防止地下水污染。所述设于地面上的在线监测和采样模块包括采样泵、采样管、水质在线监测仪、流通池、电磁阀、采样瓶，其中水质在线监测仪与自动控制模块相连接；采样泵通过采样管与流通池、电磁阀、采样瓶以及地埋式废水收集处理槽相连接。所述地面自动控制模块包括数据显示触摸屏、指示灯、就地控制按钮、数据远程传输，自动控制模块与水质在线监测仪和原位在线监测传感器通过监测仪器内置的通讯协议建立通讯，将监测结果显示于触摸屏上面，并通过远程传输模块（如GPRS无线网采用TCP/IP协议）进行数据的远程传输，通过监测结果的分析反馈将指示传回自动控制模块进行洗井采样等操作；触摸屏可以进行监测频率、洗井频率等数据的设置，还可以进行启闭采样泵、电磁阀，功能与就地控制按钮相同。所述的供电模块负责给自动控制模块、采样泵、水质在线监测仪、原位在线监测仪供电，可采用太阳能和蓄电池联合供电方式。
实施例2：如图1所示，本实施例提供一种地下水在线监测和自动采样一体化装置，包括地下水监测井模块1，设于地面2下的地埋式废水收集处理槽3，设于地面2上的在线监测和采样模块4、自动控制模块5和供电模块6。所述地下水监测井模块1包括监测窗口1.1、监测窗口连接段1.2、原位在线监测传感器1.3和井口保护装置1.4，其中原位在线监测传感器1.3设置在地下水监测窗口1.1内，并与地面自动控制模块5相连接。所述地埋式废水收集处理槽3为简易的水处理设备，防止地下水污染。所述设于地面上的监测和采样模块4包括采样泵4.1、采样管4.2、水质在线监测仪4.7、流通池4.4、电磁阀4.5、采样瓶4.6；水质在线监测仪4.7、流通池4.4、电磁阀4.5、采样瓶4.6设置在水质在线监测与采样柜4.3内；其中采样泵4.1通过采样管4.2与流通池4.4、电磁阀4.5、采样瓶4.6以及地埋式废水收集处理槽3相连接；水质在线监测仪4.7置于流通池4.4内部并通过螺纹连接方式密封处理；水质在线监测仪4.7、电磁阀4.5与自动控制模块5相连接。所述地面自动控制模块5包括数据显示触摸屏5.1、指示灯5.2、就地控制按钮5.3、数据远程传输5.4，自动控制模块5与水质在线监测仪4.3和原位在线监测传感器1.3通过监测仪器内置的通讯协议建立通讯，将监测结果显示于触摸屏5.1上面，并通过远程传输模块5.4（如GPRS无线网采用TCP/IP协议）进行数据的远程传输，通过监测结果的分析反馈将指示传回自动控制模块5进行洗井采样等操作；触摸屏5.1可以进行监测频率、洗井频率等数据的设置，还可以进行启闭采样泵4.1、电磁阀4.5，功能与就地控制按钮5.3相同。所述的供电模块负责给自动控制装置、采样泵和在线监测仪器供电，可采用太阳能和蓄电池联合供电方式。
实施例3：在实施例2的基础上地下水在线监测和自动采样一体化装置的采样监测控制方法包括如下步骤：自动控制模块5启动采样泵4.1，为了减小对地下水的扰动，采用低流量采样方法采集地下水，通过水位数据观察使得水位降深不超过20cm，流量在0.5-1.0L/min；自动控制站启动监测电池阀4.5.1，水流经过采样管4.2由流通池4.4下部进入流通池，从流通池4.4的上部流出，废水排入地埋式废水收集处理槽3，此过程中水质在线监测仪4.7输出水质数据，待水质指标稳定后，监测频率5min一次，连续三次水质指标变化不超过15%，自动控模块站自动记录该时间点数据为地下水水质信息，监测完毕自动关闭监测电池阀4.5.1和采样泵4.1；当需要采集水样的时候，重复以上步骤，当水质数据稳定后，自动开启采样泵4.1和采样电磁阀4.5.2采集地下水新鲜水样，通过流量控制采样时间。
实施例1-3中采样泵4.1设置在地面上，不受监测井管井径的限制，为多通道、可计量、带RS485远程控制模块能与自动控制模块5进行通讯。
实施例1-3中设于地下水监测井1监测窗口1.1中的原位在线监测传感器1.3为水位、水温、电导率三合一设备。
实施例1-3中水质在线监测仪4.7包括测定pH、氧化还原电位、浊度、氨氮、化学需氧量等监测指标，但不限于这些指标。
Claims (8)
1.一种地下水在线监测和自动采样一体化装置，其特征在于，包括地下水监测井模块、设于地面下的地埋式废水收集处理槽、设于地面上的在线监测和采样模块、自动控制模块和供电模块；
所述地下水监测井模块包括监测窗口、监测窗口连接段、原位在线监测传感器和井口保护装置；用于地下水采样和原位在线监测；
所述在线监测和采样模块包括采样泵、采样管、水质在线监测仪、流通池、监测电磁阀、采样电磁阀、采样瓶；所述采样泵设置在采样管上；所述采样管的末端设置在监测窗口内，所述采样瓶通过采样电磁阀与采样管联通，所述流通池通过监测电磁阀与采样管联通，所述水质在线监测仪设置在流通池内，所述流通池的出水口与地埋式废水收集处理槽联通，所述水质在线监测仪与自动控制模块相连接，并受其控制；
所述自动控制模块与水质在线监测仪和原位在线监测传感器通过其内置的通讯协议建立通讯连接，将监测结果显示于数据显示触摸屏上面，并通过远程传输模块进行数据的远程传输，将监测结果的分析反馈指示传回自动控制模块，由自动控制模块控制进行洗井采样操作；
所述供电模块用于向在线监测和采样模块和自动控制模块供电。
2.根据权利要求1所述地下水在线监测和自动采样一体化装置，其特征在于，每两个监测窗口由监测窗口连接段进行连接，并设置在监测井内，井口设置进口保护装置。
3.根据权利要求1所述地下水在线监测和自动采样一体化装置，其特征在于，所述自动控制模块包括数据显示触摸屏、指示灯、就地控制按钮、远程传输模块，触摸屏用于人机交互，用于采样、监测、洗井相关数据的设置，用于启闭采样泵、采样电磁阀、监测电磁阀指令的输入。
4.根据权利要求1所述地下水在线监测和自动采样一体化装置，其特征在于，所述水质在线监测仪用于测定pH、氧化还原电位、浊度、氨氮、化学需氧量。
5.根据权利要求1所述地下水在线监测和自动采样一体化装置，其特征在于，所述供电模块采用太阳能和蓄电池联合供电方式。
6.根据权利要求1所述地下水在线监测和自动采样一体化装置，其特征在于，所述采样泵设置在地面上，不受监测井管井径的限制；所述采样泵为多通道采样泵，可计量、带RS485远程控制模块能与自动控制模块进行通讯。
7.根据权利要求1所述地下水在线监测和自动采样一体化装置，其特征在于，所述原位在线监测仪为水位、水温、电导率三合一设备。
8.根据权利要求1-7所述地下水在线监测和自动采样一体化装置进行采样监测控制方法，其特征在于，包括如下步骤：自动控制模块控制启动采样泵，采用低流量采样方法采集地下水，通过水位数据观察使得水位降深小于等于20cm，流量在0.5-1.0L/min；自动控制模块控制启动监测电池阀，地下水经过采样管由流通池下部进入流通池，从流通池的上部流出，废水排入地埋式废水收集处理槽，此过程中水质在线监测仪输出水质数据，待水质指标稳定后，监测频率为5min一次，连续三次水质指标变化不超过15%，自动控制模块自动记录该事件点数据为地下水水质信息，关闭监测电池阀和采样泵；当需要采集水样的时候，重复以上步骤，当水质数据稳定后，开启采样泵和采样电磁阀采集地下水新鲜水样，自动控制模块通过流量数据控制采样时间，地下水经过采样管和采样电磁阀进入采样瓶内，完成采样。
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2020
- 2020-12-30 CN CN202011607143.0A patent/CN112729953A/zh active Pending
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