CN113533692A - 一种综合的土壤和地下水有机污染自动监测预警处置系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于土壤与地下水环境监测保护与防治领域，本发明通过土壤气采集模块和自动洗井模块分别实现对土壤气和地下水的采集，通过土壤气检测模块和地下水检测模块分别对采集到的土壤气和地下水进行检测，做到了可同时对土壤气和地下水污染进行自动实时或定期监测，便于后期对地下水与土壤环境进行分析评价，进而做出预测预警并做应急处置污染事故，避免了后期未同时对污染的土壤和地下水进行污染治理而造成的交叉污染，降低了二次污染隐患。

Description

一种综合的土壤和地下水有机污染自动监测预警处置系统

技术领域

本发明属于土壤与地下水环境监测保护与防治领域，涉及到一种自动监测预警处置系统，特别是一种综合的土壤和地下水有机污染自动监测预警处置系统。

背景技术

土壤是经济社会可持续发展的物质基础，关系人民群众身体健康，关系美丽中国建设，保护好土壤环境是推进生态文明建设和维护国家生态安全的重要内容。

水是生命之源，是地球上所有生命赖以生存之基。地下水是水资源的重要组成部分，在我国很多地区，地下水是最为重要的供水水源，占到了全国总供水量的1/5。同时，地下水作为人类可利用的淡水资源的重要组成部分，在日常的生产生活中起着重要的作用。

随着我国经济的快速发展和工业化进程的不断推进，全国各地的环境形势日益严峻，土壤及地下水污染已经成为我国面临的重要环境问题。

尤为重要的是，土壤与地下水在生态功能上有着紧密的联系，如果仅对土壤进行治理，不考虑地下水的治理，可能会因污染物在土壤及地下水的迁移转化规律造成再次污染；若只修复了受污染的地下水，由于雨水的淋滤或地下水位的波动，土壤中污染物会再次进入地下水，形成交叉污染。此外，温度的升高也会造成土壤和地下水中吸附溶解的挥发性有机物在土壤相和水相间动态转移。因此，考虑到土壤和地下水的相互作用，在污染场地修复过程中，要做到土壤和地下水协同治理，仅修复其中一者将极有可能导致污染场地二次污染。

当前重点监管单位污染形势严峻，很多单位存在不同程度的土壤和地下水环境污染，而且每年一次自行监测对企业来说负担较重。到目前为止，还没有一种可同时对土壤和地下水污染自动实时或定期监测、发出预警并作应急处置污染事故的系统或装置。

发明内容

为加强重点监管单位对土壤和地下水环境监管力度，降低企业成本，减轻企业负担，帮助企业及时预警土壤和地下水环境发生污染并切断污染源，降低环境风险，必要时应急处置污染事故，本发明设计了一种综合的土壤和地下水有机污染自动监测预警处置系统。

本发明采用的技术方案是，

一种综合的土壤和地下水有机污染自动监测预警处置系统，包括，

主控模块，

土壤气采集模块，受控于所述主控模块，用于采集土壤气，所述土壤气采集模块还连接废气处理系统；

土壤气检测模块，与所述主控模块电连接，对所述土壤气进行实时或定期检测；

自动洗井模块，受控于所述主控模块，用于采集地下水，所述自动洗井模块还连接水处理系统；

地下水检测模块，与所述主控模块电连接，对所述地下水进行实时或定期检测；

数据处理模块，与所述主控模块无线通讯连接，用于接收土壤气和地下水的监测信息；

应急处置模块，与所述主控模块无线通讯连接，所述应急处置模块与所述数据处理模块电连接。

进一步，所述土壤气采集模块包括土壤气导气管、真空泵，所述土壤气导气管设置在土壤气井中，所述土壤导气管连接所述真空泵，所述真空泵受控于所述主控模块，所述真空泵连接所述废气处理系统。

进一步，所述土壤气检测模块包括VOC气体检测仪，所述VOC气体检测仪用于检测所述真空泵的土壤气，所述VOC气体检测仪与所述主控模块电连接。

进一步，所述自动洗井模块包括泵控制器、气囊泵、蓄水罐一、蓄水罐二，所述泵控制器受控于所述主控模块，所述泵控制器连接所述气囊泵，所述气囊泵设置在地下水井中，所述气囊泵连接蓄水罐一，所述蓄水罐一连接蓄水罐二，所述蓄水罐一和所述蓄水罐二均连接所述水处理系统。

进一步，所述地下水检测模块包括水质检测仪和试剂滴定检测单元，所述水质检测仪的探头设置在所述蓄水罐一中，所述水质检测仪与所述主控模块电连接。

进一步，所述数据处理模块包括，

数据监控单元，用于实时显示所述土壤气和地下水的监测数据，

地下水分析评价单元，用于得出地下水的统计分析结果，

土壤气分析评价单元，用于得出土壤气的统计分析结果，

环境预测预警单元，包括地下水预测预警和土壤气预测预警，所述地下水预测预警用于对地下水进行预警指标筛选、预测分析和预警，所述土壤气预测预警用于对土壤气进行预警。

进一步，所述环境预测预警单元还包括确定性模型和统计模型，所述确定性模型和所述统计模型均用于预测地下水监测数据的变化趋势。

本发明的工作原理和有益效果是：

1、本发明通过土壤气采集模块和自动洗井模块分别实现对土壤气和地下水的采集，通过土壤气检测模块和地下水检测模块分别对采集到的土壤气和地下水进行检测，将检测的数据发送给主控模块，由主控模块与数据处理模块进行无线传输，数据处理模块接收到土壤气和地下水的监测数据，进行显示、分析和预测预警，应急处置模块根据监测数据，正确判断污染事件的发生，分析可能的污染源，扼制住污染源，然后由主控模块控制土壤气采集模块和废气处理系统来对被污染的土壤气进行处理再排放，主控模块还控制自动洗井模块和水处理系统，对被污染的地下水进行处理再排放。

2、本发明既可实现对土壤气(VOCs)的收集与实时或定期监测，又可实现对地下水pH值、水温、浊度、溶解氧、氧化还原电位、电导率、挥发性酚类、耗氧量等常规指标的实时或定期快速监测，还可定期对地下水中的硫化物进行快速监测，做到了可同时对土壤气和地下水污染进行自动实时或定期监测，便于后期对地下水与土壤环境进行分析评价，进而做出预测预警并做应急处置污染事故，避免了后期未同时对污染的土壤和地下水进行污染治理而造成的交叉污染，降低了二次污染隐患。

3、本发明可以对在产企业进行场地土壤和地下水环境污染的实时或定期自动监测预警处置，帮助企业及时发现污染事故的发生，当污染事故发生时，快速分析可能的污染源，扼制住污染源，并对污染事故进行应急处置，能够在很大程度上避免污染对土壤和地下水环境造成的影响，从而也可减轻重点监管企业因每年一次进行自行监测给自身带来的负担。

4、具备动力洗井功能，采用全自动气囊泵进行地下水井的洗井与采水，通过远程控制系统可实现自动洗井、采水，相对于传统的潜水泵或人工洗井而言具有智能，扰动较小，采水规范，操作简单，省时省力等优点。

5、本发明具备人工智能的优势，可通过主控模块，实现自动洗井、地下水实时或定期监测、土壤气实时或定期监测、土壤气预警、地下水预测预警与突发事件应急处置协同运转。

6、本发明既可对所有地下水、土壤气(VOCs)监测项目进行单指标评价，给出统计分析结果，又可对地下水进行预测分析和预警，并提供了两类模型预测地下水监测数据的变化趋势，此外，还可通过土壤气监测数据对土壤环境进行预警。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明的系统结构框图；

图2是本发明检测部分的连接关系示意图；

附图中，1、混凝土层，2、膨润土泥浆层，3、干膨润土层，4、石英砂滤料层，5、滤水管，6、沉淀管，7、气囊泵，8、导气管，9、水位计，10、泵控制器，11、蓄水罐一，12、蓄水罐二，13、水质检测仪，14、试剂滴定检测单元，15、水处理系统，16、真空泵，17、VOC检测仪，18、废气处理系统。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本发明的技术方案作进一步详细的描述，但本发明的保护范围及实施方式不限于此。

具体实施例，如图1所示，

本实施例提供了一种综合的土壤和地下水有机污染自动监测预警处置系统，包括检测部分和预警预测部分，主控模块、土壤气采集模块、土壤气检测模块、自动洗井模块和地下水检测模块作为检测部分，数据处理模块和应急处置模块作为预警预测部分，可以是设置在终端设备上，借助编程、可视化软件显示和进行相应的操作的系统，数据处理模块和应急处置模块均与主控模块无线通讯连接，进行数据传输。

这七个模块主要的运行流程如下：

(1)主控模块，控制土壤气采集模块和自动洗井模块的工作，用于土壤气和地下水的抽样检测，接收土壤气检测模块和地下水检测模块传送来的数据，并无线发送给数据处理模块进行处理，当应急处置模块判定土壤气或地下水污染，控制自动洗井模块的工作，将地下水处理再排出。

(2)土壤气采集模块，采用气相抽提技术，借助真空泵产生负压，使得土壤中挥发性有机物流向抽提井到达地面，然后再对土壤气进行分离、收集，收集好之后的土壤气用于土壤气检测模块的检测，在本实施例中，土壤气采集模块还连接有废气处理系统，处理被污染的土壤气。

(3)土壤气检测模块，土壤气(VOCs)检测单元借助固定好的手持式VOC气体检测仪(该仪器采用3D传感器，即光离子化检测PID，通过离子化的方法将待测化合物转变为更容易被电子仪器检测到的离子流，来显示出挥发性有机物的浓度值)完成对土壤气(VOCs)的监测，检测数据再通过主控模块进行储存并将数据适时无线传至数据处理模块。当土壤气受到污染时，应急处置模块启动并通过主控模块控制土壤气(VOCs) 采集单元对土壤气进行采集并随即进入厂区的废气处理系统做相应的处理，对被污染的土壤气进行处理再排放，在对土壤气检测的同时，避免了对外界环境的污染。

(4)自动洗井模块，采用全自动气囊泵对地下水井进行洗井、采水，操作简单、节约时间，能够实现自动洗井、采水。自动洗井模块全过程受主控模块控制，它主要包括电源、气囊泵、泵控制器、蓄水罐一和蓄水罐二。主控模块控制泵控制器中的空气压缩机在计时器的作用下定时的打开/关闭工作，循环交替的挤压泵体内的气囊；气囊膨胀时井水通过泵体底部的液体入口止回阀进入并充满泵体，当压缩空气进入气囊与泵壳体之间的密闭空间，进而挤压气囊将采样的地下水挤压上升。在控制器的控制下，气囊依次循环自动重复，直至将采样水推出地面，进入到蓄水罐一中，完成初步取水。蓄水罐二从蓄水罐一获取达标地下水，用于试剂滴定检测。此外，当地下水受到污染时，应急处置模块启动并立即给主控模块发送信号，主控模块进而通过控制自动洗井模块对地下水进行采集并注入厂区的水处理系统做相应的处理，本实施例中的蓄水罐一和蓄水罐二均连接水处理系统，用于将污染水源处理后再排出。

(5)地下水检测模块，地下水检测模块包括水质检测仪和试剂滴定检测单元，水质检测仪借助水质检测仪的探头可对地下水进行一些常规指标进行监测，如水位、pH 值、水温、浊度、溶解氧、氧化还原电位、电导率等；试剂滴定检测单元主要通过向水样中滴定相关试剂对地下水中的挥发性酚类、耗氧量、硫化物等指标进行监测；

地下水检测模块与自动洗井模块配合实用，具体流程如下，先由自动洗井模块对地下水进行采样，地下水到达蓄水罐一中，水质检测仪对蓄水罐一的水进行检测，并将常规指标数据发送给主控模块，由于地下水井刚打完或者长时间不用，最一开始取的水不能作为取样水，需要循环不停取水，并采集多组连续的地下水指标数据，主控模块通过判断连续的指标数据变化情况，当判定逐渐趋于稳定时，则现在的地下水可以作为取样水，主控模块保存最后一次的常规指标数据发送给数据处理模块，并将蓄水罐一的水流入蓄水罐二中进行试剂滴定检测，保证试剂滴定检测的准确性，试剂滴定检测单元将检测的数据传输给主控模块，再发送给数据处理模块。

(6)数据处理模块，借助编程、可视化软件对收集的土壤气(VOCs)和地下水数据进行监控、分析与评价，根据浓度变化预测污染情况，实时对异常值发出警报，以便快速应对突发污染事故。

该模块共包括数据监控单元、地下水分析评价单元、土壤气(VOCs)分析评价单元和环境预测预警单元四个小单元，

其中数据监控单元可通过可视化软件实现土壤气(VOCs)和地下水监测数据的实时显示监控；

地下水分析评价单元主要通过地下水相关监测数据参，采用单项污染指数法对所有监测项目进行单指标评价，给出统计分析结果；

土壤气(VOCs)分析评价单元对厂区内VOCs无组织排放限值通过对土壤气(VOCs)监测数据进行分析，给出结果，以评价当前在产企业土壤的有机污染情况；

环境预测预警包括地下水预测预警和土壤气预测预警两部分，

土壤气预测预警，通过借助可视化软件对土壤气进行实时监控，若土壤气监测值出现明显的波峰或异常，表明土壤可能受到了污染或发生了泄漏，并发出土壤污染预警。

地下水预测预警，进行预警指标筛选、预测分析和预警，并提供两类模型预测地下水监测数据的变化趋势：

确定性模型，适用于条件比较简单的问题，如有确定的污染源的稳定流场问题，通过判断选定模型后，先根据已知污染情况，求解污染源条件，再预测其影响。根据实际情况判断污染物进入地下水的方式为瞬时还是连续、地下水流场和含水层性质，可选择一维、二维、三维的瞬时或连续解析模型；

统计模型，本系统选用灰色模型gm(n,h)，灰色模型通过鉴别系统因素之间发展趋势的相异程度，即进行关联分析，并对原始数据进行生成处理来寻找系统变动的规律，生成有较强规律性的数据序列，然后建立相应的微分方程模型，从而预测事物未来发展趋势的状况；预警等级和阈值的划分参考《地下水环境监测预警技术指南》场地尺度地下水污染预警等级划分。

(7)应急处置模块，根据检测数据的异常值，正确判断污染事件的发生，分析可能的污染源，扼制住污染源，然后借助气相抽提技术抽提土壤气进行污染治理，同时，利用全自动气囊泵对地下水进行抽取并做相应的水净化处理。

数据处理模块通过地下水监测模块和土壤气(VOCs)监测模块获得的监测数据对地下水和土壤环境进行整体分析，当地下水、土壤气任一指标出现异常时，数据处理模块就会给应急处置模块发出附近地下水、土壤环境可能受到了污染的信号，并通过进一步的分析找到可能的污染源，扼制住污染源；

与此同时，应急处置模块自动开启应急处置，发送信号给主控模块，主控模块随即迅速命令自动洗井模块或土壤气(VOCs)采集模块进行工作，抽提受污染的地下水与土壤气(VOCs)分别进入厂区的水处理系统和废气处理系统做相应的处理，防止污染进一步扩大。

如图2所示，

本实施例中的土壤气监测井与地下水监测井为共建井，同时设计，以达到一井两用的目的，也便于后期更好地协同反映土壤与地下水环境情况。该共建井按照地下水监测井与土壤气监测井设计要求建设。将土壤气井和地下水井均建在同一井内，由下至上依次填入石英砂滤料层4、干膨润土层3、膨润土泥浆层2、干膨润土层3、石英砂滤料层 4、干膨润土层3、膨润土泥浆层2、混凝土层1，其中两个土壤气井中的导气管8均位于石英砂滤料层4中，用于采集土壤气。地下水井包括沉淀管6、滤水管5，滤水管5 位于最下方的石英砂滤料层4，用于初步过滤渗透地下水。在本实施例中，滤水管中还设有水位计9，水位计9连接主控模块，目的是为了检测在滤水管5中是否有地下水渗入，当检测到有地下水且达到一定高度时，主控模块再启动自动洗井模块工作，进行地下水的采集。

本实施例中土壤气采集模块包括土壤气导气管8、真空泵16，所述土壤气导气管8设置在土壤气井中，导气管8连接真空泵16，真空泵16与受控于主控模块，真空泵16 连接废气处理系统18。土壤气检测模块包括VOC气体检测仪17，用于检测真空泵16采集到的土壤气，VOC气体检测仪17与主控模块电连接，用于传输数据。自动洗井模块包括泵控制器10、气囊泵7、蓄水罐一11、蓄水罐二12，泵控制器10受控于主控模块，泵控制器10连接气囊泵7，气囊泵7设置在滤水管5中，气囊泵7连接蓄水罐一11，蓄水罐一11连接蓄水罐二12，蓄水罐一11和蓄水罐二12均连接水处理系统15。地下水检测模块包括水质检测仪13和试剂滴定检测单元14，所述水质检测仪13的探头设置在所述蓄水罐一11中，所述水质检测仪13与主控模块电连接。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种综合的土壤和地下水有机污染自动监测预警处置系统，其特征在于，包括，

主控模块，

土壤气采集模块，受控于所述主控模块，用于采集土壤气，所述土壤气采集模块还连接废气处理系统；

土壤气检测模块，与所述主控模块电连接，对所述土壤气进行实时或定期检测；

自动洗井模块，受控于所述主控模块，用于采集地下水，所述自动洗井模块还连接水处理系统；

地下水检测模块，与所述主控模块电连接，对所述地下水进行实时或定期检测；

数据处理模块，与所述主控模块无线通讯连接，用于接收土壤气和地下水的监测信息；

应急处置模块，与所述主控模块无线通讯连接，所述应急处置模块与所述数据处理模块电连接。

2.根据权利要求1所述的一种综合的土壤和地下水有机污染自动监测预警处置系统，其特征在于：所述土壤气采集模块包括土壤气导气管、真空泵，所述土壤气导气管设置在土壤气井中，所述土壤导气管连接所述真空泵，所述真空泵受控于所述主控模块，所述真空泵连接所述废气处理系统。

3.根据权利要求2所述的一种综合的土壤和地下水有机污染自动监测预警处置系统，其特征在于：所述土壤气检测模块包括VOC气体检测仪，所述VOC气体检测仪用于检测所述真空泵的土壤气，所述VOC气体检测仪与所述主控模块电连接。

4.根据权利要求1所述的一种综合的土壤和地下水有机污染自动监测预警处置系统，其特征在于：所述自动洗井模块包括泵控制器、气囊泵、蓄水罐一、蓄水罐二，所述泵控制器受控于所述主控模块，所述泵控制器连接所述气囊泵，所述气囊泵设置在地下水井中，所述气囊泵连接蓄水罐一，所述蓄水罐一连接蓄水罐二，所述蓄水罐一和所述蓄水罐二均连接所述水处理系统。

5.根据权利要求4所述的一种综合的土壤和地下水有机污染自动监测预警处置系统，其特征在于：所述地下水检测模块包括水质检测仪和试剂滴定检测单元，所述水质检测仪的探头设置在所述蓄水罐一中，所述水质检测仪与所述主控模块电连接。

6.根据权利要求1所述的一种综合的土壤和地下水有机污染自动监测预警处置系统，其特征在于，所述数据处理模块包括，

数据监控单元，用于实时显示所述土壤气和地下水的监测数据，

地下水分析评价单元，用于得出地下水的统计分析结果，

土壤气分析评价单元，用于得出土壤气的统计分析结果，

环境预测预警单元，包括地下水预测预警和土壤气预测预警，所述地下水预测预警用于对地下水进行预警指标筛选、预测分析和预警，所述土壤气预测预警用于对土壤气进行预警。

7.根据权利要求6所述的一种综合的土壤和地下水有机污染自动监测预警处置系统，其特征在于，所述环境预测预警单元还包括确定性模型和统计模型，所述确定性模型和所述统计模型均用于预测地下水监测数据的变化趋势。

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