基于传感技术的水质COD在线监测系统研究

发布时间：2020-04-19 01:46

【摘要】：化学需氧量(COD,Chemical Oxygen Demand)是一种反应水质中有机物污染程度的特征指标,对水污染的综合评价具有重要的参考价值。因此对COD的准确测量和有效监测的重要性不言而喻。本文在前人的研究基础上,通过实验室自主搭建的水质COD在线监测系统进行实验,利用臭氧协同紫外(UV/O_3)的高级氧化技术将水质进行氧化消解处理,通过传感器和软测量技术得到消解过程的相关变量估计出消耗的氧当量,从而得到COD。本文的主要工作内容和成果有下述三个方面。(1)在实验室自主开发的水质COD在线监测系统中进行了实验探究,实验结果表明COD计算模型对低浓度标准溶液的测量结果较理论值偏高,高浓度标准溶液的测定结果则较理论值偏低。对造成测定结果误差的因素进行了分析,发现COD计算模型忽略了消解过程中相关气体量的溶解对检测结果造成的影响。因此通过化学测量和理论估算的方法得到了消解完成后水样中的溶解氧量和溶解二氧化碳量,并利用支持向量机建立了气体溶解量估计模型,对COD计算模型进行了修正和补偿,改进后的测定结果和理论值基本一致,与国标法的一致性也较好,平均相对误差均小于5%,检测精度得到明显提高。(2)在改进水质COD在线监测系统的检测精度基础上,对系统的检测效率进行了进一步的研究。该在线监测系统的检测效率与水样的消解时间密切相关,因此如何在线掌握水样中有机物的消解特征、确定消解是否完成是一个十分重要的环节。通过研究标准溶液在消解过程中产生的二氧化碳浓度与消解率的变化关系确定了水样的合适消解时间。在此基础上通过研究不同浓度下消解难易程度不同的葡萄糖,邻苯二甲酸氢钾和苯酚标准溶液的消解率与二氧化碳生成规律间的关系,确定了消解终止的条件,有助于系统自动判定并控制不同水样的消解时间,从而提高系统的检测效率并节约能耗。(3)在以上的研究分析基础上,针对原有水质COD在线监测系统的不足之处,对水质COD在线监测装置进行了重新优化设计和布局,并搭建了一套新的水质COD在线监测装置。新装置主要升级了一些关键传感器并改进了其它硬件设备,进一步对水质COD在线监测系统的检测流程进行了优化和精简,能够通过工业触控一体机实现水质COD在线监测。
【图文】：

江南大学硕士学位论文通过各模拟量的 A/D 转换关系便能够将传感器采集得到的模拟信号转换为数字信号。在 PLC 中转换时，先利用 MOV 指令将线性关系中的两个点存储到某一地址中，在通过 SCL 指令将传感器采集到的模拟信号数据根据该地址存放的两点线性关系信息进行 A/D 转换便能得到所需要的数字信号。利用上位机中的LabVIEW程序能够方便的获取PLC中A/D转换后的二氧化碳浓度传感器、臭氧浓度传感器和压力传感器的数据信息。而且流量传感器和温度传感器检测得到的数据信息也能直接利用 RS-232 接口和上位机中的 LabVIEW 程序进行数据的获取。LabVIEW 程序中的 VISA 串口模块具有非常的简单实用的功能，通过设置 VISA 串口通信模块中的端口数、波特率、数据比特、奇偶校验位、控制位等参数便能够方便的与 PLC 及各个传感器进行通信连接和数据传送，其串口通信配制程序如图 2-6 所示，该程序中的各参数为气体流量传感器的通信参数。利用 LabVIEW 程序只需要使用“VISA写入”、“VISA 读取”和“VISA 关闭”这三个函数便能够通过串口向 PLC 和各个传感器发送相关指令来设置或者获取其中所需要的数据信息。

图 2-7 水质 COD 数据采集程序借助于 MySQL 数据库，上位机能够方便的将消解过程中各个传感器采集到的各种信息实时的进行存储和更新，在消解完成后再将所需要的数据导出便可以进行水质COD的相关分析和计算。2.3 水质 COD 检测方法和计算模型2.3.1 臭氧协同紫外的高级氧化技术为了实现水样消解过程的绿色无污染，装置选择并使用了臭氧协同紫外(UV/O3)的高级氧化技术对水样溶液进行氧化消解。臭氧协同紫外的高级氧化技术利用波长低于310nm 的紫外光对臭氧进行催化辐射，臭氧便会分解并生成游离氧自由基( O)，游离氧自由基再迅速与水反应生成羟基自由基( OH)，，羟基自由基最后对水样中的有机物质进行氧化消解，其主要反应过程如式(2.1)和式(2.2)所示[74]。臭氧协同紫外的氧化技术无需添加额外的化学试剂，是一种十分绿色环保的氧化消解手段。( 310 )3 2 UV nmO O O (2.1)2 O H O 2OH(2.2)
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212;X832

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本文编号：2632787