一種用於水處理吸附實驗的自動取樣裝置及取樣方法
2024-02-06 16:37:15
一種用於水處理吸附實驗的自動取樣裝置及取樣方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於水處理吸附實驗的自動取樣裝置及取樣方法，裝置包括控制系統、底座、固定支架、四通閥、蠕動泵、三通閥，以及設置在底座上的清洗水瓶、實驗採樣容器和旋轉轉盤，所述清洗水瓶和四通閥的第一接口通過清洗管相連，所述四通閥的第二接口和實驗採樣容器之間通過採樣管相連，所述四通閥的第三接口通過蠕動泵連接至三通閥的第一接口，所述四通閥的第四接口通過排空管與大氣連接，所述三通閥分別與廢水出水管和取樣出水管連接，廢水出水管連接旋轉轉盤中的廢水收集瓶，取樣出水管連接旋轉轉盤中的取樣瓶。本發明利用精確定位技術、自動測量技術、自動控制技術以及批次取樣管理系統實現對水處理吸附實驗過程的定時定量自動取樣。
【專利說明】—種用於水處理吸附實驗的自動取樣裝置及取樣方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及自動取樣的【技術領域】，特別涉及一種用於水處理吸附實驗的自動取樣裝置及取樣方法。
【背景技術】
[0002]隨著工業化的發展和人類物質生活水平的提高，水環境的汙染已是當今世界範圍內普遍存在的問題。隨著水汙染物構成發生變化，部分流域排汙量大於環境自淨能力，水生態環境惡化的趨勢尚未得到有效遏制，部分地區水生態的破壞程度正在加劇。為此，需對汙水進行有效處理與淨化，以實現水資源的良性再生循環。
[0003]當流體與多孔固體接觸時，流體中某一組分或多個組分在固體表面處產生積蓄，此現象稱為吸附。吸附也指物質(主要是固體物質)表面吸住周圍介質(液體或氣體)中的分子或離子現象。吸附是水處理中重要的單元操作，例如利用吸附樹脂吸附水中的重金屬、活性炭吸附水中的有機汙染物等等。具有吸附能力的物質稱為吸附劑，被吸附的物質為吸附質。吸附實驗是水處理研究中的一項基礎性實驗，主要包括燒杯吸附動力學實驗和吸附柱穿透曲線實驗等等，吸附實驗結果是吸附工程設計的重要依據，是水處理吸附工藝研究的不可或缺的環節，部分主要實驗步驟為:
[0004]I)燒杯吸附動力學實驗
[0005]>配置溶液、稱量吸附劑；
[0006]>調整實驗初始參數，例如溫度、pH值等；
[0007]>放入吸附劑，用移液管或者吸管按一定時間間隔和一定的體積量從燒杯中取水樣，轉移入取樣瓶，一般實驗需要取5-20次左右的樣品，每次取樣量根據分析的需要一般在5-20毫升左右；
[0008]>化學分析，整理實驗結果。
[0009]2)吸附柱穿透曲線實驗
[0010]>配置溶液、稱量吸附劑裝柱；
[0011]>連接泵、吸附柱、管道、閥門等設備；
[0012]>開泵連續運行，調節流量，在出水口按一定時間間隔和體積量取水樣，轉移到取樣瓶，取樣個數和體積同上，必要時需要先減壓再取樣；
[0013]>化學分析，整理實驗結果。
[0014]從上述實驗步驟可以看出，無論是水處理中的燒杯吸附動力學實驗還是吸附柱穿透曲線實驗，吸附過程需要按照設定的時間間隔和體積連續取樣，直到吸附飽和為止。此夕卜，由於不同吸附過程的特殊性，實驗的時間從幾個小時到幾天甚至幾個月。傳統實驗室中需要人工值守取樣，尤其是夜間取樣尤其不方便，重複性勞動，耗費了大量人力效率低下；另外為了避免樣品的交叉汙染，人工取樣用的塑料吸管或者取樣槍的塑料頭大多是一次性的，這樣也耗費了大量的取樣耗材，造成實驗財力成本的升高。
【發明內容】
[0015]為了克服水處理吸附實驗過程中人工取樣存在的上述不足，本發明提供了一種適宜吸附過程的具有製造成本低、取樣便捷、設計精巧、計量精確、易於管理使用的自動取樣
>J-U ρ?α 裝直。
[0016]本發明的另一目的在於，提供上述自動取樣裝置的取樣方法。
[0017]為了達到上述第一目的，本發明採用以下技術方案:
[0018]一種用於水處理吸附實驗的自動取樣裝置，包括控制系統、底座以及設置在底座上的固定支架，還包括四通閥、蠕動泵、三通閥，以及設置在底座上的清洗水瓶、實驗採樣容器和旋轉轉盤，所述清洗水瓶和四通閥的第一接口通過清洗管相連，所述四通閥的第二接口和實驗採樣容器之間通過採樣管相連，所述四通閥的第三接口通過蠕動泵連接至三通閥的第一接口，所述四通閥的第四接口通過排空管與大氣連接，所述三通閥分別與廢水出水管和取樣出水管連接，廢水出水管連接旋轉轉盤中的廢水收集瓶，取樣出水管連接旋轉轉盤中的取樣瓶。
[0019]優選的，所述底座內設有電機驅動器，所述電機驅動器用於驅動步進電機。
[0020]優選的，所述旋轉轉盤內設有用於控制旋轉轉盤轉動的步進電機。
[0021]優選的，所述旋轉轉盤上設有一個廢水收集瓶和多個取樣瓶。
[0022]優選的，所述廢水收集瓶設置在旋轉轉盤的中間位置，所述多個取樣管呈圓形均勻排列在旋轉轉盤上。
[0023]優選的，所述底座上設有控制開關和用於設定取樣參數的觸控螢幕。
[0024]優選的，所述控制系統包含控制器、變送器以及執行步進電機，在控制器上設定好取樣相關的參數，控制器把信號傳遞給變送器，變送器把信號轉換成為標準信號輸出至執行步進電機和取樣蠕動泵，達到控制取樣量和取樣頻率的目的。
[0025]為了達到上述另一目的，本發明採用以下技術方案:
[0026]一種用於水處理吸附實驗的自動取樣裝置的取樣方法，包括下述步驟:
[0027]S1、開啟自動取樣裝置，設定取樣參數；
[0028]S2、在清洗水瓶中加入清洗水，開啟蠕動泵，調節四通閥、三通閥至清洗模式，進行樣品清洗管道，清洗水流入廢水收集瓶中；
[0029]S3、清洗完成後，調節四通閥至排空模式，排出蠕動泵中的清洗液，停止蠕動泵；
[0030]S4、調節四通閥至採樣模式，旋轉轉盤轉至相應時間點對應的取樣瓶中，重新開啟蠕動泵，進行採樣；
[0031]S5、採樣完成後，調節四通閥、三通閥至排空模式，排空管道中剩餘的樣品至廢水收集瓶中；
[0032]S6、取樣結束後調節四通閥、三通閥至清洗模式，用清洗水進行管道清洗；
[0033]S7、在取樣間隔計時結束後，自動進入步驟S2，開始執行下一個取樣循環。
[0034]優選的，步驟SI中，設定的取樣參數包括起止時間、間隔時間以及取樣量。
[0035]優選的，步驟S2中，在清洗水瓶中加入清洗水至2/3處，開啟蠕動泵。
[0036]本發明相對於現有技術具有如下的優點及效果:
[0037]1、本發明利用精確定位技術、自動測量技術、自動控制技術以及批次取樣管理系統實現對水處理吸附實驗過程的定時定量自動取樣。
[0038]2、本發明取樣器結構設計巧妙，經濟適用。
[0039]3、本發明運用單片機進行自動控制，保障了系統的安全可靠運行。
[0040]4、本發明具有自動清洗功能，可進行管路的自動清洗，防止樣品交叉汙染。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0041]圖1是本發明自動取樣裝置的結構圖。
[0042]圖2是本發明自動取樣方法的流程圖。
[0043]附圖標記說明:1、清洗水瓶；2、實驗採樣容器、3、步進電機；4、蠕動泵；5、電機驅動器；6、固定支架；7、觸控螢幕；8、開關按鈕；9、四通閥；10、三通閥；11、廢水收集瓶；12、樣品收集瓶；13、旋轉轉盤；14、清洗管；15、採樣管；16、排空管；17、廢水出水管；18、取樣出水管。
【具體實施方式】
[0044]下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。
[0045]實施例
[0046]如圖1所示，一種用於水處理吸附實驗的自動取樣裝置，包括控制系統、底座以及設置在底座上的固定支架6，還包括四通閥9、蠕動泵4、三通閥10，以及設置在底座上的清洗水瓶1、實驗採樣容器2和旋轉轉盤13，所述清洗水瓶I和四通閥9的第一接口通過清洗管14相連，所述四通閥9的第二接口和實驗採樣容器2之間通過採樣管15相連，所述四通閥9的第三接口通過蠕動泵4連接至三通閥10的第一接口，所述四通閥9的第四接口通過排空管16與大氣連接，所述三通閥10分別與廢水出水管17和取樣出水管18連接，廢水出水管17連接旋轉轉盤13中的廢水收集瓶11，取樣出水管18連接旋轉轉盤13中的取樣瓶12。
[0047]所述底座內設有電機驅動器，所述電機驅動器用於驅動步進電機。
[0048]所述控制系統包含控制器、變送器以及執行步進電機，在控制器上設定好取樣相關的參數，控制器把信號傳遞給變送器，變送器把信號轉換成為標準信號輸出至執行步進電機和取樣蠕動泵，達到控制取樣量和取樣頻率的目的。
[0049]所述旋轉轉盤內設有用於控制旋轉轉盤轉動的步進電機。
[0050]所述旋轉轉盤上設有廢水收集瓶和多個取樣瓶；所述廢水收集瓶設置在旋轉轉盤的中間位置，所述多個取樣管呈圓形均勻排列在旋轉轉盤上。
[0051]所述底座上設有控制開關和用於設定取樣參數的觸控螢幕，控制開關用於對整個裝置的開啟與否進行控制。
[0052]本發明的工作過程如下:採樣時，打開控制開關8，在觸控螢幕7上設定取樣起止時間、間隔時間以及取樣量等參數；在清洗水瓶I中加入清洗水至2/3處，開啟蠕動泵4，調節四通閥9、三通閥10至清洗模式，進行樣品清洗管道，清洗水流入廢水收集瓶11中；清洗完成後，調節四通閥9至排空模式，排出蠕動泵中的清洗液，停止蠕動泵4 ;調節四通閥9至採樣模式，旋轉轉盤13轉至相應時間點對應的取樣瓶12中，重新開啟蠕動泵4，進行採樣；採樣完成後，調節四通閥9、三通閥10至排空模式，排空管道中剩餘的樣品至廢水收集瓶11中；取樣結束後調節四通閥9、三通閥10至清洗模式，用清洗水進行管道清洗。
[0053]如圖2所示，本實施例用於水處理吸附實驗的自動取樣裝置的取樣方法，包括下述步驟:
[0054]S1、開啟自動取樣裝置，設定取樣參數；
[0055]S2、在清洗水瓶中加入清洗水，開啟蠕動泵，調節四通閥、三通閥至清洗模式，進行樣品清洗管道，清洗水流入廢水收集瓶中；
[0056]S3、清洗完成後，調節四通閥至排空模式，排出蠕動泵中的清洗液，停止蠕動泵；
[0057]S4、調節四通閥至採樣模式，旋轉轉盤轉至相應時間點對應的取樣瓶12中，重新開啟蠕動泵，進行採樣；
[0058]S5、採樣完成後，調節四通閥、三通閥至排空模式，排空管道中剩餘的樣品至廢水收集瓶中；
[0059]S6、取樣結束後調節四通閥、三通閥至清洗模式，用清洗水進行管道清洗；
[0060]S7、在取樣間隔計時結束後，自動進入步驟S2，開始執行下一個取樣循環。
[0061]步驟SI中，設定的取樣參數包括起止時間、間隔時間以及取樣量。
[0062]步驟S2中，在清洗水瓶中加入清洗水至2/3處，開啟蠕動泵。
[0063]上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種用於水處理吸附實驗的自動取樣裝置，包括控制系統、底座以及設置在底座上的固定支架，其特徵在於，還包括四通閥、蠕動泵、三通閥，以及設置在底座上的清洗水瓶、實驗採樣容器和旋轉轉盤，所述清洗水瓶和四通閥的第一接口通過清洗管相連，所述四通閥的第二接口和實驗採樣容器之間通過採樣管相連，所述四通閥的第三接口通過蠕動泵連接至三通閥的第一接口，所述四通閥的第四接口通過排空管與大氣連接，所述三通閥分別與廢水出水管和取樣出水管連接，廢水出水管連接旋轉轉盤中的廢水收集瓶，取樣出水管連接旋轉轉盤中的取樣瓶。
2.根據權利要求1所述的一種用於水處理吸附實驗的自動取樣裝置，其特徵在於，所述底座內設有電機驅動器，所述電機驅動器用於驅動步進電機。
3.根據權利要求1所述的一種用於水處理吸附實驗的自動取樣裝置，其特徵在於，所述旋轉轉盤內設有用於控制旋轉轉盤轉動的步進電機。
4.根據權利要求1所述的一種用於水處理吸附實驗的自動取樣裝置，其特徵在於，所述旋轉轉盤上設有一個廢水收集瓶和多個取樣瓶。
5.根據權利要求4所述的一種用於水處理吸附實驗的自動取樣裝置，其特徵在於，所述廢水收集瓶設置在旋轉轉盤的中間位置，所述多個取樣管呈圓形均勻排列在旋轉轉盤上。
6.根據權利要求1所述的一種用於水處理吸附實驗的自動取樣裝置，其特徵在於，所述底座上設有控制開關和用於設定取樣參數的觸控螢幕。
7.根據權利要求1所述的一種用於水處理吸附實驗的自動取樣裝置，其特徵在於，所述控制系統包含控制器、變送器以及執行步進電機，在控制器上設定好取樣相關的參數，控制器把信號傳遞給變送器，變送器把信號轉換成為標準信號輸出至執行步進電機和取樣蠕動泵，達到控制取樣量和取樣頻率的目的。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的用於水處理吸附實驗的自動取樣裝置的取樣方法，其特徵在於，包括下述步驟: 51、開啟自動取樣裝置，設定取樣參數； 52、在清洗水瓶中加入清洗水，開啟蠕動泵，調節四通閥、三通閥至清洗模式，進行樣品清洗管道，清洗水流入廢水收集瓶中； 53、清洗完成後，調節四通閥至排空模式，排出蠕動泵中的清洗液，停止蠕動泵； 54、調節四通閥至採樣模式，旋轉轉盤轉至相應時間點對應的取樣瓶中，重新開啟蠕動泵，進行採樣； 55、採樣完成後，調節四通閥、三通閥至排空模式，排空管道中剩餘的樣品至廢水收集瓶中； 56、取樣結束後調節四通閥、三通閥至清洗模式，用清洗水進行管道清洗； 57、在取樣間隔計時結束後，自動進入步驟S2，開始執行下一個取樣循環。
9.根據權利要求7所述的取樣方法，其特徵在於，步驟SI中，設定的取樣參數包括起止時間、間隔時間以及取樣量。
10.根據權利要求7所述的取樣方法，其特徵在於，步驟S2中，在清洗水瓶中加入清洗水至2/3處，開啟蠕動泵。
【文檔編號】G01N1/14GK103543038SQ201310549163
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年11月7日 優先權日:2013年11月7日
【發明者】於廣平, 張廣會, 童彥齊, 楊磊, 吉世明, 劉峰 申請人:廣州中國科學院瀋陽自動化研究所分所, 互太(番禺)紡織印染有限公司, 中國科學院瀋陽自動化研究所