实时无污染多参数水环境监测技术及仪器研究
发布时间：2021-07-14 05:54
水是人类的生命之源,是一种宝贵的自然资源,在工业生产、农业灌溉和日常生活中都离不开水。在水污染日益严重的现实情况下,水环境监测变得越来越重要。在未来水环境监测趋于普遍化、广泛化、物联化后,对于水环境监测设备的需求将呈指数化增长,实时无污染的水环境监测设备将受到越来越多的关注。本论文以实时无污染水环境监测为目标,研制了基于电化学技术与紫外可见吸收光谱技术的两套水环境监测仪器,实现了水体温度、pH、氨氮、流速、化学需氧量（COD）、浊度和颜色的实时无污染测量。主要的研究内容与成果包括如下几个方面:（1）提出采用双铂片计时电势法进行pH测量,研究双铂片计时电势法测量pH的内部机理,实验证明双铂片计时电势法测量pH具有很好的pH响应曲线和优良的选择性,并且双铂片计时电势pH测量方法比传统玻璃pH电极具有更长的使用寿命和更好的长期稳定性。相关论文发表在“Sensors and Actuator sB-Chemical”期刊。（2）首次提出采用氧化钨电极进行液体流速测量,研究了基于氧化钨电极测量流速的内部机理---流动电势,实验证明测量氧化钨电极的开路电压配合pH和温度的补偿可以实现低于0.4mm...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１水环境监测物联体系??在未来水质监测趋于普遍化、广泛化、物联化后，对于水质监测设备的需求将呈指数??
电化学技术与多光谱技术的两套水环境监测仪器，实现了水体温度、ｐＨ、氨氮、流速、化??学需氧量（ＣＯＤ?）、浊度和颜色的实时无污染测量。??图１．２中呈现了实现多参数水环境监测的仪器示意图，图中上半部分为基于电化学技??术的监测仪器，设计了基于双铂片计时电势法的ｐＨ传感器和基于ＰＴ１０００热敏电阻的温??度传感器。利用氨离子选择性电极测量得到氨离子浓度，再融合ｐＨ传感器得到的ｐＨ值??与温度传感器得到的温度值计算得到氨氮浓度，从而构成氨氮传感器。利用氧化钨电极的??流动电势及ｐＨ与温度的补偿构成流速传感器。各个测量参数之间并不是完全独立的，在??基于氨离子选择性电极测量氨氮和基于氧化钨电极测量流速的部分均需要使用水产温度??和ｐＨ这两个理化指标，从而构成了能实现温度、ｐＨ、氨氮和流速的实时无污染多％数监??测仪器。??图中下半部分为基于紫外可见吸收光谱的多参数水环境监测仪器，利用紫外可见波段??的吸光度数据可同时测量水体的ＣＯＤ、浊度和颜色。不同波段的吸光度数据能反映不同??的水环境参数，即利用一套测量仪器可以进行多个水环境参数的测量，从而构成了能实现??：－ａｔ??ＣＯＤ、浊度和颜色的实时无污染多参数监测仪器。??于?丨ｆ?一；?………?…
铂片表面的物质组成在溶液中呈相对稳定的状态。然而，当电流流经铂片时，铂片的??反应能查下降，电化学反应过程被迫发生。??双铂片计时电势法测量ｐＨ的装置示意图如图２．５所示，恒电流流经铂片后改变铂片的??电极电势，进而通过测量铂片与参比电极的电势差来反映溶液ｐＨ的变化。??ＭＣＵ?卜?？?ＰＣ?｜??个??恒?电??电?逐??／流＼?／采＼??ｚ激＼?／柒Ｉ??喷?——ｎ??Ａ?／＼??？?Ｉ?Ｉ??！?：：：?ｊ?＂７７７＾?Ｊ?：：：：?：：：：：：：??卫ｔ：二二二：ｐ：ｔ二：今渔：…??图２．５基于双铂片计时电势法测量ｐＨ的装置示意图??当电流流出铂片时，铂片表面的Ｐｔ被氧化成ＲＯ；当电流流入铂片时，铂片表面的ＰｔＯ??被还原成Ｐｔ。发生在铂片表面的电化学反应如公式（２－１?）与（２－２）所示：??ＰｔＯ?＋?２Ｈ＋＋?２ｅ＂?—＾?Ｐｔ?＋?Ｈ２０?（２－１?）??Ｐｔ?＋?２０Ｈ—?－?２ｅ－?—＾?ＰｔＯ?＋?Ｈ２０?（２－２）??所以，在恒定电流下的铂片稳态电势符合能斯特方程，当正向电流（＋１）流出铂片时，??电极电势如公式（２－３）所示；当负向电流（－１）流入铂片时，电极电势如公式（２４）所??示。??＝?￡０?Ｉｎ?－Ｖ?＝?Ｅ０－?２?３〇３?—?ｐＨ?（２－３）??＝?￡。—?５?＿（０『））＝￡。－?２?３０■?（ｐＨ?—１４）?（?２－４）??ｎＦ?ｒ??式中￡＋和Ｋ是测量电势，心是标准电极电势，及是气体常数ＵＪＭＪＩ＾ｍｏｒ１），ｒ是??绝对温度（Ｋ）
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国水污染现状及治理措施[J]. 曲鸣宇. 企业技术开发. 2016(13)
[2]藻源型湖泛发生过程水色变化规律[J]. 李佐琛,段洪涛,张玉超,邵世光,马荣华. 中国环境科学. 2015(02)
[3]环境监测中地表水监测现状及进展[J]. 李一安. 环境与生活. 2014(22)
[4]淡水养殖的水体颜色判断[J]. 唐黎标. 渔业致富指南. 2014(10)
[5]高效气相分子吸收法快速测定水中氨氮[J]. 周珂,刘燕燕,郑燕萍. 环境科学与技术. 2013(12)
[6]低浓度水质化学需氧量紫外吸光检测中浊度与pH影响分析[J]. 吴国庆,毕卫红,付广伟,李建国,纪红月. 光谱学与光谱分析. 2013(11)
[7]浊度测量原理的探讨[J]. 康亚,龚丽萍. 电子测试. 2013(08)
[8]国家水污染防治“十二五”战略与政策框架[J]. 马乐宽,王金南,王东. 中国环境科学. 2013(02)
[9]散射式水下浊度测量方法的研究[J]. 王丽. 国外电子测量技术. 2012(09)
[10]改进测定水中氨氮分子吸收光谱法的试验研究[J]. 周珂,贺静,刘燕燕,周慧芬. 环境科学与技术. 2012(03)
本文编号：3283552
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１水环境监测物联体系??在未来水质监测趋于普遍化、广泛化、物联化后，对于水质监测设备的需求将呈指数??
电化学技术与多光谱技术的两套水环境监测仪器，实现了水体温度、ｐＨ、氨氮、流速、化??学需氧量（ＣＯＤ?）、浊度和颜色的实时无污染测量。??图１．２中呈现了实现多参数水环境监测的仪器示意图，图中上半部分为基于电化学技??术的监测仪器，设计了基于双铂片计时电势法的ｐＨ传感器和基于ＰＴ１０００热敏电阻的温??度传感器。利用氨离子选择性电极测量得到氨离子浓度，再融合ｐＨ传感器得到的ｐＨ值??与温度传感器得到的温度值计算得到氨氮浓度，从而构成氨氮传感器。利用氧化钨电极的??流动电势及ｐＨ与温度的补偿构成流速传感器。各个测量参数之间并不是完全独立的，在??基于氨离子选择性电极测量氨氮和基于氧化钨电极测量流速的部分均需要使用水产温度??和ｐＨ这两个理化指标，从而构成了能实现温度、ｐＨ、氨氮和流速的实时无污染多％数监??测仪器。??图中下半部分为基于紫外可见吸收光谱的多参数水环境监测仪器，利用紫外可见波段??的吸光度数据可同时测量水体的ＣＯＤ、浊度和颜色。不同波段的吸光度数据能反映不同??的水环境参数，即利用一套测量仪器可以进行多个水环境参数的测量，从而构成了能实现??：－ａｔ??ＣＯＤ、浊度和颜色的实时无污染多参数监测仪器。??于?丨ｆ?一；?………?…
铂片表面的物质组成在溶液中呈相对稳定的状态。然而，当电流流经铂片时，铂片的??反应能查下降，电化学反应过程被迫发生。??双铂片计时电势法测量ｐＨ的装置示意图如图２．５所示，恒电流流经铂片后改变铂片的??电极电势，进而通过测量铂片与参比电极的电势差来反映溶液ｐＨ的变化。??ＭＣＵ?卜?？?ＰＣ?｜??个??恒?电??电?逐??／流＼?／采＼??ｚ激＼?／柒Ｉ??喷?——ｎ??Ａ?／＼??？?Ｉ?Ｉ??！?：：：?ｊ?＂７７７＾?Ｊ?：：：：?：：：：：：：??卫ｔ：二二二：ｐ：ｔ二：今渔：…??图２．５基于双铂片计时电势法测量ｐＨ的装置示意图??当电流流出铂片时，铂片表面的Ｐｔ被氧化成ＲＯ；当电流流入铂片时，铂片表面的ＰｔＯ??被还原成Ｐｔ。发生在铂片表面的电化学反应如公式（２－１?）与（２－２）所示：??ＰｔＯ?＋?２Ｈ＋＋?２ｅ＂?—＾?Ｐｔ?＋?Ｈ２０?（２－１?）??Ｐｔ?＋?２０Ｈ—?－?２ｅ－?—＾?ＰｔＯ?＋?Ｈ２０?（２－２）??所以，在恒定电流下的铂片稳态电势符合能斯特方程，当正向电流（＋１）流出铂片时，??电极电势如公式（２－３）所示；当负向电流（－１）流入铂片时，电极电势如公式（２４）所??示。??＝?￡０?Ｉｎ?－Ｖ?＝?Ｅ０－?２?３〇３?—?ｐＨ?（２－３）??＝?￡。—?５?＿（０『））＝￡。－?２?３０■?（ｐＨ?—１４）?（?２－４）??ｎＦ?ｒ??式中￡＋和Ｋ是测量电势，心是标准电极电势，及是气体常数ＵＪＭＪＩ＾ｍｏｒ１），ｒ是??绝对温度（Ｋ）
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国水污染现状及治理措施[J]. 曲鸣宇. 企业技术开发. 2016(13)
[2]藻源型湖泛发生过程水色变化规律[J]. 李佐琛,段洪涛,张玉超,邵世光,马荣华. 中国环境科学. 2015(02)
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[8]国家水污染防治“十二五”战略与政策框架[J]. 马乐宽,王金南,王东. 中国环境科学. 2013(02)
[9]散射式水下浊度测量方法的研究[J]. 王丽. 国外电子测量技术. 2012(09)
[10]改进测定水中氨氮分子吸收光谱法的试验研究[J]. 周珂,贺静,刘燕燕,周慧芬. 环境科学与技术. 2012(03)
本文编号：3283552
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