【摘要】：化學(xué)需氧量(COD,Chemical Oxygen Demand)是一種反應(yīng)水質(zhì)中有機(jī)物污染程度的特征指標(biāo),對(duì)水污染的綜合評(píng)價(jià)具有重要的參考價(jià)值。因此對(duì)COD的準(zhǔn)確測(cè)量和有效監(jiān)測(cè)的重要性不言而喻。本文在前人的研究基礎(chǔ)上,通過實(shí)驗(yàn)室自主搭建的水質(zhì)COD在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),利用臭氧協(xié)同紫外(UV/O_3)的高級(jí)氧化技術(shù)將水質(zhì)進(jìn)行氧化消解處理,通過傳感器和軟測(cè)量技術(shù)得到消解過程的相關(guān)變量估計(jì)出消耗的氧當(dāng)量,從而得到COD。本文的主要工作內(nèi)容和成果有下述三個(gè)方面。(1)在實(shí)驗(yàn)室自主開發(fā)的水質(zhì)COD在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明COD計(jì)算模型對(duì)低濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液的測(cè)量結(jié)果較理論值偏高,高濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液的測(cè)定結(jié)果則較理論值偏低。對(duì)造成測(cè)定結(jié)果誤差的因素進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)COD計(jì)算模型忽略了消解過程中相關(guān)氣體量的溶解對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成的影響。因此通過化學(xué)測(cè)量和理論估算的方法得到了消解完成后水樣中的溶解氧量和溶解二氧化碳量,并利用支持向量機(jī)建立了氣體溶解量估計(jì)模型,對(duì)COD計(jì)算模型進(jìn)行了修正和補(bǔ)償,改進(jìn)后的測(cè)定結(jié)果和理論值基本一致,與國(guó)標(biāo)法的一致性也較好,平均相對(duì)誤差均小于5%,檢測(cè)精度得到明顯提高。(2)在改進(jìn)水質(zhì)COD在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)精度基礎(chǔ)上,對(duì)系統(tǒng)的檢測(cè)效率進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。該在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)效率與水樣的消解時(shí)間密切相關(guān),因此如何在線掌握水樣中有機(jī)物的消解特征、確定消解是否完成是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。通過研究標(biāo)準(zhǔn)溶液在消解過程中產(chǎn)生的二氧化碳濃度與消解率的變化關(guān)系確定了水樣的合適消解時(shí)間。在此基礎(chǔ)上通過研究不同濃度下消解難易程度不同的葡萄糖,鄰苯二甲酸氫鉀和苯酚標(biāo)準(zhǔn)溶液的消解率與二氧化碳生成規(guī)律間的關(guān)系,確定了消解終止的條件,有助于系統(tǒng)自動(dòng)判定并控制不同水樣的消解時(shí)間,從而提高系統(tǒng)的檢測(cè)效率并節(jié)約能耗。(3)在以上的研究分析基礎(chǔ)上,針對(duì)原有水質(zhì)COD在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不足之處,對(duì)水質(zhì)COD在線監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行了重新優(yōu)化設(shè)計(jì)和布局,并搭建了一套新的水質(zhì)COD在線監(jiān)測(cè)裝置。新裝置主要升級(jí)了一些關(guān)鍵傳感器并改進(jìn)了其它硬件設(shè)備,進(jìn)一步對(duì)水質(zhì)COD在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)流程進(jìn)行了優(yōu)化和精簡(jiǎn),能夠通過工業(yè)觸控一體機(jī)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)COD在線監(jiān)測(cè)。
【圖文】：

江南大學(xué)碩士學(xué)位論文通過各模擬量的 A/D 轉(zhuǎn)換關(guān)系便能夠?qū)鞲衅鞑杉玫降哪M信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。在 PLC 中轉(zhuǎn)換時(shí)，先利用 MOV 指令將線性關(guān)系中的兩個(gè)點(diǎn)存儲(chǔ)到某一地址中，在通過 SCL 指令將傳感器采集到的模擬信號(hào)數(shù)據(jù)根據(jù)該地址存放的兩點(diǎn)線性關(guān)系信息進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換便能得到所需要的數(shù)字信號(hào)。利用上位機(jī)中的LabVIEW程序能夠方便的獲取PLC中A/D轉(zhuǎn)換后的二氧化碳濃度傳感器、臭氧濃度傳感器和壓力傳感器的數(shù)據(jù)信息。而且流量傳感器和溫度傳感器檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)信息也能直接利用 RS-232 接口和上位機(jī)中的 LabVIEW 程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取。LabVIEW 程序中的 VISA 串口模塊具有非常的簡(jiǎn)單實(shí)用的功能，通過設(shè)置 VISA 串口通信模塊中的端口數(shù)、波特率、數(shù)據(jù)比特、奇偶校驗(yàn)位、控制位等參數(shù)便能夠方便的與 PLC 及各個(gè)傳感器進(jìn)行通信連接和數(shù)據(jù)傳送，其串口通信配制程序如圖 2-6 所示，該程序中的各參數(shù)為氣體流量傳感器的通信參數(shù)。利用 LabVIEW 程序只需要使用“VISA寫入”、“VISA 讀取”和“VISA 關(guān)閉”這三個(gè)函數(shù)便能夠通過串口向 PLC 和各個(gè)傳感器發(fā)送相關(guān)指令來設(shè)置或者獲取其中所需要的數(shù)據(jù)信息。

圖 2-7 水質(zhì) COD 數(shù)據(jù)采集程序借助于 MySQL 數(shù)據(jù)庫，上位機(jī)能夠方便的將消解過程中各個(gè)傳感器采集到的各種信息實(shí)時(shí)的進(jìn)行存儲(chǔ)和更新，在消解完成后再將所需要的數(shù)據(jù)導(dǎo)出便可以進(jìn)行水質(zhì)COD的相關(guān)分析和計(jì)算。2.3 水質(zhì) COD 檢測(cè)方法和計(jì)算模型2.3.1 臭氧協(xié)同紫外的高級(jí)氧化技術(shù)為了實(shí)現(xiàn)水樣消解過程的綠色無污染，裝置選擇并使用了臭氧協(xié)同紫外(UV/O3)的高級(jí)氧化技術(shù)對(duì)水樣溶液進(jìn)行氧化消解。臭氧協(xié)同紫外的高級(jí)氧化技術(shù)利用波長(zhǎng)低于310nm 的紫外光對(duì)臭氧進(jìn)行催化輻射，臭氧便會(huì)分解并生成游離氧自由基( O)，游離氧自由基再迅速與水反應(yīng)生成羥基自由基( OH)，，羥基自由基最后對(duì)水樣中的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行氧化消解，其主要反應(yīng)過程如式(2.1)和式(2.2)所示[74]。臭氧協(xié)同紫外的氧化技術(shù)無需添加額外的化學(xué)試劑，是一種十分綠色環(huán)保的氧化消解手段。( 310 )3 2 UV nmO O O (2.1)2 O H O 2OH(2.2)
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP212;X832

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本文編號(hào)：2632787