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水质COD紫外光电在线监测方法研究

水质COD紫外光电在线监测方法研究

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作者：宫能安南京大学

学位级别：硕士

在水质检测中,我们知道COD是最常测定的项目,也是评价水体污染程度的重要指标之一。化学需氧量COD,即Chemical Oxygen Demand的简称,是水样中需要被氧化的还原物质的量,对这项指标参数的测定,我们可以了解水样的污染程度,以做出相应的... 详细信息

在水质检测中,我们知道COD是最常测定的项目,也是评价水体污染程度的重要指标之一。化学需氧量COD,即Chemical Oxygen Demand的简称,是水样中需要被氧化的还原物质的量,对这项指标参数的测定,我们可以了解水样的污染程度,以做出相应的措施来控制工厂等的污水排放、改进水质。传统的COD测量方法有多种,包括重铬酸钾法、高锰酸钾法、分光光度法、快速消解法等,其中最常使用的是重铬酸钾法和高锰酸钾法。高锰酸钾法主要用于饮用水、原水以及地表水,COD测量范围在0.5～5.4mg/L,而重铬酸钾法（GB11914-1989）多用于工业废水和生活污水,可以精确的测量水中有机物的总量。但这种方法所需样品量多,耗时长（加热回流2H）,还需要使用硫酸银为催化剂、硫酸汞为氯离子的掩蔽剂,分析费用,且极容易造成二次污染,而且也无法批量快速地测量。基于以上的传统方法优缺点的研究,提出了一种新型测量方法——以多元线性回归算法来测量COD。我们知道,每种水样都有它独有的紫外吸收光谱曲线,可以这样假设,这条光谱曲线是由多条特征参考吸收谱线叠加而成,在这里采用五条特征吸收光谱曲线,分别是溶解性有机化合物吸收（Dissolved Organic Compounds）光谱曲线、硝酸盐（Nitrate）吸收光谱曲线、悬浊物（Suspended Solids）吸收光谱曲线、胶质态化合物（Colloidal State Compounds）吸收光谱曲线和阴离子表面活性剂（Anionic Surfactant）吸收光谱曲线,每个测试波长的吸收谱是这五条特征光谱曲线在相应的波长点吸光度的线性叠加,每条特征参考光谱对实际吸收光谱的贡献系数在整个波长范围内是常数。这种线性叠加可以表示为如下公式:S（λ）=∑i=1pβiRi（λi）±ri,其中,p是特征参考光谱曲线数,βi是每条特征曲线的贡献系数,R是特征曲线的吸收值,ri是误差。通过多元线性回归的方法可以求得每条特征曲线的贡献系数βi,最后将测试水样的指标参数R（如COD、DOC等）与上面计算的每条参考谱线的贡献系数进行关联:Ri=∑i=1q βivi±εi,其中vi是每条特征谱线对应的指标参数R的值,通过测量一系列（q）水样的R值（R1R1……Rq）,再次通过上述运算得到vi的值,通过标准误差补偿得到修正的vi。至此,即可得到特定水样指标参数的vi和βi的值,也即得到水样指标参数的数学计算模型。基于以上分析,设计了一款基于微软基础类库（Microsoft Foundation Classes,简称MFC）的污水COD监测系统。我们知道,微软的MFC类库是以C++类的形式封装了很多Windows API接口函数,这些函数是实现应用程序的基础,并且包含了一个Application Main Frame（应用程序主框架）,以减少程序开发人员的工作量。基于MFC设计的应用程序,不仅可以在目前主流的windows操作系统上运行,而且其还有程序小、代码执行效率高、方便开发利用的优点。设计的这一系统,不仅具有COD的实时监测的功能,而且还具有图形显示界面（GUI）的功能,这样大大方便现场工作人员的观察与操作,所测的数据具有实时保存的功能,方便后续工作人员对各个数据进行分析和研究。基于MFC的污水COD实时监测系统,对于测量的COD具有很高线性拟合,实现了基本要求。在工业污水监测方面,政府通常规定企业污染物的排放标准,通过测量COD的值,当COD超过一定值后作出预警提示,实时完成,防患于未然。另外基于数据库的开发模式测量各个河流、污水口、湖泊等的各项指标参数,保存进数据库,每次测量可以方便快捷的读取数据。后期可以设计成掌上仪器,将数据库导入其中,实时测量,方便现场人员,特别是专业水质测量人员。

关键词： COD 重铬酸钾法溶解性有机化合物硝酸盐悬浊物胶质态化合物阴离子表面活性剂线性回归贡献系数 MFC GUI 掌上仪器

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