在线连续自动过滤器的研制及其在水体监测中的应用

发布时间：2020-05-01 18:12

【摘要】：随着工业化进程的加快,我国水体普遍受到不同程度的污染,湖泊、水库的富营养化现象尤其突出。因此,监测水体营养盐和叶绿素浓度变化,对保护水环境健康具有重要意义。常规监测方法耗时长,无法及时掌握水体水质状况。营养盐和叶绿素的自动分析仪及原位测定仪作为一种新型的分析仪器,可实现水体的在线监测。然而,在线营养盐分析仪应用于我国浊度较高的水体时,须配置可提供连续过滤水样的过滤器。而现有的手工过滤器不能连续自动过滤水样,已报道的自动更换滤头(滤膜)的过滤器,尚在实验室测试阶段,未应用于现场。针对现有过滤手段存在的不足,本研究研制了一种新型在线连续自动过滤器,在实验室优化了其工作参数,并与营养盐分析仪联用,应用于九龙江河口及水库中营养盐的走航和定点长时间观测;研制了叶绿素在线过滤-洗脱系统,并与叶绿素分析仪联用,构成叶绿素在线过滤-洗脱-测定系统,应用于水体中叶绿素含量的连续测定。主要研究内容和结果如下:(1)设计在线连续自动过滤器,选择、制作过滤器的各部件,考察其性能,组装成在线连续自动过滤器。该过滤器具有如下特点:1)结构紧凑,加工工艺简单,制作成本低。2)过滤效果好,运行稳定。3)可与营养盐分析仪联用,应用于现场水体的在线连续监测。(2)将在线连续自动过滤器与浊度/营养盐分析仪联用,应用于福建九龙江河口的走航监测及厦门大学翔安校区芙蓉湖、九龙江江东水库的定点长时间观测,同时在线测定过滤后水样的浊度及营养盐浓度。结果表明:九龙江河口走航监测过程中,原水浊度变化范围大,为18-224 NTU,经过滤器过滤后浊度均降至1NTU左右。从芙蓉湖及江东库区定点长时间观测过程中得知,芙蓉湖原水浊度约为130 NTU,江东库区江水浊度约为15 NTU;两类水体浊度差异虽大,但由过滤器过滤后浊度均可降至1NTU左右。现场实验表明,过滤器对不同浊度的水样均有良好的过滤效果,性能稳定;与营养盐分析仪联用的测定结果正常。(3)在自动过滤器的基础上,拓展研发了叶绿素在线过滤-洗脱-测定系统,可快速连续测定水体中叶绿素含量。实验结果表明,该套系统可快速洗脱滤膜上的叶绿素,对叶绿素的洗脱率为40%-60%,平均值为48%,据此设定0.5为校正因子。可依据系统测定的叶绿素浓度及校正因子,进行水体中叶绿素的半定量乃至基本定量分析,从而实时掌握水体中浮游植物生物量,为评价水体富营养化程度提供数据支持。
【图文】：

电磁铁,盖板,滤膜,有机玻璃

现场水样的连续过滤和在线监测。逡逑２．２基于电磁铁控制盖板的过滤器逡逑所设计的用电磁铁控制盖板的在线连续自动过滤器，结构如图２－１所示。逡逑系统主要由四个部分构成，分别是过滤装置、卷膜装置、控制装置和水样输送逡逑装置。过滤装置包括上、下有机玻璃盖板、硅胶垫片、电磁铁和滤膜带（卷在逡逑从动轴上），硅胶垫片粘于上、下有机玻璃盖板表面用于密封，滤膜带夹在逡逑上、下有机玻璃盖板的硅胶垫片之间。电磁铁断电时，上、下有机玻璃盖板闭逡逑合，装置开始过滤水样。卷膜装置由主动轴、从动轴和步进电机构成，从动轴逡逑用于固定滤膜带的一端并事先卷着干净的滤膜，主动轴用于固定滤膜带另一端逡逑并卷起玷污的滤膜。控制装置利用单片机控制电磁铁、蠕动泵和步进电机三者逡逑的协调运行，其功能由ｃ语言程序实现。主动轴和步进电机连接，在控制装置逡逑的控制下，电机转动带动主动轴旋转，从而带动从动轴旋转，实现滤膜段的受逡逑控更新。水样输送装置由蠕动泵及进、出水管构成

盖板,有机玻璃,电磁铁,自动过滤器

逡逑图２－１电磁铁控制盖板的自动过滤器结构示意图逡逑（１，电磁铁；２，电磁铁吸合盘；３，弹簧；４，上有机玻璃盖板；５，进水逡逑口；邋６，硅胶垫片；７，滤膜带；８，下有机玻璃盖板；９，出水口；邋１０，主动逡逑轴；１１，从动轴；１２，步进电机；１３，蠕动泵；１４，单片机）逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ａｕｔｏｍａｔｉｃ邋ｆｉｌｔｅｒ邋ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ邋ｗｉｔｈ邋ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔ逡逑（１，邋ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔ；邋２，邋ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔ邋ｓｕｃｔｉｏｎ邋ｄｉｓｃ；邋３，，邋ｓｐｒｉｎｇ；邋４，邋ｕｐｐｅｒ邋ｃｏｖｅｒ；邋５，逡逑ｏｒｉｇｉｎａｌ邋ｗａｔｅｒ邋ｉｎｌｅｔ；邋６，邋ｓｉｌｉｃｏｎｅ邋ｒｕｂｂｅｒ邋ｇａｓｋｅｔ；邋７，邋ｍｅｍｂｒａｎｅ邋ｔａｐｅ；邋８，邋ｌｏｗｅｒ邋ｃｏｖｅｒ；逡逑９，邋ｆｉｌｔｅｒｅｄ邋ｗａｔｅｒ邋ｏｕｔｌｅｔ；邋１０，邋ｄｒｉｖｉｎｇ邋ｓｈａｆｔ；邋１１，邋ｄｒｉｖｅｎ邋ｓｈａｆｔ；邋１２，邋ｓｔｅｐｐｅｒ邋ｍｏｔｏｒ；邋１３，逡逑ｐｅｒｉｓｔａｌｔｉｃ邋ｐｕｍｐ；邋１４，邋ｍｉｃｒｏ邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｕｎｉｔ）逡逑过滤器的运行步骤如下：进水管置入原水中
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X832

【参考文献】