一種用于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(fā)明公開了一種用于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(tǒng)、底座、固定支架、四通閥、蠕動泵、三通閥，以及設(shè)置在底座上的清洗水瓶、實驗采樣容器和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)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采樣容器之間通過采樣管相連，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(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤中的廢水收集瓶，取樣出水管連接旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤中的取樣瓶。本發(fā)明利用精確定位技術(shù)、自動測量技術(shù)、自動控制技術(shù)以及批次取樣管理系統(tǒng)實現(xiàn)對水處理吸附實驗過程的定時定量自動取樣。
【專利說明】—種用于水處理吸附實驗的自動取樣裝置及取樣方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動取樣的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于水處理吸附實驗的自動取樣裝置及取樣方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)化的發(fā)展和人類物質(zhì)生活水平的提高，水環(huán)境的污染已是當(dāng)今世界范圍內(nèi)普遍存在的問題。隨著水污染物構(gòu)成發(fā)生變化，部分流域排污量大于環(huán)境自凈能力，水生態(tài)環(huán)境惡化的趨勢尚未得到有效遏制，部分地區(qū)水生態(tài)的破壞程度正在加劇。為此，需對污水進(jìn)行有效處理與凈化，以實現(xiàn)水資源的良性再生循環(huán)。
[0003]當(dāng)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(chǎn)生積蓄，此現(xiàn)象稱為吸附。吸附也指物質(zhì)(主要是固體物質(zhì))表面吸住周圍介質(zhì)(液體或氣體)中的分子或離子現(xiàn)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污染物等等。具有吸附能力的物質(zhì)稱為吸附劑，被吸附的物質(zhì)為吸附質(zhì)。吸附實驗是水處理研究中的一項基礎(chǔ)性實驗，主要包括燒杯吸附動力學(xué)實驗和吸附柱穿透曲線實驗等等，吸附實驗結(jié)果是吸附工程設(shè)計的重要依據(jù)，是水處理吸附工藝研究的不可或缺的環(huán)節(jié)，部分主要實驗步驟為:
[0004]I)燒杯吸附動力學(xué)實驗
[0005]>配置溶液、稱量吸附劑；
[0006]>調(diào)整實驗初始參數(shù)，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(zhuǎn)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(jù)分析的需要一般在5-20毫升左右；
[0008]>化學(xué)分析，整理實驗結(jié)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(shè)備；
[0012]>開泵連續(xù)運行，調(diào)節(jié)流量，在出水口按一定時間間隔和體積量取水樣，轉(zhuǎn)移到取樣瓶，取樣個數(shù)和體積同上，必要時需要先減壓再取樣；
[0013]>化學(xué)分析，整理實驗結(jié)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(xué)實驗還是吸附柱穿透曲線實驗，吸附過程需要按照設(shè)定的時間間隔和體積連續(xù)取樣，直到吸附飽和為止。此夕卜，由于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(tǒng)實驗室中需要人工值守取樣，尤其是夜間取樣尤其不方便，重復(fù)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污染，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(fā)明內(nèi)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(fā)明提供了一種適宜吸附過程的具有制造成本低、取樣便捷、設(shè)計精巧、計量精確、易于管理使用的自動取樣
>J-U ρ?α 裝直。
[0016]本發(fā)明的另一目的在于，提供上述自動取樣裝置的取樣方法。
[0017]為了達(dá)到上述第一目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0018]一種用于水處理吸附實驗的自動取樣裝置，包括控制系統(tǒng)、底座以及設(shè)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(shè)置在底座上的清洗水瓶、實驗采樣容器和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)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采樣容器之間通過采樣管相連，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(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤中的廢水收集瓶，取樣出水管連接旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤中的取樣瓶。
[0019]優(yōu)選的，所述底座內(nèi)設(shè)有電機驅(qū)動器，所述電機驅(qū)動器用于驅(qū)動步進(jìn)電機。
[0020]優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤內(nèi)設(shè)有用于控制旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的步進(jìn)電機。
[0021]優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤上設(shè)有一個廢水收集瓶和多個取樣瓶。
[0022]優(yōu)選的，所述廢水收集瓶設(shè)置在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤的中間位置，所述多個取樣管呈圓形均勻排列在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤上。
[0023]優(yōu)選的，所述底座上設(shè)有控制開關(guān)和用于設(shè)定取樣參數(shù)的觸摸屏。
[0024]優(yōu)選的，所述控制系統(tǒng)包含控制器、變送器以及執(zhí)行步進(jìn)電機，在控制器上設(shè)定好取樣相關(guān)的參數(shù)，控制器把信號傳遞給變送器，變送器把信號轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)信號輸出至執(zhí)行步進(jìn)電機和取樣蠕動泵，達(dá)到控制取樣量和取樣頻率的目的。
[0025]為了達(dá)到上述另一目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0026]一種用于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(shè)定取樣參數(shù)；
[0028]S2、在清洗水瓶中加入清洗水，開啟蠕動泵，調(diào)節(jié)四通閥、三通閥至清洗模式，進(jìn)行樣品清洗管道，清洗水流入廢水收集瓶中；
[0029]S3、清洗完成后，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)四通閥至采樣模式，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)至相應(yīng)時間點對應(yīng)的取樣瓶中，重新開啟蠕動泵，進(jìn)行采樣；
[0031]S5、采樣完成后，調(diào)節(jié)四通閥、三通閥至排空模式，排空管道中剩余的樣品至廢水收集瓶中；
[0032]S6、取樣結(jié)束后調(diào)節(jié)四通閥、三通閥至清洗模式，用清洗水進(jìn)行管道清洗；
[0033]S7、在取樣間隔計時結(jié)束后，自動進(jìn)入步驟S2，開始執(zhí)行下一個取樣循環(huán)。
[0034]優(yōu)選的，步驟SI中，設(shè)定的取樣參數(shù)包括起止時間、間隔時間以及取樣量。
[0035]優(yōu)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(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果:
[0037]1、本發(fā)明利用精確定位技術(shù)、自動測量技術(shù)、自動控制技術(shù)以及批次取樣管理系統(tǒng)實現(xiàn)對水處理吸附實驗過程的定時定量自動取樣。
[0038]2、本發(fā)明取樣器結(jié)構(gòu)設(shè)計巧妙，經(jīng)濟(jì)適用。
[0039]3、本發(fā)明運用單片機進(jìn)行自動控制，保障了系統(tǒng)的安全可靠運行。
[0040]4、本發(fā)明具有自動清洗功能，可進(jìn)行管路的自動清洗，防止樣品交叉污染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1是本發(fā)明自動取樣裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0042]圖2是本發(fā)明自動取樣方法的流程圖。
[0043]附圖標(biāo)記說明:1、清洗水瓶；2、實驗采樣容器、3、步進(jìn)電機；4、蠕動泵；5、電機驅(qū)動器；6、固定支架；7、觸摸屏；8、開關(guān)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(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤；14、清洗管；15、采樣管；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(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0045]實施例
[0046]如圖1所示，一種用于水處理吸附實驗的自動取樣裝置，包括控制系統(tǒng)、底座以及設(shè)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(shè)置在底座上的清洗水瓶1、實驗采樣容器2和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)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的第二接口和實驗采樣容器2之間通過采樣管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(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤13中的廢水收集瓶11，取樣出水管18連接旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤13中的取樣瓶12。
[0047]所述底座內(nèi)設(shè)有電機驅(qū)動器，所述電機驅(qū)動器用于驅(qū)動步進(jìn)電機。
[0048]所述控制系統(tǒng)包含控制器、變送器以及執(zhí)行步進(jìn)電機，在控制器上設(shè)定好取樣相關(guān)的參數(shù)，控制器把信號傳遞給變送器，變送器把信號轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)信號輸出至執(zhí)行步進(jìn)電機和取樣蠕動泵，達(dá)到控制取樣量和取樣頻率的目的。
[0049]所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤內(nèi)設(shè)有用于控制旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的步進(jìn)電機。
[0050]所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤上設(shè)有廢水收集瓶和多個取樣瓶；所述廢水收集瓶設(shè)置在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤的中間位置，所述多個取樣管呈圓形均勻排列在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤上。
[0051]所述底座上設(shè)有控制開關(guān)和用于設(shè)定取樣參數(shù)的觸摸屏，控制開關(guān)用于對整個裝置的開啟與否進(jìn)行控制。
[0052]本發(fā)明的工作過程如下:采樣時，打開控制開關(guān)8，在觸摸屏7上設(shè)定取樣起止時間、間隔時間以及取樣量等參數(shù)；在清洗水瓶I中加入清洗水至2/3處，開啟蠕動泵4，調(diào)節(jié)四通閥9、三通閥10至清洗模式，進(jìn)行樣品清洗管道，清洗水流入廢水收集瓶11中；清洗完成后，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)四通閥9至采樣模式，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤13轉(zhuǎn)至相應(yīng)時間點對應(yīng)的取樣瓶12中，重新開啟蠕動泵4，進(jìn)行采樣；采樣完成后，調(diào)節(jié)四通閥9、三通閥10至排空模式，排空管道中剩余的樣品至廢水收集瓶11中；取樣結(jié)束后調(diào)節(jié)四通閥9、三通閥10至清洗模式，用清洗水進(jìn)行管道清洗。
[0053]如圖2所示，本實施例用于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(shè)定取樣參數(shù)；
[0055]S2、在清洗水瓶中加入清洗水，開啟蠕動泵，調(diào)節(jié)四通閥、三通閥至清洗模式，進(jìn)行樣品清洗管道，清洗水流入廢水收集瓶中；
[0056]S3、清洗完成后，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)四通閥至采樣模式，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)至相應(yīng)時間點對應(yīng)的取樣瓶12中，重新開啟蠕動泵，進(jìn)行采樣；
[0058]S5、采樣完成后，調(diào)節(jié)四通閥、三通閥至排空模式，排空管道中剩余的樣品至廢水收集瓶中；
[0059]S6、取樣結(jié)束后調(diào)節(jié)四通閥、三通閥至清洗模式，用清洗水進(jìn)行管道清洗；
[0060]S7、在取樣間隔計時結(jié)束后，自動進(jìn)入步驟S2，開始執(zhí)行下一個取樣循環(huán)。
[0061]步驟SI中，設(shè)定的取樣參數(shù)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(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于水處理吸附實驗的自動取樣裝置，包括控制系統(tǒng)、底座以及設(shè)置在底座上的固定支架，其特征在于，還包括四通閥、蠕動泵、三通閥，以及設(shè)置在底座上的清洗水瓶、實驗采樣容器和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)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采樣容器之間通過采樣管相連，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(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤中的廢水收集瓶，取樣出水管連接旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤中的取樣瓶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于水處理吸附實驗的自動取樣裝置，其特征在于，所述底座內(nèi)設(shè)有電機驅(qū)動器，所述電機驅(qū)動器用于驅(qū)動步進(jìn)電機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于水處理吸附實驗的自動取樣裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤內(nèi)設(shè)有用于控制旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的步進(jìn)電機。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于水處理吸附實驗的自動取樣裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤上設(shè)有一個廢水收集瓶和多個取樣瓶。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于水處理吸附實驗的自動取樣裝置，其特征在于，所述廢水收集瓶設(shè)置在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤的中間位置，所述多個取樣管呈圓形均勻排列在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于水處理吸附實驗的自動取樣裝置，其特征在于，所述底座上設(shè)有控制開關(guān)和用于設(shè)定取樣參數(shù)的觸摸屏。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于水處理吸附實驗的自動取樣裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包含控制器、變送器以及執(zhí)行步進(jìn)電機，在控制器上設(shè)定好取樣相關(guān)的參數(shù)，控制器把信號傳遞給變送器，變送器把信號轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)信號輸出至執(zhí)行步進(jìn)電機和取樣蠕動泵，達(dá)到控制取樣量和取樣頻率的目的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的用于水處理吸附實驗的自動取樣裝置的取樣方法，其特征在于，包括下述步驟: 51、開啟自動取樣裝置，設(shè)定取樣參數(shù)； 52、在清洗水瓶中加入清洗水，開啟蠕動泵，調(diào)節(jié)四通閥、三通閥至清洗模式，進(jìn)行樣品清洗管道，清洗水流入廢水收集瓶中； 53、清洗完成后，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)四通閥至采樣模式，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)至相應(yīng)時間點對應(yīng)的取樣瓶中，重新開啟蠕動泵，進(jìn)行采樣； 55、采樣完成后，調(diào)節(jié)四通閥、三通閥至排空模式，排空管道中剩余的樣品至廢水收集瓶中； 56、取樣結(jié)束后調(diào)節(jié)四通閥、三通閥至清洗模式，用清洗水進(jìn)行管道清洗； 57、在取樣間隔計時結(jié)束后，自動進(jìn)入步驟S2，開始執(zhí)行下一個取樣循環(huán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的取樣方法，其特征在于，步驟SI中，設(shè)定的取樣參數(shù)包括起止時間、間隔時間以及取樣量。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的取樣方法，其特征在于，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(yōu)先權(quán)日:2013年11月7日
【發(fā)明者】于廣平, 張廣會, 童彥齊, 楊磊, 吉世明, 劉峰 申請人:廣州中國科學(xué)院沈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(xué)院沈陽自動化研究所