CN113092175A - 一种基于阀控系统的污水取样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于阀控系统的污水取样装置，采样池的进水管道、排水管道和留样管道内均设有电控阀；水质采集传感器设置在采样池中，微型水轮发电机组设置在进水管道中，水质采集传感器、微型水轮发电机组和每个电控阀分别与采集控制装置信号连接；微型水轮发电机组向采集控制装置发出唤醒信号；水质采集传感器采集水质数据；采集控制装置根据唤醒信号发出第一控制信号、根据水质数据发出第二控制信号和第三控制信号；电控阀根据第一控制信号开启排污通道、根据第二控制信号关闭排污通道、根据第三控制信号开启污水留样通道。该装置对污水排放自动控制及实时监测，无污水排放时休眠，有污水排放时自动唤醒，自动检测水质并留样复检，节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及污水排放管控技术领域，具体涉及一种基于阀控系统的污水取样装置。
背景技术
随着社会越来越发达，工业污水与生活污水的排放量日益增多，若是对污水排放未进行有效的管控，污水对环境将造成恶劣的影响。污水渗入水体，水体受到有毒有害化学物质的污染后，通过饮水或食物链便可能造成中毒现象，例如著名的水俣病、痛痛病等是由水污染引起的。污水中的金属元素，例如铜、锌、镍等物质在一定浓度下可以抑制微生物的生长和繁殖，从而影响有机物在水中的分解和生物氧化，使其自净能力变弱、影响水体的卫生状况。水污染不仅会严重危害生态系统，而且会造成严重的经济损失。
一般的污水排放是污水经过进水管道流向采样池，人工在采样池取样检测，再通过采样池的排水管排放，想截断污水需现场手动关闭阀门。这样的水质检测周期长，污水排放管控效率低，需耗费大量的人力，造成时间成本与人力成本较高。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于阀控系统的污水取样装置，该装置实现了对污水排放的自动控制以及实时监测，当无污水排放时进入休眠模式，有污水排放时自动唤醒，该系统可自动检测水质、水质异常时关闭阀门，并留样复检，节能环保，环境适应能力强。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种基于阀控系统的污水取样装置，包括采样池与留样瓶，所述采样池上设有进水管道与排水管道，所述采样池与留样瓶通过留样管道连通，所述进水管道、排水管道和留样管道内均设有电控阀；该装置还包括水质采集传感器、微型水轮发电机组与采集控制装置，所述水质采集传感器设置在采样池中，所述微型水轮发电机组设置在进水管道中，所述水质采集传感器的信号输出端、所述微型水轮发电机组的信号输出端分别与采集控制装置的两个信号输入端连接，所述采集控制装置的三个信号输出端分别连接三个所述电控阀的信号输入端；
所述微型水轮发电机组用于将污水的动能转换为电能，并向采集控制装置发出唤醒信号；
所述水质采集传感器用于采集污水的水质数据；
所述采集控制装置用于根据所述唤醒信号向进水管道中的电控阀和排水管道中的电控阀发出第一控制信号，还用于根据所述水质数据向进水管道中的电控阀和排水管道中的电控阀发出第二控制信号、根据所述水质数据向留样管道中的电控阀发出第三控制信号；
所述进水管道中的电控阀和排水管道中的电控阀均用于根据第一控制信号开启排污通道、根据第二控制信号关闭排污通道；
所述留样管道中的电控阀用于根据第三控制信号开启污水留样通道。
本发明的有益效果是：当无污水排放时，系统自动转入休眠模式，以节省耗能。当有污水开始排放时，污水流进进水管道，推动微型水轮发电机组运转发电，并向采集控制装置发送一个电信号，这个电信号作为采集控制装置的唤醒信号将其唤醒，系统开始转入工作状态。此时采集控制装置向进水管道中的电控阀和排水管道中的电控阀发出第一控制信号，打开这两个电控阀，以开启排污通道，污水依次流经进水管道、采样池与排水管道最后排出。在这个过程中，水质采集传感器实时采集采样池中污水的水质数据并传送到采集控制装置中进行判断，当水质数据异常时，采集传感器向进水管道中的电控阀和排水管道中的电控阀发出第二控制信号，关闭这两个电控阀，以截止排污。同时，采集传感器向留样管道中的电控阀发出第三控制信号以打开该电控阀，污水经留样管道流到留样瓶中，以便对留样的污水进一步检测。该装置实现了对污水排放的自动控制以及实时监测，当无污水排放时进入休眠模式，有污水排放时自动唤醒，该系统可自动检测水质、水质异常时关闭阀门，并留样复检，节能环保，环境适应能力强。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述采集控制装置包括电源模块、MCU、通信模块，所述MCU与所述通信模块分别和所述电源模块连接，所述MCU与所述通信模块通信连接，所述通信模块通过物联网与云端服务器通信连接；
所述电源模块用于向MCU和通信模块分别提供电源；
所述通信模块用于通过物联网与云端服务器进行数据交互，接收预设的水质数据阈值以及上传采样的水质数据；
所述MCU用于根据微型水轮发电机组的唤醒信号输出开启排污通道的第一控制信号，还用于根据采样的水质数据与预设的水质数据阈值比对后输出关闭排污通道的第二控制信号和进行污水留样的第三控制信号。
采用上述进一步方案的有益效果是：MCU为采集控制装置的控制中心，其既控制整个污水取样装置运转，又通过通信模块与云端服务器实现数据交互，在污水排放过程中实时汇报污水的水质情况，便于云端服务器对多个污水排放点的监控，利于污水排放管理的集中化。
进一步，所述MCU中预设有定时开启排污通道与定时关闭排污通道的软件程序；当到达预设的开启排污通道时间时，所述MCU向进水管道中的电控阀和排水管道中的电控阀发出第一控制信号；当到达预设的关闭排污通道时间时，所述MCU向进水管道中的电控阀和排水管道中的电控阀发出第二控制信号。
采用上述进一步方案的有益效果是：污水一般是在固定的时间段进行集中排放，由于并不是所有时段都有污水排放，在无污水排放的时间段，系统转入休眠，以节省系统消耗的能量。
进一步，所述电池模块为蓄电池，所述蓄电池为3.6V锂电池。
采用上述进一步方案的有益效果是：采用蓄电池对装置供电，成本低廉，体积小，可靠性高。
进一步，所述微型水轮发电机组设置在所述进水管道中的进水前端；当有污水流入采样池时，所述微型水轮发电机组运转发电，并向所述采集控制装置输出唤醒信号。
采用上述进一步方案的有益效果是：由于并不是所有时间段均有污水排出，当无污水排放时，采集控制装置自动转入休眠模式，以节省系统能耗。当进行污水排放时，污水流入采样池的进水管道，推动进水管道中的微型水轮发电机组运转发电，微型水轮发电机组产生一个较小的电信号，该电信号作为采集控制装置的唤醒信号，唤醒系统工作。此时，采集控制装置向进水管道和排水管道中的电控阀分别发送第一控制信号，使其开启进行排污，同时水质采集传感器工作采集污水的实时水质数据。
进一步，三个所述电控阀均包括阀门以及设置在阀门上的电控导阀，每个所述电控导阀控制一个所述阀门的开闭；每个所述阀门固定安装在其对应的管道中，每个所述电控导阀均与所述电源模块连接，每个所述电控导阀的信号输入端分别对应连接所述采集控制装置的一个信号输出端。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过采集控制装置单独输出控制信号给每个电控导阀，每个电控导阀对应控制一个阀门的开闭，从而实现采集控制装置对排污以及采样过程的快速准确控制。
进一步，所述进水管道中的阀门和所述排水管道中的阀门为大口径阀门。
采用上述进一步方案的有益效果是：进水管道和出水管道均使用大口径阀门，能提高排污效率。
进一步，所述水质采集传感器包括余氯传感器、浊度传感器、PH传感器、氨氮传感器、水中油传感器、悬浮物传感器和COD传感器中的至少一种。
采用上述进一步方案的有益效果是：多个不同种类的传感器分别采集污水的各项数据，并将水质的各项数据传输到采集控制装置，以反映污水的实时情况，使检测的污水的水质数据更加准确。
附图说明
图1为本发明系统组成框图；
图2为本发明采集控制装置唤醒后工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本实施例提供一种基于阀控系统的污水取样装置，包括采样池与留样瓶，所述采样池上设有进水管道与排水管道，所述采样池与留样瓶通过留样管道连通，如图1所示，所述进水管道、排水管道和留样管道内均设有电控阀；该装置还包括水质采集传感器、微型水轮发电机组与采集控制装置，所述水质采集传感器设置在采样池中，所述微型水轮发电机组设置在进水管道中，所述水质采集传感器的信号输出端、所述微型水轮发电机组的信号输出端分别与采集控制装置的两个信号输入端连接，所述采集控制装置的三个信号输出端分别连接三个所述电控阀的信号输入端；
所述微型水轮发电机组用于将污水的动能转换为电能，并向采集控制装置发出唤醒信号；
所述水质采集传感器用于采集污水的水质数据；
所述采集控制装置用于根据所述唤醒信号向进水管道中的电控阀和排水管道中的电控阀发出第一控制信号，还用于根据所述水质数据向进水管道中的电控阀和排水管道中的电控阀发出第二控制信号、根据所述水质数据向留样管道中的电控阀发出第三控制信号；
所述进水管道中的电控阀和排水管道中的电控阀均用于根据第一控制信号开启排污通道、根据第二控制信号关闭排污通道；
所述留样管道中的电控阀用于根据第三控制信号开启污水留样通道。第三控制信号优选设为使对应的电控阀开启一段时间后再关闭，使留样瓶中的污水样本达到一定量后停止取样，防止留样瓶中污水样本满溢。
当无污水排放时，系统自动转入休眠模式，以节省耗能。当有污水开始排放时，污水流进进水管道，推动微型水轮发电机组运转发电，并向采集控制装置发送一个电信号，这个电信号作为采集控制装置的唤醒信号将其唤醒，系统开始转入工作状态。此时采集控制装置向进水管道中的电控阀和排水管道中的电控阀发出第一控制信号，打开这两个电控阀，以开启排污通道，污水依次流经进水管道、采样池与排水管道最后排出。在这个过程中，水质采集传感器实时采集采样池中污水的水质数据并传送到采集控制装置中进行判断，当水质数据异常时，采集传感器向进水管道中的电控阀和排水管道中的电控阀发出第二控制信号，关闭这两个电控阀，以截止排污。同时，采集传感器向留样管道中的电控阀发出第三控制信号以打开该电控阀，污水经留样管道流到留样瓶中，以便对留样的污水进一步检测。该装置实现了对污水排放的自动控制以及实时监测，当无污水排放时进入休眠模式，有污水排放时自动唤醒，节能环保，环境适应能力强。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
本实施例中，为了增加污水排放的效率，可在进水管道和/或排水管道中设置水泵(图中未示出)。水泵的控制信号输入端连接采集控制装置的控制信号输出端。当开启进水管道或排水管道中的电控阀时，同步启动水泵，提高污水排放的效率。
本实施例中，所述采集控制装置包括电源模块、MCU、通信模块，所述MCU与所述通信模块分别和所述电源模块连接，所述MCU与所述通信模块通信连接，所述通信模块通过物联网与云端服务器通信连接；
所述电源模块用于向MCU和通信模块分别提供电源；
所述通信模块用于通过物联网与云端服务器进行数据交互，接收预设的水质数据阈值以及上传采样的水质数据；
所述MCU用于根据微型水轮发电机组的唤醒信号输出开启排污通道的第一控制信号，还用于根据采样的水质数据与预设的水质数据阈值比对后输出关闭排污通道的第二控制信号和进行污水留样的第三控制信号。
所述MCU包括水质数据采集单元、阀门控制单元，水质数据采集单元、阀门控制单元与通信模块任意二者之间相互信号连接。所述水质数据采集单元与水质采集传感器信号连接，一方面为水质采集传感器提供工作电源，另一方面采集水质采集传感器的检测数据；通信模块将水质数据采集单元采集的水质数据上传到云端服务器，并将预设的水质数据阈值以及管理员的指令下载到阀门控制单元中；阀门控制单元则将水质数据与预设的水质数据阈值比对后，分别输出三路控制信号以控制三个电控阀。阀门控制单元还设有一个与微型水轮发电机组进行信号连接的信号输入端，当微型水轮发电机组提供唤醒信号时，阀门控制单元立刻输出第一控制信号，以控制进水管道与排水管道中的电控阀打开，进行污水排放。
MCU为采集控制装置的控制中心，其既控制整个污水取样装置运转，又通过通信模块与云端服务器实现数据交互。本实施例中，通信模块包括物联网卡以及天线，物联网卡与天线相互配合，在污水排放过程中将MCU中收集的水质数据进行实时汇报，同时接收管理员在云端服务器设置的指令以及各项参数，例如水质数据的阈值，便于云端服务器对多个污水排放点的监控，利于污水排放管理的集中化。
本实施例中，所述MCU中预设有定时开启排污通道与定时关闭排污通道的软件程序；当到达预设的开启排污通道时间时，所述MCU向进水管道中的电控阀和排水管道中的电控阀发出第一控制信号；当到达预设的关闭排污通道时间时，所述MCU向进水管道中的电控阀和排水管道中的电控阀发出第二控制信号。
污水一般是在固定的时间段进行集中排放，由于并不是所有时段都有污水排放，根据污水排放的时段设定无线远程采集控制装置自动工作时间，在无污水排放的时间段，系统转入休眠，以节省系统消耗的能量。
本实施例中，所述电池模块为蓄电池，所述蓄电池为3.6V锂电池。
采用蓄电池对装置供电，成本低廉，体积小，可靠性高。电池可更换节能环保，环境适应能力强。
本实施例中，所述微型水轮发电机组设置在所述进水管道中的进水前端；当有污水流入采样池时，所述微型水轮发电机组运转发电，并向所述采集控制装置输出唤醒信号。
由于并不是所有时间段均有污水排出，当无污水排放时，采集控制装置自动转入休眠模式，以节省系统能耗。当进行污水排放时，污水流入采样池的进水管道，推动进水管道中的微型水轮发电机组运转发电，微型水轮发电机组产生一个较小的电信号，该电信号作为采集控制装置的唤醒信号，唤醒系统工作。此时，采集控制装置向进水管道和排水管道中的电控阀分别发送第一控制信号，使其开启进行排污，同时水质采集传感器工作采集污水的实时水质数据。
本实施例中，三个所述电控阀均包括阀门以及设置在阀门上的电控导阀，每个所述电控导阀控制一个所述阀门的开闭；每个所述阀门固定安装在其对应的管道中，每个所述电控导阀均与所述电源模块连接，每个所述电控导阀的信号输入端分别对应连接所述采集控制装置的一个信号输出端。
通过采集控制装置单独输出控制信号给每个电控导阀，每个电控导阀对应控制一个阀门的开闭，从而实现采集控制装置对排污以及采样过程的快速准确控制。
本实施例中，所述进水管道中的阀门和所述排水管道中的阀门为大口径阀门。
进水管道和出水管道均使用大口径阀门，能提高排污效率。
本实施例中，所述水质采集传感器包括余氯传感器、浊度传感器、PH传感器、氨氮传感器、水中油传感器、悬浮物传感器和COD传感器中的至少一种。
多个不同种类的传感器分别采集污水的各项数据，并将水质的各项数据传输到采集控制装置，以反映污水的实时情况，使检测的污水的水质数据更加准确。
工作原理：
通过云端服务器向采集控制装置中设置水质数据阈值以及自动排污的时间段，当到达预设的排污时间段时，采集控制装置自动开启进水管道与排水管道中的电磁阀，以打开排污通道；当到达预设的截止排污通道时间时，采集控制装置自动关闭进水管道与排水管道中的电磁阀，以关闭排污通道。在非设定的排污时间段有排污需求时，污水流进进水管道中，推动微型水轮发电机组运转发电，产生的电信号唤醒采集控制装置，使其开启排污通道进行排污。在工作模式下，采集控制装置的工作流程如图2所示。在排污过程中，水质采集传感器实时检测采样池中的污水，采集控制装置将水质数据与水质数据阈值比对、同时将水质数据以及比对结果上传到云端服务器。当水质数据异常时，采集控制装置控制排污通道的电控阀关闭，截止排污，同时控制留样通道的电控阀打开，使污水流入留样瓶，以便管理人员后续对污水样品进行进一步的检验。该装置实现了对污水排放的自动控制以及实时监测，当无污水排放时进入休眠模式，有污水排放时或是在设定的排污时间段自动唤醒，节能环保，环境适应能力强。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于阀控系统的污水取样装置，包括采样池与留样瓶，所述采样池上设有进水管道与排水管道，其特征在于，所述采样池与留样瓶通过留样管道连通，所述进水管道、排水管道和留样管道内均设有电控阀；该装置还包括水质采集传感器、微型水轮发电机组与采集控制装置，所述水质采集传感器设置在采样池中，所述微型水轮发电机组设置在进水管道中，所述水质采集传感器的信号输出端、所述微型水轮发电机组的信号输出端分别与采集控制装置的两个信号输入端连接，所述采集控制装置的三个信号输出端分别连接三个所述电控阀的信号输入端；
所述微型水轮发电机组用于将污水的动能转换为电能，并向采集控制装置发出唤醒信号；
所述水质采集传感器用于采集污水的水质数据；
所述采集控制装置用于根据所述唤醒信号向进水管道中的电控阀和排水管道中的电控阀发出第一控制信号，还用于根据所述水质数据向进水管道中的电控阀和排水管道中的电控阀发出第二控制信号、根据所述水质数据向留样管道中的电控阀发出第三控制信号；
所述进水管道中的电控阀和排水管道中的电控阀均用于根据第一控制信号开启排污通道、根据第二控制信号关闭排污通道；
所述留样管道中的电控阀用于根据第三控制信号开启污水留样通道。
2.根据权利要求1所述一种基于阀控系统的污水取样装置，其特征在于，所述采集控制装置包括电源模块、MCU、通信模块，所述MCU与所述通信模块分别和所述电源模块连接，所述MCU与所述通信模块通信连接，所述通信模块通过物联网与云端服务器通信连接；
所述电源模块用于向MCU和通信模块分别提供电源；
所述通信模块用于通过物联网与云端服务器进行数据交互，接收预设的水质数据阈值以及上传采样的水质数据；
所述MCU用于根据微型水轮发电机组的唤醒信号输出开启排污通道的第一控制信号，还用于根据采样的水质数据与预设的水质数据阈值比对后输出关闭排污通道的第二控制信号和进行污水留样的第三控制信号。
3.根据权利要求2所述一种基于阀控系统的污水取样装置，其特征在于，所述MCU中预设有定时开启排污通道与定时关闭排污通道的软件程序；当到达预设的开启排污通道时间时，所述MCU向进水管道中的电控阀和排水管道中的电控阀发出第一控制信号；当到达预设的关闭排污通道时间时，所述MCU向进水管道中的电控阀和排水管道中的电控阀发出第二控制信号。
4.根据权利要求2所述一种基于阀控系统的污水取样装置，其特征在于，所述电池模块为蓄电池，所述蓄电池为3.6V锂电池。
5.根据权利要求1所述一种基于阀控系统的污水取样装置，其特征在于，所述微型水轮发电机组设置在所述进水管道中的进水前端；当有污水流入采样池时，所述微型水轮发电机组运转发电，并向所述采集控制装置输出唤醒信号。
6.根据权利要求2所述一种基于阀控系统的污水取样装置，其特征在于，三个所述电控阀均包括阀门以及设置在阀门上的电控导阀，每个所述电控导阀控制一个所述阀门的开闭；每个所述阀门固定安装在其对应的管道中，每个所述电控导阀均与所述电源模块连接，每个所述电控导阀的信号输入端分别对应连接所述采集控制装置的一个信号输出端。
7.根据权利要求6所述一种基于阀控系统的污水取样装置，其特征在于，所述进水管道中的阀门和所述排水管道中的阀门为大口径阀门。
8.根据权利要求1所述一种基于阀控系统的污水取样装置，其特征在于，所述水质采集传感器包括余氯传感器、浊度传感器、PH传感器、氨氮传感器、水中油传感器、悬浮物传感器和COD传感器中的至少一种。
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