一种用于污水处理厂实时在线监测的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于污水处理厂实时在线监测的方法及装置——紫外光光谱法和三维荧光光谱法的双模检测。所述紫外光光谱法包括多波长紫外光照射装置、水样容器和吸收光谱，多波长紫外光照射装置能发射多种波长紫外光，水样容器具有一定的厚度b，吸收光谱包括全波段吸收光谱的特征点和特征向量；所述三维荧光光谱法包括多波长发射装置、水样容器和荧光发射光谱，多波长发射装置能不断改变激发波长，荧光发射光谱包括各个发射波长下的发射谱。紫外光光谱与荧光光谱具有很强的互补性，可联合监测污水水质变化情况，包括同时对NO2，NO3，COD，DOC，BOD，TOC和TSS等多种参数进行分析测量。

A method and device for real-time on-line monitoring of sewage treatment plants

The invention provides a method and device for real-time on-line monitoring of sewage treatment plants, which is a dual mode detection of ultraviolet spectrum and three-dimensional fluorescence spectrometry. The ultraviolet light spectrum method includes multi wavelength ultraviolet light irradiation device, water sample container and absorption spectrum. The multi wavelength ultraviolet light irradiation device can transmit various wavelengths of ultraviolet light. The water sample container has a certain thickness of B, the absorption spectrum includes the characteristic points and the characteristic vectors of the full band absorption spectrum; the three dimensional fluorescence spectrum method includes more than one. The wavelength emission device, water sample container and fluorescence emission spectrum can change the excitation wavelength continuously, and the fluorescence emission spectrum includes the emission spectra at various emission wavelengths. The ultraviolet spectrum and fluorescence spectrum have strong complementarity, and can be combined to monitor the change of sewage water quality, including the analysis and measurement of NO2, NO3, COD, DOC, BOD, TOC and TSS.

【技术实现步骤摘要】
一种用于污水处理厂实时在线监测的方法及装置
本专利技术属于环境工程领域，特别是一种用于污水处理厂实时在线监测的方法及装置。
技术介绍
水质在线监测是实现水环境保护、饮用水安全保障、污水处理和污染物排放控制、水资源管理等方面的重要基础和有效手段。近年来，随着对水质监测实时性和监测频率要求的逐步提高，传统实验室手动分析已很难满足监测需求，使得在线监测得到了广泛关注和快速发展，越来越多的在线监测仪表被推广并应用于水质监测的各个领域。目前常用的水质在线监测方法主要有化学法、色谱法、生物法等。化学法发展较为成熟，它模拟了实验室人工分析过程，借助顺序式注射平台，完成采样、预处理、注射试剂、反应、分析检验等流程，实现水质在线监测。化学法适用范围广，测量准确，分析高效快速。然而，化学法依赖于化学反应，很难彻底摆脱结构复杂、消耗试剂、易造成二次污染等固有不足。色谱法根据不同组分在两相中的分离顺序，来分辨水样中的污染物。色谱法选择性好，灵敏度高，适合微量甚至痕量有机污染物的检测。但是色谱法检测成本高，分析效率和自动化程度有待进一步提高，在组分复杂、变化较快的水样中难以发挥作用。生物法通过观测水中鱼、发光菌或者人体组织细胞的活性，来监测综合毒性。综合毒性监测实用性好，覆盖面广，监测范围包括杀虫剂、除草剂等有毒有害污染物。但生物活性的测量与表述存在一定困难，失去活性的生物需要定期更换。鉴于现有水质在线监测方法存在的问题，基于紫外—可见光光谱(ultraviolet-visible)，UV-Vis和光谱技术的水质分析方法和在线监测设备的研究和应用近年来得到了普遍关注。UV-Vis光谱分析法是根据水样的吸收光谱来分析检测水质的方法，是电磁辐射（EMR）以不连续的方式与原子和分子相互作用以产生特征吸收或发射分布。UV-Vis辐射只包括一系列的电磁波谱与其他形式的辐射无线电，红外线（IR）辐射，宇宙和X射线。根据比尔-朗伯定律，UV-Vis吸光度是这种辐射对波长的吸收度的量度。由于水和废水中的许多有机污染物具有强烈吸收紫外线辐射的特性，UV-Vis主要用于测定COD和BOD5。目前应用较多的是，单波长下吸光度与某一参数值的简单线性关系，例如，利用254nm处UV吸收度确定COD值，发现280nm处是估算生活污水和泥浆废水中BOD5值最合适的波长，而在200-210nm之间的硝酸盐有很强的吸收光谱。市场也遵循这种原位光学传感器的知识，使用相对简单的光度计测量一个或两个波长。然而，污染物组分与浓度会随时间推移而发生变化，进而引起吸光度值之间的非线性响应。鉴于此，最近的研究正在使用整个吸收光谱来代替单个波长，利用主成分分析（PCA）和偏最小二乘回归（PLS）对待测水样吸收光谱进行分解，进而完成对水质的定量或定性分析。荧光光谱学是指当分子（称为荧光团）被高能光源激发时以光的形式吸收能量。在低浓度下，测量的峰强度与溶液中负责的荧光团的浓度成正比。它与UV-Vis光谱具有很强的互补性，一些在UV-Vis光谱中区分度不高或测下限较低的污染物在荧光光谱中特征比较明显。三维荧光光谱（EEM）是荧光分析的主要方法之一，是以发射光波长和激发光波长作为横纵坐标，并将荧光强度以等高线的形式投影在该平面上获得的谱图。具有荧光的物质有很多，例如常存在于污水中的油脂，腐殖酸，蛋白质，表面活性剂，维生素，酚类等芳香族化合物，农药残留物等，而污水中多含有多种荧光物质，所以他的荧光光谱会随污染物种类和含量不同而变化，且具有与水样一一对应的特点，因此称其为水质“荧光指纹”。EEM技术在提供指纹个体或荧光团组所需的光学分辨率方面一直非常重要。仪器的改进使得研究人员能够使用一些传感器获得快速，高分辨率，这些传感器可以在原位提供数据，从而可以在大约1分钟内生成EEM。此外，EEM提供了多种数据解释的可能性，从简单的峰值采集和荧光区域整合到更复杂的平行因子分析（PARAFAC）和自组织映射。在这些方法中，选峰和PARAFAC在研究界最为流行。峰值采集法是一种非常简单的基于最大强度和相应的激发和发射波长组合的用于识别组分的工具。选峰作为在线实时工具是一种可行的分析技术，然而，由于峰位移，峰之间可能的重叠和干扰，其适用性可能受到限制。此外，当在荧光组分处观察到两个激发波长时，通过将每个峰与特定荧光团相关联，可能导致误导性观察。PARAFAC是一种数学三维模型，EEM数据集估算底层荧光成分的浓度和光谱，甚至可以在存在未经校准的光谱干扰的情况下显示真实的光谱。在短波长辐射的照射下，水样中某些污染物会吸收能量跃迁到激发态，当分子跃迁回基态，就会发射出波长较长的荧光。荧光光谱特征与强度，与污染物分子结构与浓度有关。据此，可以对污染物进行定性和定量分析。紫外光光谱和荧光光谱具有很强的互补性，一些在紫外光光谱中区分度不高的污染物在荧光光谱中特征比较明显。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于污水处理厂实时在线监测的技术方案——紫外光光谱法和三维荧光光谱法的双模检测。本专利技术所采用的紫外光光谱与荧光光谱具有很强的互补性，可联合监测污水水质变化情况，包括同时对NO2，NO3，COD，DOC，BOD，TOC和TSS等多种参数进行分析测量。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：利用紫外光光谱法和三维荧光光谱法对污水处理厂水样进行实时在线监测，所述紫外光光谱法包括多波长紫外光照射装置、水样容器和吸收光谱，所述多波长紫外光照射装置能发射多种波长紫外光，所述水样容器具有一定的厚度b，所述吸收光谱包括全波段吸收光谱的特征点和特征向量，所述三维荧光光谱法包括多波长发射装置、水样容器和荧光发射光谱，所述多波长发射装置能不断改变激发波长，所述荧光发射光谱包括各个发射波长下的发射谱。作为本专利技术的优选实施例，所述紫外光光谱法使用主成分分析法和偏最小二乘法分析光谱。作为本专利技术的优选实施例，所述三维荧光光谱法使用平行因子法分析光谱。作为本专利技术的优选实施例，所述紫外光光谱法和三维荧光光谱法具有很强的互补性，可联合监测。本专利技术用于污水处理厂实时在线监测的技术方案至少具有以下优点：（1）不需要添加化学试剂；（2）不需要或很少需要对水样进行处理，分析所需水样很少，仪表结构简单，降低了安装运行维护成本；（3）检测速度快，能在短时间内产生分析大量数据，同时检测多个参数，包括同时对NO2，NO3，COD，DOC，BOD，TOC和TSS等多种参数进行分析测量。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步阐述，但是本专利技术不局限于以下实施例。本专利技术用于污水处理厂实时在线监测的技术方案，包括水样收集装置，以及多波长紫外光发射装置，以及接收光谱装置。采用紫外光光谱法时接收到的吸收光谱使用主成分分析法或偏最小二乘法分析光谱。采用三维荧光光谱法时接收到的荧光光谱法使用平行因子法分析光谱。采用紫外光光谱法和三维荧光光谱法具有很强的互补性，可联合监测。由以上可知，本专利技术用于污水处理厂实时在线监测的技术方案作为一种全新的水质分析检测方法在水质快速检测、多参数分析、水质分类、水质报警等领域都具有传统方法不可替代的优势。以上所述仅为本专利技术的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本专利技术说明书而对本专利技术技术方案采取的任何本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于污水处理厂实时在线监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：采用紫外光光谱法测定水样的紫外吸收光谱，根据紫外吸收光谱对水样中的成分进行定性和定量分析；以及采用三维荧光光谱法测定水样的三维荧光光谱，根据三维荧光光谱对水样中的成分进行定性和定量分析；以及将利用紫外光光谱法得到的监测结果与利用三维荧光光谱法得到的监测结果相结合，在线监测水样中的成分。

【技术特征摘要】
1.一种用于污水处理厂实时在线监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：采用紫外光光谱法测定水样的紫外吸收光谱，根据紫外吸收光谱对水样中的成分进行定性和定量分析；以及采用三维荧光光谱法测定水样的三维荧光光谱，根据三维荧光光谱对水样中的成分进行定性和定量分析；以及将利用紫外光光谱法得到的监测结果与利用三维荧光光谱法得到的监测结果相结合，在线监测水样中的成分。2.如权利要求1所述的用于污水处理厂实时在线监测的方法，其特征在于：所述紫外光光谱法使用主成分分析法和偏最小二乘法分析光谱。3.如权利要求1所述的用于污水处理厂实时在线监测的方法，其特征在于：所述三维荧光光谱法使用平行因子法分析光谱。4.如权利要求2或3所述的用于污水处理厂实时在线监测的方法，其特征在于：所述紫外光光谱与荧光光谱具有很强的互补性，可联合监测。5.一种用于权利要求1~4任一项所述方法的污水处理厂实时在线监测装置，其特征在于，包括：紫外吸收光谱检测装置，包括多波长紫外光照射装置、水样容器A、...

【专利技术属性】
技术研发人员：高俊玲，张跃，高楚月，贺荣忻，李丹，李重遥，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61