一种污染地下水的加药系统的制作方法

1.本实用新型属于地下水自动化原位处理技术领域，涉及一种污染地下水的加药系统。


背景技术：

2.随着全球工业化和城镇化进程的不断推进，如人口的大量增长、石油化工行业的过度开采、加油站渗漏、部分工业企业通过渗井、渗坑、裂隙和溶洞非法排放、倾倒工业废水等一系列污染地下水问题日益显现，显著影响了地下水水质。如果这些污染场地及周边地下水具有饮用或者农田灌溉功能，极有可能会影响周边人群健康和粮食安全，引发严重后果。
3.目前现有的地下水修复技术存在自动化程度低、修复效果差、费用成本高、缺乏后续检测反馈等问题。例如中国专利申请cn201710537919.8公开了一种集前期监测、药剂快速制备及注入于一体的智能化地下水修复系统，包括：药剂制备及储存系统，通过加水、加药、混合的方式制备用于地下水治理的药剂，并将所述药剂通过管路存储至药剂存储器；药剂输送及注入系统，与所述药剂制备及储存系统相连，用于将制备好的药剂输送及注入到地下水中；自动监控系统，与所述药剂制备及储存系统和所述药剂输入及注入系统相连，用于实时采集地下水环境参数，并根据所述参数控制所述药剂的制备和注入。该专利通过现场加水加药混合的方式，将制备的水剂药剂通过输送管路注入到地下水污染区。水剂药剂一般存在化学稳定性差，易分解失效的问题，又由于其大多具有强化学腐蚀性，对制备、储存及运输的设备损坏大。冬季寒冷天气还需额外配备加热装置，防止药剂固化而堵塞管路。另外，整个系统缺少相应数据反馈模块，对药剂投加后的实际修复效果没有作进一步的评价，进而影响到该药剂投加量是否存在过多或不足的问题，若药剂投加不足则达不到修复标准，若投加过量则造成药剂浪费，增加了处理成本。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种污染地下水的加药系统，及时反馈修复效果，并修正实际修复偏差。
5.为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种污染地下水的加药系统，包括数据采集组件、控制器和药剂输送及注入系统，所述数据采集组件包括污染物检测传感器、流速仪和污染物延时反馈传感器，所述污染物检测传感器和所述流速仪安装于待治理水域的上游，所述污染物延时反馈传感器安装于待治理水域中，所述污染物检测传感器、所述流速仪和所述污染物延时反馈传感器均与控制器电连接，所述药剂输送及注入系统与所述控制器电连接。
6.设置延时反馈传感器的目的在于修正实际修复效果与理论修复效果之间的偏差，通过对比加药后的实际检测效果与修复目标之间的偏差，控制器将计算得出下一次需补偿的药剂投放量，再次启动药剂投放装置的运行，直至反馈回污染物的当前剩余浓度与设定
的修复目标值之间的差值为0或小于0，该循环修复过程结束，即污染物已满足修复要求，提高了加药的精准度和灵活性，大大降低药剂成本。
7.进一步地，所述药剂输送及注入系统包括储药罐以及设置于所述储药罐内部的在线计量器，所述储药罐、所述在线计量器均与所述控制器的第一继电器模块电连接。
8.进一步地，所述药剂输送及注入系统还包括与所述储药罐连接的传送带、与所述传送带连接的放药槽、带动所述传送带运转的传输泵。
9.单片机控制器通过控制储药槽的开闭和传输泵的启停从而带动传送带向放药槽内输药，储药罐内嵌的在线计量器能锁定每次需投放的药剂量并通过控制好阀门开度从而实现药剂的精准投放。所述的储药罐由带有出药孔的旋转底盘和可拆卸套盘构成，旋转底盘通过连接一根中心转动轴在电机的带动下可实现旋转。可拆卸套盘则固定在罐体上，不随中心转动轴的转动而转动。当开启储药罐时，电机带动中心转动轴使旋转底盘上的出药孔旋转至与可拆卸套盘的出药孔吻合，药剂随即释放。当关闭储药罐时，旋转底盘又旋转回初始位置，药剂停止释放。
10.进一步地，所述放药槽下方设置有旋转叶片及叶片调节阀，所述叶片调节阀与所述控制器的第二继电器模块电连接。所述叶片调节阀开度k与所投加的粉状固体药剂量m之间遵循一定的流量特性(等百分比特性、抛物线特性、线性特性)，以确保粉末药剂在不堵塞药槽的情况下，以最佳的释放速度向污染水中投放。
11.进一步地，所述储药罐连接有加药泵，所述加药泵与所述控制器的第三继电器模块电连接。药剂通过加药泵来传输，加药泵通过控制器来控制。
12.进一步地，所述传送带和所述放药槽通过斜板连接。
13.进一步地，所述加药系统还包括液晶显示屏及开关，所述液晶显示屏、开关均与所述控制器电连接。所述的液晶显示屏为lcd1602液晶显示屏。其具有功耗低、体积小、可视范围广、无电磁辐射及寿命长等优点。
14.进一步地，所述污染物检测传感器设有多个。所述污染物延时反馈传感器设有多个。分别用于检测多个污染物，所述的污染地下水的加药系统不只修复单一污染物，该系统在第一种污染物a修复指令结束后，相继通过按键选择控制开启第二种及第三种污染物的修复指令。设置分开修复的目的可避免不同药剂之间发生相互作用而失活，同时也避免了控制器同时操控多种执行器的运行而降低逻辑算法的精准度。
15.本实用新型所述的污染物检测传感器及水文流速仪位于地下水污染区偏上游位置，所述数据采集模块将检测到的污染物的初始浓度信号c及地下水流速信号μ经单片机并行数据传输端口上传到液晶显示屏及控制器。液晶显示屏将实时显示三种污染物的名称、对应浓度值(mol/l)及当前地下水流速(m/s)。当开启污染物的修复指令，控制器将优先计算污染物的初始浓度值与设定修复目标值之间的差值，从而计算得出需投加的理论药剂量。单片机控制器综合该理论药剂投加量及水文流速信息进而控制储药罐的开/闭，储药罐内嵌的在线计量器可以精准控制投放到传送带上的固体药剂量，再由传输泵带动传送带将药剂送往放药槽。叶片调节阀则根据药剂的投加量来控制放药槽下端口旋转叶片的开度，以保证固体药剂以合适的速度释放，不因过快加入而出现孔道堵塞及反应不充分等问题。相对于上游的污染物检测传感器及水文流速仪，本实用新型的延时反馈传感器设置于下游x处，并将在药剂作用一定时间后延时检测污染物的当前剩余浓度。设置延时反馈传感器的
目的在于修正实际修复效果与理论修复效果之间的偏差，通过对比加药后的实际检测效果与修复目标之间的偏差，控制器将计算得出下一次需补偿的药剂投放量，再次启动药剂投放装置的运行，直至反馈回污染物的当前剩余浓度与设定的修复目标值之间的差值为0或小于0，该循环修复过程结束，即污染物已满足修复要求。系统每次计算所得的药剂投放量及调节阀开度均由单片机控制器接收并传输至液晶显示屏，以便工作人员实时记录工艺数据及掌握系统的运行状况。
16.与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：
17.1、该系统采用stc89c51型号单片机作为核心控制器，采集的污染物浓度数据经stc89c51单片机进行智能的数据分析及处理后，能有效控制下游机械设备的良好运行。整个系统硬件构架完整、价格低廉、设计简单，具有较高的实用价值；
18.2、该系统设置的反馈控制模块根据反馈回的数据及时修正实际修复偏差，以理论修复效果(100％)与实际修复效果x％之间的偏差来获取最优的药剂投加量。在确保出水达标的前提下，提高了加药的精准度和灵活性，大大降低药剂成本；
19.3、三种污染物的检测-修复-反馈系统采用依次进行操作，避免了药剂之间相互作用而失活，有效提高了复合污染地下水的修复效率；
20.4、该系统投加粉末状固体药剂代替常用的液体药剂，一定程度上避免液体药剂化学稳定性差，易分解失效的问题，同时也降低了对药物输送及投放设备的要求；
21.5、本实用新型针对现有技术中存在的不足，提出了一种复合污染地下水的加药系统。该系统具有更全面的工艺流程、更智能的控制过程、更优化的加药体系及更低的修复成本。
附图说明
22.图1为本实用新型电路结构框图。
23.图2为本实用新型的结构示意图。
24.其中，1-控制器，2-污染物检测传感器，3-流速仪，4-污染物延时反馈传感器，5-储药罐，6-在线计量器，7-传送带，8-放药槽，9-传输泵，10-旋转叶片，11-叶片调节阀，12-加药泵，13-斜板。
具体实施方式
25.如图1所示，一种污染地下水的加药系统，包括数据采集组件、控制器1、液晶显示屏14、开关15、设于待治理水域上方的药剂输送及注入系统，数据采集组件包括污染物检测传感器2、流速仪3和污染物延时反馈传感器4，污染物检测传感器2和流速仪3安装于待治理水域的上游，污染物延时反馈传感器4安装于待治理水域中，污染物检测传感器2、流速仪3和污染物延时反馈传感器4均与控制器1电连接，药剂输送及注入系统与控制器1电连接。污染物检测传感器2分别为污染物a检测传感器、污染物b检测传感器、污染物c检测传感器。污染物延时反馈传感器4分别为污染物a延时反馈传感器、污染物b延时反馈传感、污染物c延时反馈传感。流速仪3选用水文流速仪。所选单片机型号为stc89c51。液晶显示屏14、开关15均与控制器1电连接，开关15通过按键选择控制开启三种特定污染物的修复执行指令。
26.如图2所示药剂输送及注入系统包括储药罐5、在线计量器6、传送带7、放药槽8、传
输泵9、旋转叶片10、叶片调节阀11、加药泵12、斜板13。在线计量器6设置于储药罐5内部，储药罐5、在线计量器6均与控制器1的第一继电器模块电连接。传送带7与储药罐5连接，放药槽8与传送带7通过斜板13连接，斜板13的倾斜角度为45度。传输泵9带动传送带7运转。旋转叶片10及叶片调节阀11设置于放药槽8下方，叶片调节阀11与控制器1的第二继电器模块电连接。加药泵12与储药罐5连接，加药泵12与控制器1的第三继电器模块电连接。
27.三种污染物传感器分别为：三氯乙烯传感器a、六氯苯传感器b、二甲苯传感器c及水文流速仪将检测到的三种污染物初始浓度信号(c
a1
＝1000μg/l、c
b1
＝50μg/l、c
c1
＝5000μg/l)及地下水流速信号作为采集的初始变量，经stc89c51单片机控制器并行数据传输端口传至单片机前馈控制模块及液晶显示屏，并通过启动开关控制开启第一种污染物a(三氯乙烯)的修复程序。控制器执行逻辑算法m
a1
＝k&(c
a1-c
a标
)计算并输出三氯乙烯初始浓度1000μg/l下的理论加药量m
a1
(kg/l)，经单片机控制器将第一次的理论加药量m
a1
控制信号传输至下游循环加药装置，从而启动储药罐向传送带送药，传送带即在传输泵的带动下将修复药剂源源不断输送到放药槽。当储药罐下端在线计量器感知到释放药剂量达到m
a1
时，关闭储药罐，调节阀根据药剂量m
a1
与下放流量之间的特性关系将叶片旋转至一定的角度，以使固体粉状药剂均匀释放到受污染地下水中，从而实现精准加药。其中，c
a1
表示三氯乙烯的初始检测值，c
a标
为三氯乙烯设定的修复目标值，m
a1
代表第一次理论加药量，m
a1
与c
a1
之间的函数关系是基于初始值c
a1
与修复标准值c
a标
之间的差值及所用药剂降解三氯乙烯的动力学过程。三氯乙烯延时反馈传感器将在药剂作用1小时后开启检测功能，并将检测数据c
a2
＝300μg/l输送回反馈修正模块，并判断污染地下水在第一次理论药剂量m
a1
作用下的三氯乙烯浓度是否达到地下水ⅲ类水标准(小于70μg/l)，c
a2
＝300μg/l显然未达到修复要求，系统即根据内部存储的修正逻辑算法m
a2
＝k&(c
a2-c
a标
)/[(c
a1-c
a2
)/(c
a1-c
a标
)]修正第一次理论加药量m
a1
作用下的理论修复效果(100％)，从而得出药剂补偿量m
a2
。同样，二级出水进入第三种污染物二甲苯的处理程序中，直至设定的三种污染物均满足排放标准。
[0028]
控制器与污染物检测传感器、污染物延时反馈传感器、流速仪之间的电路连接为现有技术，可参考一种户外污水动态监测预警系统(申请号：201711233492.9)，或参考污水处理控制电路原理图(https://wenku.baidu.com/view/05efc965ddccda38376bafd7.html)，用于监控污染物的初始浓度、经过药剂处理后的污染物浓度。控制器与在线计量器之间的电路连接为现有技术，可参考一种计量控制电路(申请号：201420850057.6)，控制器与储药罐底部阀门之间的电路连接可参考电动阀门控制电路的工作原理(https://baijiahao.baidu.com/s？id＝1678498608310336477&wfr＝spider&for＝pc)，当加药量达到设定的加药量时，关闭储药罐底部阀门。控制器与叶片调节阀的电路连接可参考电磁阀控制电路工作原理(http://www.dg8.com.cn/jishu/903.html)，通过控制调节阀的开度，使固体粉状药剂均匀释放到受污染地下水中。控制器与加药泵之间的电路连接可参考全自动加药设备原理及控制(https://wenku.baidu.com/view/3ad1293b852458fb770b567f.html)，当储药罐中药剂放完时，通过加药泵输送药剂至储药罐中。综上，以上功能模块和电路连接均为现有技术，在说明书中不再进行详细描述。
[0029]
以上所述具体实施例，对本实用新型的技术方案作了较为具体的阐述。凡在本实用新型宗旨及实施方式之内，所做的任何等同替换及改进等，均应在包含在本实用新型的保护范围之内。