水利水电工程施工生产废水多功能检测装置及检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种水利水电工程施工生产废水多功能检测装置及检测方法，包括试样采集装置、试样处理系统、信号采集处理装置；所述试样采集装置包括采样筒、连接伸缩杆、握杆、上下联动阀门、电机，用于采集水利水电工程施工生产废水试样；所述试样处理系统包括悬浮物过滤筛分干燥系统和浮油分离称量系统，用于检测试样中悬浮颗粒的含量和浮油的含量；信号采集处理装置包括空气温度感应器、水浴加热器内液体温度感应器以及计算机。本发明装置具有结构简单、生产和使用成本低、易操作及便于携带等优点，能够迅速准确地分析水利水电工程施工生产废水的污染物质及其所含的量，为指导水利水电工程施工生产废水处理工程工艺设计提供必要的基础资料。
【专利说明】水利水电工程施工生产废水多功能检测装置及检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种水利水电工程施工生产废水多功能检测装置及检测方法，属于水 利水电工程施工产生的废水污染物种类及其对应含量测量【技术领域】
【背景技术】
[0002] 水利水电工程施工主要分为施工准备阶段、主体工程施工期、运行期三个阶段。施 工期的水污染源主要为生产废水和生活污水两大部分。生产废水主要来源于砂石料加工废 水、混凝土拌和系统冲洗废水，机车修理系统的含油污水和基坑排水；污染物是悬浮物、油 类和碱性物质，其中以含悬浮物废水最多，油类和碱性废水较少；废水均为间歇式排放。施 工期废水对受纳水体最严重的影响在于其输入了大量的颗粒固体物质，而这些固体负荷将 对受纳水体产生多方面的影响：（1)水体中固体浓度过大，会改变植物、无脊椎动物、脊椎 动物的结构和生长。根据Karr和Schlosser的研究，SS浓度超过20000mg/l就会造成成 龄鱼死亡，从而直接对水生生物造成影响；（2)固体浓度过高会降低水的透明度，并导致受 纳水体浊度的波动变化；（3)固体物质大量沉积于河底，会改变原有底栖生物的生境，并引 发许多与河床底泥有关的问题。（4)另外，由于固体物质的沉积使得附着于其上的有毒物质 如重金属、有毒有机物等在底泥中累积，从而对水体造成长期的、潜在的影响。可见固体物 质的大量排入对水体造成的污染是重大的，而且有些还伴随着有毒物质的污染，这种污染 是长期的、潜在的污染。而含油废水，排入地表后不仅恶化水质，危害水资源、影响农作物生 长、污染大气、危害人体健康而且还会影响受纳水体的美学价值。
[0003] 目前水利水电工程施工高浓度悬浮物废水处理已出现运行稳定可靠，经济适用， 工艺路线短，占地面积小的处理工艺和设备，如DH高效旋流污水净化器和橡胶真空带式过 滤机联合处理的工艺等。这些运行稳定可靠，经济适用，工艺路线短，占地面积小的处理工 艺和设备在处理水利水电工程施工高浓度悬浮物废水时，普遍采用了加入絮凝剂进行絮凝 沉淀或者采用了加入絮凝剂进行絮凝沉淀后再进行其他物理的处理加快沉降分离。
[0004] 现阶段，对含悬浮物废水的实验方法一般采用GB11901-89提供的重量法，虽然 该重量法的测量精度相当高，但其操作复杂、操作流程耗时相对较长以及野外工地适应性 较弱或者不能正常进行实验，因此不适合在高浓度悬浮物废水净化工程中大范围的推广使 用；而对水中含油量测量方法：（1)重量法：不受油品种类限制，但操作复杂，灵敏度低，测 定结果难于比较，难以区分油类物质与非油类的有机物质；（2)紫外分光光度法：操作简 单，精密度好，灵敏度高，但标准油的取得比较困难，数据可比性差；⑶非分散红外法：测 定结果的可比性较好，但测定矿物油时，需要消除其它非烃类有机物的干扰；(4)荧光法是 最为灵敏的测油方法，测定对象是矿物油类，但当油品组分中芳烃数目不同时，所产生的荧 光强度差别很大。这些方法无法在水利水电工程施工条件下对施工产生的废水含油量和悬 浮物含量情况进行快速准确的测量。
【发明内容】
[0005] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种水利水电工程施工 生产废水多功能检测装置及检测方法，对施工产生的废水含油量和悬浮物含量情况进行快 速准确的测量。
[0006] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明的水利水电工程施工生产废水多功能检 测装置，包括两个试样采集装置、试样处理系统、信号采集处理系统；
[0007] 所述试样采集装置包含采样筒、连接伸缩杆、握杆、上联动阀门、下联动阀门、电机 和深度探测显示仪，采样筒内设有上联动阀门和下联动阀门，上联动阀门的外圈设有齿轮， 电机与传动轴连接，传动轴上设有与上联动阀门啮合的齿轮，上联动阀门与下联动阀门通 过联动杆连接，采样筒外侧壁上设有深度探测显示仪；
[0008] 所述试样处理系统包含浮物过滤筛分干燥系统和浮油分离称量系统，所述浮物过 滤筛分干燥系统包含第一水油分离器、干燥室、位于干燥室内的筛分装置、位于干燥室内的 多级筛分过滤筛和空气加热交换机，第一水油分离器包含第一入口、第一出口和第二出口， 第一水油分离器设有第一总阀门，第一出口和第二出口上设有第一分阀门和第二分阀门， 第一水油分离器第一入口与第一个采样筒连接，第一出口与多级筛分过滤筛的顶部连接， 多级筛分过滤筛与筛分装置连接，筛分装置位于环形电子称上，环形电子称位于底座上，空 气加热交换机与干燥室连通；
[0009] 所述浮油分离称量系统包含第二水油分离器、水浴加热装置、冷凝系统及萃取剂 收集器，所述第二水油分离器包含第二入口、第三出口和第四出口，第二水油分离器设有第 二总阀门，第三出口和第四出口上设有第三分阀门和第四分阀门，所述第二入口与第二个 采样筒连接，第四出口与水浴加热装置连接，水浴加热装置顶部通过导管与萃取剂收集器 连接，导管上安装有冷凝系统；
[0010] 所述信号采集处理系统包含位于干燥室内的空气温度感应器、水浴加热装置内的 液体温度感应器以及计算机，空气温度感应器和液体温度感应器均与计算机相连接，计算 机与空气加热交换机和环形电子称连接。
[0011] 作为优选，所述水浴加热装置包含水浴加热器、位于水浴加热器内的水浴加热瓶， 水浴加热器底部设有可控式加热器，水浴加热器内加入2/3深度的水，且水面将水浴加热 瓶的下部球状体淹没2/3,水浴加热瓶在颈部被固定栓与支架固定在一起，支架位于测试台 上。
[0012] 作为优选，所述冷凝系统包含微型真空泵、贮水箱、进水导管、出水导管与冷凝管， 所述冷凝管套在导管上，冷凝管的上端通过出水导管与贮水箱连接，冷凝管的下端通过进 水导管与微型真空泵连接，微型真空泵与贮水箱连接，通过微型真空泵将贮水箱里的水送 入冷凝管中，经过出水导管回流到贮水箱中构成水循环。
[0013] 作为优选,所述多级筛分过滤筛包括100 y m过滤筛、50 ii m过滤筛、20 ii m过滤筛、 10 U m过滤筛、I u m过滤筛，100 u m过滤筛、50 u m过滤筛、20 u m过滤筛、10 u m过滤筛和 I U m过滤筛依次从上到下依次位于干燥室内。
[0014] 作为优选，所述100 u m过滤筛、50 u m过滤筛、20 u m过滤筛、10 u m过滤筛、I u m 过滤筛的上半部分侧壁为镂空透气孔外壁，底部设有微孔，每个过滤筛内部放置对应的滤 纸，滤纸形状与过滤筛内部形状吻合。
[0015] 作为优选，所述采样筒为圆筒状，工作时全部没入水中，在连接伸缩杆的伸缩配合 下可在不同深度采集废水水样，所述连接伸缩杆为轻质刚性杆。
[0016] 作为优选，所述第一水油分离器和第二水油分离器均为圆底烧瓶形结构，第一水 油分离器和第二水油分离器的上部为圆管状，中间一段为变窄段，窄段上部为宽口段，宽口 段与所述试样采集装置的下端密闭衔接。
[0017] 一种水利水电工程施工生产废水多功能检测装置的检测方法，包括以下步骤：
[0018] (1)安装实验装置时称取萃取剂收集器及其自带瓶塞重量记为Hl1，称取试样采集 装置重量记为Hl 2，按图安装实验装置后从第一水油分离器和第二水油分离器的上部开口处 分别加入工业上CCl4试剂20ml，通过电机开启试样采集装置的上联动阀门和下联动阀门， 将采样筒垂直放入待测水体中并完全淹没采样筒后，仍通过电机关闭上联动阀门和下联动 阀门取出满筒采样筒的水样为100ml，称取试样采集装置及其满筒水样质量记为m 3，分别称 取100 U m过滤筛、50 u m过滤筛、20 u m过滤筛、10 u m过滤筛、I u m过滤筛对应的滤纸重量 分别记为 m6、m7、m8、m9、m10 ;
[0019] (2)将采样筒保持上联动阀门和下联动阀门关闭状态，将采样筒安放于第一水油 分离器和第二水油分离器顶部，保持第一水油分离器和第二水油分离器的第一总阀门和第 二总阀门关闭，再通过电机开启试样采集装置的上联动阀门和下联动阀门，采样筒内试样 则在重力作用下通过较细管形成较高流速的柱状水流自流进入第一水油分离器和第二水 油分离器，并与之前已放入的CCl 4试剂自动混合，静置后CCl4试剂与萃取后的待测试样自 动分离；
[0020] (3)待CCl4试剂与萃取后的待测试样自动分离后，关闭第一水油分离器上的倒 "Y"形管支管第二分阀门、开启第一水油分离器上的倒"Y"形管另一支管处第一分阀门后， 再开启第一水油分离器上的倒"Y"形管主管上第一总阀门，并用废液收集容器收集第一分 阀门放出的CCl 4石油混合溶剂；
[0021] (4)待CCl4石油混合溶剂排放净时关闭倒"Y"形管另一支管处第一分阀门，开 启倒"Y"形管支管第二分阀门，此时萃取后的待测试样中大部分水在重力作用下逐层经过 过滤筛直到底端被排除，留下试样中的悬浮物和小部分水根据级配留在每个过滤筛的滤纸 上；在开启倒"Y"形管支管第一分阀门时开启计算机及其空气加热交换机，对干燥室进行 恒温103°C?105°C加热并按51/min速率交换干燥室内外空气，待环形电子称通过导线反 馈给计算机的质量在一分钟内相差±〇. Ig时，计算机停止加热指令通过导线传给空气加 热交换机，使其空气加热功能停止运行，空气交换功能继续工作，以降低干燥室内温度，直 至空气温度感应器反馈给计算机的温度为环境温度时，计算机给出指令让空气加热交换机 完全处于停止工作状态；
[0022] (5)待CCl4试剂与萃取后的待测试样自动分离后，开启第二水油分离器上的倒 "Y"形管支管处第三分阀门、关闭第二水油分离器上的倒"Y"形管支管第四分阀门后，再开 第二水油分离器上的倒"Y"形管主管上第二总阀门以及取掉夹在水浴加热瓶通气管上的止 气夹，萃取后的待测试样在重力作用下自动进入水浴加热瓶，水浴加热器内加入2/3深度 的水，且水面将水浴加热瓶的下部球状体淹没2/3,水浴加热瓶在颈部被固定栓与整个装置 固定在一起；
[0023] (6)在开启第二水油分离器上的倒"Y"形管主管上第二总阀门的时候已经向水浴 加热器内加入2/3深度的水并让可控式加热器对水浴加热器内的水进行加热，水浴加热器 内液体温度感应器实时将温度信号传入计算机，计算机通过控制加热器保持水浴加热器内 水温在 76. 8 ±0.2 °C ;
[0024] (7)在开启第二水油分离器上的倒"Y"形管主管上第二总阀门的时候向贮水箱
[24] 内加入贮水箱深度2/3的水，并开启微型真空泵，使贮水箱内的水通过冷凝管进水导 管进入冷凝管，通过冷凝管出水导管回到贮水箱；
[0025] (8)待冷凝管末端在2min内并未滴出分馏出的CCl4可认为此时已经分馏完成，量 取分馏完成后萃取剂收集器、自带瓶塞及其分馏完成后收集器内萃取剂总重量记为m 4 ;打 开收集器上的倒"Y"形管支管第四阀门，接取除油后的试样，并称取质量记为m5 ;
[0026] (9)待计算机给出指令让空气加热交换机完全处于停止工作状态后，小心取出 100 Um过滤筛（14)、50 um过滤筛（15)、20 um过滤筛（16) UOum过滤筛（17)、Iiim过滤 筛对应的滤纸分别对应的滤纸连同滤纸上的残留物并一一称重，分别对应记为mn、m 12、m13、 m14、m15 ;
[0027] (10)按照以上（I) (2) (3)⑷（5) (6) (7)⑶（9)步骤，进行后按照下面的公式计算 污染物中油类含量、悬浮物含量情况以及对应的级配分布：
【权利要求】
1. 水利水电工程施工生产废水多功能检测装置，其特征在于：包括两个试样采集装 置、试样处理系统、信号采集处理系统； 所述试样采集装置包含采样筒、连接伸缩杆、握杆、上联动阀门、下联动阀门、电机和深 度探测显示仪，采样筒内设有上联动阀门和下联动阀门，上联动阀门的外圈设有齿轮，电机 与传动轴连接，传动轴上设有与上联动阀门啮合的齿轮，上联动阀门与下联动阀门通过联 动杆连接，采样筒通过连接伸缩杆与握杆连接，采样筒外侧壁上设有深度探测显示仪； 所述试样处理系统包含浮物过滤筛分干燥系统和浮油分离称量系统，所述浮物过滤筛 分干燥系统包含第一水油分离器、干燥室、位于干燥室内的筛分装置、位于干燥室内的多级 筛分过滤筛和空气加热交换机，第一水油分离器包含第一入口、第一出口和第二出口，第一 水油分离器设有第一总阀门，第一出口和第二出口上设有第一分阀门和第二分阀门，第一 水油分离器第一入口与第一个采样筒连接，第一出口与多级筛分过滤筛的顶部连接，多级 筛分过滤筛与筛分装置连接，筛分装置位于环形电子称上，环形电子称位于底座上，空气加 热交换机与干燥室连通； 所述浮油分离称量系统包含第二水油分离器、水浴加热装置、冷凝系统及萃取剂收集 器，所述第二水油分离器包含第二入口、第三出口和第四出口，第二水油分离器设有第二总 阀门，第三出口和第四出口上设有第三分阀门和第四分阀门，所述第二入口与第二个采样 筒连接，第四出口与水浴加热装置连接，水浴加热装置顶部通过导管与萃取剂收集器连接， 导管上安装有冷凝系统； 所述信号采集处理系统包含位于干燥室内的空气温度感应器、水浴加热装置内的液体 温度感应器以及计算机，空气温度感应器和液体温度感应器均与计算机相连接，计算机与 空气加热交换机和环形电子称连接。
2. 根据权利要求1所述的水利水电工程施工生产废水多功能检测装置，其特征在于： 所述水浴加热装置包含水浴加热器、位于水浴加热器内的水浴加热瓶，水浴加热器底部设 有可控式加热器，水浴加热器内加入2/3深度的水，且水面将水浴加热瓶的下部球状体淹 没2/3,水浴加热瓶在颈部被固定栓与支架固定在一起，支架位于测试台上。
3. 根据权利要求1所述的水利水电工程施工生产废水多功能检测装置，其特征在于： 所述冷凝系统包含微型真空泵、贮水箱、进水导管、出水导管与冷凝管，所述冷凝管套在导 管上，冷凝管的上端通过出水导管与贮水箱连接，冷凝管的下端通过进水导管与微型真空 泵连接，微型真空泵与贮水箱连接，通过微型真空泵将贮水箱里的水送入冷凝管中，经过出 水导管回流到贮水箱中构成水循环。
4. 根据权利要求1所述的水利水电工程施工生产废水多功能检测装置，其特征在于： 所述多级筛分过滤筛包括100 μ m过滤筛、50 μ m过滤筛、20 μ m过滤筛、10 μ m过滤筛、1 μ m 过滤筛，100 μ m过滤筛、50 μ m过滤筛、20 μ m过滤筛、10 μ m过滤筛和1 μ m过滤筛依次从上 到下依次位于干燥室内。
5. 根据权利要求4所述的水利水电工程施工生产废水多功能检测装置，其特征在于： 所述100 μ m过滤筛、50 μ m过滤筛、20 μ m过滤筛、10 μ m过滤筛、1 μ m过滤筛的上半部分侧 壁为镂空透气孔外壁，底部设有微孔，每个过滤筛内部放置对应的滤纸，滤纸形状与过滤筛 内部形状吻合。
6. 根据权利要求1所述的水利水电工程施工生产废水多功能检测装置，其特征在于： 所述采样筒为圆筒状，工作时全部没入水中，在连接伸缩杆的伸缩配合下可在不同深度采 集废水水样，所述连接伸缩杆为轻质刚性杆。
7. 根据权利要求1所述的水利水电工程施工生产废水多功能检测装置，其特征在于： 所述第一水油分离器和第二水油分离器均为圆底烧瓶形结构，第一水油分离器和第二水油 分离器的上部为圆管状，中间一段为变窄段，窄段上部为宽口段，宽口段与所述试样采集装 置的下端密闭衔接。
8. -种水利水电工程施工生产废水多功能检测装置的检测方法，其特征在于，包括以 下步骤： (1) 安装实验装置时称取萃取剂收集器及其自带瓶塞重量记为Hl1，称取试样采集装置 重量记为Hl2，按图安装实验装置后从第一水油分离器和第二水油分离器的上部开口处分别 加入工业上CCl 4试剂20ml，通过电机开启试样采集装置的上联动阀门和下联动阀门，将采 样筒垂直放入待测水体中并完全淹没采样筒后，仍通过电机关闭上联动阀门和下联动阀门 取出满筒采样筒的水样为100ml，称取试样采集装置及其满筒水样质量记为m 3，分别称取 100 μ m过滤筛、50 μ m过滤筛、20 μ m过滤筛、10 μ m过滤筛、1 μ m过滤筛对应的滤纸重量分 另1J记为 m6、m7、m8、m9、m10 ; (2) 将采样筒保持上联动阀门和下联动阀门关闭状态，将采样筒安放于第一水油分离 器和第二水油分离器顶部，保持第一水油分离器和第二水油分离器的第一总阀门和第二总 阀门关闭，再通过电机开启试样采集装置的上联动阀门和下联动阀门，采样筒内试样则在 重力作用下通过较细管形成较高流速的柱状水流自流进入第一水油分离器和第二水油分 离器，并与之前已放入的CCl 4试剂自动混合，静置后CCl4试剂与萃取后的待测试样自动分 离； (3) 待CCl4试剂与萃取后的待测试样自动分离后，关闭第一水油分离器上的倒"Y"形 管支管第二分阀门、开启第一水油分离器上的倒"Y"形管另一支管处第一分阀门后，再开启 第一水油分离器上的倒"Y"形管主管上第一总阀门，并用废液收集容器收集第一分阀门放 出的CCl 4石油混合溶剂； (4) 待CCl4石油混合溶剂排放净时关闭倒"Y"形管另一支管处第一分阀门，开启倒 "Y"形管支管第二分阀门，此时萃取后的待测试样中大部分水在重力作用下逐层经过过滤 筛直到底端被排除，留下试样中的悬浮物和小部分水根据级配留在每个过滤筛的滤纸上； 在开启倒"Y"形管支管第一分阀门时开启计算机及其空气加热交换机，对干燥室进行恒温 103°C?105°C加热并按5L/min速率交换干燥室内外空气，待环形电子称通过导线反馈给 计算机的质量在一分钟内相差±0. Ig时，计算机停止加热指令通过导线传给空气加热交 换机，使其空气加热功能停止运行，空气交换功能继续工作，以降低干燥室内温度，直至空 气温度感应器反馈给计算机的温度为环境温度时，计算机给出指令让空气加热交换机完全 处于停止工作状态； (5) 待CCl4试剂与萃取后的待测试样自动分离后，开启第二水油分离器上的倒"Y"形 管支管处第三分阀门、关闭第二水油分离器上的倒"Y"形管支管第四分阀门后，再开第二水 油分离器上的倒"Y"形管主管上第二总阀门以及取掉夹在水浴加热瓶通气管上的止气夹， 萃取后的待测试样在重力作用下自动进入水浴加热瓶，水浴加热器内加入2/3深度的水， 且水面将水浴加热瓶的下部球状体淹没2/3,水浴加热瓶在颈部被固定栓与整个装置固定 在一起； (6) 在开启第二水油分离器上的倒"Y"形管主管上第二总阀门的时候已经向水浴加热 器内加入2/3深度的水并让可控式加热器对水浴加热器内的水进行加热，水浴加热器内液 体温度感应器实时将温度信号传入计算机，计算机通过控制加热器保持水浴加热器内水温 在 76. 8±0· 2°C ; (7) 在开启第二水油分离器上的倒"Y"形管主管上第二总阀门的时候向贮水箱（24)内 加入贮水箱深度2/3的水，并开启微型真空泵，使贮水箱内的水通过冷凝管进水导管进入 冷凝管，通过冷凝管出水导管回到贮水箱； (8) 待冷凝管末端在2min内并未滴出分馏出的CCl4可认为此时已经分馏完成，量取分 馏完成后萃取剂收集器、自带瓶塞及其分馏完成后收集器内萃取剂总重量记为m 4 ;打开收 集器上的倒"Y"形管支管第四阀门，接取除油后的试样，并称取质量记为m5 ; (9) 待计算机给出指令让空气加热交换机完全处于停止工作状态后，小心取出IOOym 过滤筛（14)、50 μ m过滤筛（15)、20 μ m过滤筛（16)、10 μ m过滤筛（17)、1 μ m过滤筛对应的 滤纸分别对应的滤纸连同滤纸上的残留物并--称重，分别对应记为mn、m12、m13、m 14、m15 ; (10) 按照以上（1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)步骤，进行后按照下面的公式计算污染 物中油类含量、悬浮物含量情况以及对应的级配分布： 悬浮物含量
悬浮物含量对应的级配分布： 100. m以上悬浮物比率
其中叫、m2、m3、m4、m5、m6、m 7、m8、m9、m1C)、mn、m 12、m13、m14、m15 均均为以上所述质。
【文档编号】G01N5/02GK104374665SQ201410643185
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】戴会超, 阳振华, 毛劲乔, 戴凌全, 张鸿清, 张培培 申请人:河海大学