专利名称：废水采样智能控制系统及其采样控制方法
技术领域：
本发明涉及废水采样存储装置技术领域，尤其涉及一种适合排污总量和瞬时浓度监测的废水采样存储装置。
背景技术：
环境监测部门常常需要对各类废水污染排放点进行实时监测，目前我国对于废水污染物排放点已逐步采用在线监测的方法，环保监管部门需要对产生水污染的相关企业的排放情况进行监测，取得废水样本。目前废水排口在线监测装置一般有如下两种一种只是在现场安装了废水自动采集装置，一般有M个留样瓶，此种装置只能够隔一段时间对废水进行采集存储，待到留样瓶都采集有废水之后环保监管人员到现场将M个留样瓶都取走，然后再对水样进行分析， 需要对每个留样瓶中的废水进行测试分析，要将每个留样瓶进行人工编号，此种装置环保监管人员的工作量非常巨大；另一种在现场安装有污染物在线测试仪、废水自动采样器，环保监管部门还设有远程平台，能够与现场仪器进行通信，此种方式通常采用对排污口进行定时(4飞小时)取样，每天取4飞个样，分别存放到12个废水存放瓶中，经过M或48小时后，环保监测人员到企业将水样存储装置取出，然后对采集到的所有水样进行检测，对于这种方式有如下缺点
1)采样间隔时间太长，排污总量计算不科学；
2)排污企业对污染物在线测量仪表采样与测量规律极易掌握，采样结束后突击“偷排” 现象严重；
3)保存水样多，给环保监测人员带来较大量的工作。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有废水采集装置的总量监测不科学、水样存储量大以及环保监管部门执法繁琐的缺点，提出了一种科学有效的适合排污总量和瞬时浓度监测的废水采样智能控制系统。本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案
一种废水采样智能控制系统，包括流量计、废水取样智能控制器、废水采样存储装置、 污染物浓度在线测试仪；其中，流量计用来测量废水排放的流量，并将流量信号传给废水取样智能控制器；废水取样智能控制器分别用于控制废水采样存储装置、污染物浓度在线测试仪的工作；所述废水采样存储装置分别与废水排放管道、污染物浓度在线测试仪相连；
所述废水采样存储装置包括瞬时水样暂存器、总量水样存储器、N个超标水样留样器、 第一连通管、第二连通管、第一外排放管、第二外排放管、外采样管；其中
所述第一连通管的一端通过蠕动泵与废水排放管道连接，所述瞬时水样暂存器的一端、总量水样存储器的一端、第一外排放管的一端分别通过电磁阀与第一连通管的另一端相连；所述瞬时水样暂存器的另一端与第二连通管的一端连接，所述总量水样存储器的另一端、N个超标水样留样器、外采样管的一端、第二外排放管的一端分别通过电磁阀与第二连通管的另一端连接；N为自然数，N ^ 24；
所述外采样管的另一端与污染物浓度在线测试仪连接，所述第一、第二外排放管的另一端分别连接废水排放通道。进一步的，本发明的废水采样智能控制系统，所述N个超标水样留样器底部分别集成有RFID射频标签；在N个超标水样留样器的底部设置有托板，所述托板具有N个RFID 读写端口和一个MCU，所述N个超标水样留样器分别一一对应地放置于所述N个RFID读写端口的上方，所述MCU与废水取样智能控制器进行通信，用于控制RFID读写端口对RFID射频标签进行信息的读写。进一步的，本发明的废水采样智能控制系统，所述总量水样存储器内设置一个电控搅拌器，所述电控搅拌器由废水取样智能控制器控制。进一步的，本发明的废水采样智能控制系统，所述废水取样智能控制器具有现场数据采集仪标准HJ477 - 2009规定的接口与功能。进一步的，本发明的废水采样智能控制系统，所述污染物浓度在线测试仪包括COD 测试仪、氨氮测试仪、PH测试仪。进一步的，本发明的废水采样智能控制系统，所述总量水样存储器、瞬时水样暂存器和超标水样留样器均安装于低功耗的节能冰箱中。进一步的，本发明的废水采样智能控制系统，所述第一、第二连通管的中心轴线与水平线夹角为5° "15°。本发明还提供一种废水采样智能控制系统进行采样的方法，包括以下步骤 步骤A，每次进行采样之前，先将蠕动泵、第一连通管与第一外排放管连接处的电磁阀
打开，其余的电磁阀关闭，抽取当前的废水对第一连通管进行自冲洗；
步骤B，自冲洗完毕后，将第一连通管与第一外排放管连接处的电磁阀关闭，打开第一连通管与总量水样存储器连接处的电磁阀，将第一连通管中的水样存储到总量水样存储器中；
步骤C，启动电控搅拌器搅拌1 2分钟，使总量水样存储器中采集的废水充分混合； 步骤D，打开总量水样存储器与第二连通管连接处的电磁阀，先将总量水样存储器中采集的废水排放出1/4后再关闭该电磁阀，保持1 2分钟后，打开第二连通管与第二外排放管连接处的电磁阀，排空第二连通管中的废水，再将第二连通管与第二外排放管连接处的电磁阀关闭；
步骤E，打开总量水样存储器与第二连通管连接处的电磁阀、第二连通管与外采样管连接处的电磁阀，将总量水样存储器中的废水样本传送给污染物浓度在线测试仪进行分析、 测试，然后将测得的总量水样污染物浓度平均值数据上传现场环境数据采集仪或废水取样智能控制器；
步骤F，现场环境数据采集仪或废水取样智能控制器根据这段时间内累积废水流量，计算出该排污口废水中被测污染物总的排放量；
F-I 当被测污染物平均浓度超过排放标准，则打开任意一个超标水样留样器与第二连通管连接处的电磁阀，对废水样本进行留样，并通过具有RFID读写端口的托板将留样的废水信息保存到留样器底部的射频标签中；
F-2 当被测污染物平均浓度未超过排放标准，则依次打开总量水样存储器与第二连通管连接处的电磁阀、第二连通管与第二外排放管连接处的电磁阀，将总量水样存储器中的水样全部排放，返回步骤A重新开始。作为上述方法的另一种方案，本发明的废水采样智能控制系统进行采样，还可以依照以下步骤
步骤①，将瞬时水样暂存器与第一连通管连接处的电磁阀、第二连通管与第二外排放管连接处的电磁阀打开，对瞬时水样暂存器及第二连通管采用当前废水进行自冲洗；
步骤②，自冲洗完毕之后，将第二连通管与第二外排放管连接处的电磁阀关闭，对瞬时水样进行采集并存储到瞬时水样暂存器中；
步骤③，将第二连通管与外采样管连接处的电磁阀打开，将瞬时水样暂存器中采集的瞬时废水样本传送给污染物浓度在线测试仪进行分析、测试，测试完毕之后将测得的污染物浓度数据上传现场环境数据采集仪或废水取样智能控制器；
③-A，当被测污染物浓度超过排放标准，则打开任意一个超标水样留样器与第二连通管连接处的电磁阀，对废水样本进行留样，并通过具有RFID读写端口的托板将留样的废水信息保存到留样器底部的射频标签中；
③-B，当被测污染物浓度未超过排放标准，则打开第二连通管与第二外排放管连接处的电磁阀，将瞬时水样全部排放，返回步骤①。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果
1.该装置能够实现各种采样之前的原水自冲洗，使得每次采样的废水样本更为真实， 水平连通管道倾斜设计，更加有利于管路中废水的排净；
2.该装置实现总量水样、瞬时水样、超标水样低温保鲜存储，使得样本真实有效；进行总量水样分析、测试时能够对水样进行搅拌混合，使得测试结果更为准确；
3.能够实现较小采样周期的比例采样，样本更为真实；能够接收环保监管部门的信息实现瞬时采样，一定程度上打击不法企业的突袭偷排现象；
4.无论是总量监测还是瞬时浓度监测，只对超标水样进行存储，减少水样存储器的个数；并能够通过RFID技术将存储废水信息存储于留样器中，各个排污点保存的废水水样不会混淆，可大大提高环境监测机构工作效率，杜绝混淆差错。


图1是本发明装置应用的系统原理框图； 图2是本发明装置的结构图。图中标号解释1-外入引管，2-蠕动泵，3 11-电磁阀，12-外采样管，13-瞬时水样暂存器，14-总量水样存储器，15,21-外排放管，16、17、18-超标水样留样器，19-电控搅拌器，20-具有RFID读写端口的托板，22、24_连通管路，23-废水取样智能控制器。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明
如图1所示，本发明的废水采样存储装置通过蠕动泵与排口附近的废水排放管道相连，通过外采样管与现场污染物浓度在线监测仪器相连；现场流量计(通常为超声波明渠流量计)用来测量废水排放的流量，并将流量信号传给废水取样智能控制器；废水取样智能控制器能够对本发明装置和污染物在线测试仪器进行控制。如图2所示，本发明能对排口附近的废水进行多种采样、存储方式，其系统内部包含废水取样智能控制器、蠕动泵2、瞬时水样暂存器13、总量水样存储器14、超标水样留样器(最多可设置M个)、电磁阀、具有RFID读写端口的托板20和连通管等。其中废水取样智能控制器具有中华人民共和国环境保护部颁布的现场数据采集仪标准HJ477 - 2009规定的接口与功能，另外具有对蠕动泵2、电控搅拌器19、各位置电磁阀的开启、关闭接口与功能，同时具有与RFID读写端口的托板20的通信功能。蠕动泵2的出水端分别与瞬时水样暂存器13、总量水样存储器14和外排放管15 相连，其通、断分别由废水取样智能控制器23通过电磁阀3、4、5控制；瞬时水样暂存器13 的另一端分别与超标水样留样器、外采样管12、外排放管21相连，其通、断分别由废水取样智能控制器23通过电磁阀6、7、8、9、11的开闭来进行控制；总量水样存放器14的另一端分别与外采样管12和外排放管21相连，由废水取样智能控制器23通过电磁阀10、9和10、11 进行控制；外排放管21与废水排放管渠相通，外采样管12与该废水排口所配置的各种废水污染物在线测试仪(如COD仪、氨氮仪、PH仪等)的取样管相接；总量水样存储器14安装有电控搅拌器19。总量水样存储器14、瞬时水样暂存器13和超标水样留样器16、17、18安装于低功耗的节能冰箱中；各个超标水样留样器的底部均安装有可读写的射频标签，超标水样留样器一一放置于具有RFID读写端口的托板相应位置上。具体工作过程如下
每次进行比例采样(该比例采样能够实现较小的采样周期，可设置为5 30分钟)之前， 先将电磁阀5跟蠕动泵打开，其余关闭，抽取当前的废水对管道进行自冲洗，以保证本次采样废水的真实性；冲洗完毕后将电磁阀5关闭4打开，将抽取的比例水样存储到总量水样存储器中；重复上述过程直到一个分析时段(通常取值M小时、48小时，也可由环保监管部门按需设定)结束；此时由智能取样控制器控制启动搅拌器搅拌1 2分钟使总量水样存储器中采集的废水充分混合；然后由智能取样控制器控制先打开电磁电磁阀10，先将总量水样存储器中采集的废水排放出1/4左右后再关闭电磁电磁阀10，保持1 2分钟，再打开电磁电磁阀11，排空刚才浸润、冲洗一下废水管路M的废水，再将电磁阀11关闭，然后打开电磁电磁阀10和电磁阀9，将总量水样存储器中的废水样本传送给废水污染物在线监测仪器进行分析、测试，最后将测得的总量水样污染物浓度平均值数据上传现场环境数据采集仪和废水取样智能控制器；现场环境数据采集仪(或废水取样智能控制器)再根据这段时间内累积流量计算出该排口废水中被测污染物总的排放量；如果总量水样被测污染物平均浓度超过排放标准，则取样智能控制器自动选择打开电磁阀6、7、8中一个对超标总量水样存储器中的废水样本进行留样，并通过具有RFID读写端口的托板将留样的废水信息保存到留样器底部的射频标签中，否则打开电磁阀10、11将总量水样全部排放，之后重新开始下一个新的总量比例采样、存储分析周期。当现场环境数据采集仪和智能取样控制器通过当地环境自动监测与管理信息系统接到环境监察部门要求对该废水排口排污瞬时浓度进行取样、分析测量时，智能取样控制器先将电磁阀3、11打开，对瞬时水样暂存器一路管道抽取当前废水进行自冲洗，以保证此次采样废水的真实性；冲洗完毕之后将电磁阀11关闭，对瞬时水样进行采集存储到瞬时水样暂存器中；瞬时水样样本采集完毕之后通过取样控制器控制电磁阀9打开，将采集的瞬时废水样本传送给废水污染物在线监测仪器进行分析、测试，测试完毕之后将测得的污染物浓度数据上传现场环境数据采集仪和废水取样智能控制器；如果被测污染物浓度超过排放标准，则取样智能控制器自动选择打开电磁阀6、7、8中一个对本次采集的瞬时水样样本进行留样，并通过具有RFID读写端口的托板将留样的废水信息保存到留样器底部的射频标签中，否则打开电磁阀11将瞬时水样全部排放。一般在M或者48小时之后，环保工作人员到现场将保存有废水的超标水样留样器取走时，只需用空的留样器代替，各个排污点所取得的超标水样无需区分，等到环保局进行再次分析时只需用一个RFID读写模块将信息读出即可。上述实施例实现了对废水的瞬时随机采样和较小时间间隔的比例采样，在每次采样之前都进行原水自冲洗，实现了水样的低温保鲜保存，只对超标废水进行存储，并能将留样废水信息通过RFID技术保存于留样器之中；获得了较为精确的废水污染物含量，同时降低了存储成本，极大地提高了环境监测机构的工作效率，并且杜绝了混样差错。
权利要求
1.一种废水采样智能控制系统，其特征在于包括流量计、废水取样智能控制器、废水采样存储装置、污染物浓度在线测试仪；其中，流量计用来测量废水排放的流量，并将流量信号传给废水取样智能控制器；废水取样智能控制器分别用于控制废水采样存储装置、污染物浓度在线测试仪的工作；所述废水采样存储装置分别与废水排放管道、污染物浓度在线测试仪相连；所述废水采样存储装置包括瞬时水样暂存器、总量水样存储器、N个超标水样留样器、 第一连通管、第二连通管、第一外排放管、第二外排放管、外采样管；其中所述第一连通管的一端通过蠕动泵与废水排放管道连接，所述瞬时水样暂存器的一端、总量水样存储器的一端、第一外排放管的一端分别通过电磁阀与第一连通管的另一端相连；所述瞬时水样暂存器的另一端与第二连通管的一端连接，所述总量水样存储器的另一端、N个超标水样留样器、外采样管的一端、第二外排放管的一端分别通过电磁阀与第二连通管的另一端连接；N为自然数，N ^ 24；所述外采样管的另一端与污染物浓度在线测试仪连接，所述第一、第二外排放管的另一端分别连接废水排放通道。
2.根据权利要求1所述的废水采样智能控制系统，其特征在于所述N个超标水样留样器底部分别集成有RFID射频标签；在N个超标水样留样器的底部设置有托板，所述托板具有N个RFID读写端口和一个MCU，所述N个超标水样留样器分别一一对应地放置于所述 N个RFID读写端口的上方，所述MCU与废水取样智能控制器进行通信，用于控制RFID读写端口对RFID射频标签进行信息的读写。
3.根据权利要求1所述的废水采样智能控制系统，其特征在于所述总量水样存储器内设置一个电控搅拌器，所述电控搅拌器由废水取样智能控制器控制。
4.根据权利要求1所述的废水采样智能控制系统，其特征在于所述废水取样智能控制器具有现场数据采集仪标准HJ477 - 2009规定的接口与功能。
5.根据权利要求1所述的废水采样智能控制系统，其特征在于所述污染物浓度在线测试仪包括COD测试仪、氨氮测试仪、PH测试仪。
6.根据权利要求1所述的废水采样智能控制系统，其特征在于所述总量水样存储器、 瞬时水样暂存器和超标水样留样器均安装于低功耗的节能冰箱中。
7.根据权利要求1所述的废水采样智能控制系统，其特征在于所述第一、第二连通管的中心轴线与水平线夹角为5° -15°。
8.一种采用权利要求1至7任一所述的废水采样智能控制系统进行采样的方法，其特征在于，包括以下步骤步骤A，每次进行采样之前，先将蠕动泵、第一连通管与第一外排放管连接处的电磁阀打开，其余的电磁阀关闭，抽取当前的废水对第一连通管进行自冲洗；步骤B，自冲洗完毕后，将第一连通管与第一外排放管连接处的电磁阀关闭，打开第一连通管与总量水样存储器连接处的电磁阀，将第一连通管中的水样存储到总量水样存储器中；步骤C，启动电控搅拌器搅拌1 2分钟，使总量水样存储器中采集的废水充分混合；步骤D，打开总量水样存储器与第二连通管连接处的电磁阀，先将总量水样存储器中采集的废水排放出1/4后再关闭该电磁阀，保持1 2分钟后，打开第二连通管与第二外排放管连接处的电磁阀，排空第二连通管中的废水，再将第二连通管与第二外排放管连接处的电磁阀关闭；步骤E，打开总量水样存储器与第二连通管连接处的电磁阀、第二连通管与外采样管连接处的电磁阀，将总量水样存储器中的废水样本传送给污染物浓度在线测试仪进行分析、 测试，然后将测得的总量水样污染物浓度平均值数据上传现场环境数据采集仪或废水取样智能控制器；步骤F，现场环境数据采集仪或废水取样智能控制器根据这段时间内累积废水流量，计算出该排污口废水中被测污染物总的排放量；F-I 当被测污染物平均浓度超过排放标准，则打开任意一个超标水样留样器与第二连通管连接处的电磁阀，对废水样本进行留样，并通过具有RFID读写端口的托板将留样的废水信息保存到留样器底部的射频标签中；F-2 当被测污染物平均浓度未超过排放标准，则依次打开总量水样存储器与第二连通管连接处的电磁阀、第二连通管与第二外排放管连接处的电磁阀，将总量水样存储器中的水样全部排放，返回步骤A重新开始。
9. 一种采用权利要求1至7任一所述的废水采样智能控制系统进行采样的方法，其特征在于，包括以下步骤步骤①，将瞬时水样暂存器与第一连通管连接处的电磁阀、第二连通管与第二外排放管连接处的电磁阀打开，对瞬时水样暂存器及第二连通管采用当前废水进行自冲洗；步骤②，自冲洗完毕之后，将第二连通管与第二外排放管连接处的电磁阀关闭，对瞬时水样进行采集并存储到瞬时水样暂存器中；步骤③，将第二连通管与外采样管连接处的电磁阀打开，将瞬时水样暂存器中采集的瞬时废水样本传送给污染物浓度在线测试仪进行分析、测试，测试完毕之后将测得的污染物浓度数据上传现场环境数据采集仪或废水取样智能控制器；③-A，当被测污染物浓度超过排放标准，则打开任意一个超标水样留样器与第二连通管连接处的电磁阀，对废水样本进行留样，并通过具有RFID读写端口的托板将留样的废水信息保存到留样器底部的射频标签中；③-B，当被测污染物浓度未超过排放标准，则打开第二连通管与第二外排放管连接处的电磁阀，将瞬时水样全部排放，返回步骤①。
全文摘要
本发明公开了一种废水采样智能控制系统，包括流量计、废水取样智能控制器、废水采样存储装置、污染物浓度在线测试仪；其中，流量计用来测量废水排放的流量，并将流量信号传给废水取样智能控制器；废水取样智能控制器分别用于控制废水采样存储装置、污染物浓度在线测试仪的工作；废水采样存储装置分别与废水排放管道、污染物浓度在线测试仪相连；本发明还公开了该废水采样智能控制系统的采样控制方法，采用本发明可实现排口废水科学、智能取样，对污染物排放总量更为精确的测量，只对超标水样进行存储，并能通过RFID将信息保存，降低存储成本，极大地方便了环保监察部门按环境法规进行科学监管与执法。
文档编号G01N33/18GK102435462SQ20111028041
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者周杏鹏, 徐友, 李靖, 陈辰 申请人:东南大学