关键词:
荧光指纹
污染溯源
工业园区
污水处理厂
LabVIEW
摘要:
随着我国工业化进程的加速,工业废水在全国排污总量中的比例逐年上升,为了改善工业园区废水排放情况,“水十条”提出工业废水经预处理后达到集中处理要求,可排入污水集中处理设施——污水处理厂进行统一处理,实行多环节审批监管。然而,在实际运行过程中,由于监管不到位,可能出现企业偷排超排等情况,导致水厂出水超标甚至设备瘫痪。目前的自动在线监测设备只能反映水厂运行状态,且存在滞后现象。而水质荧光指纹溯源技术,根据水质荧光图谱的指纹特异性,可及时发现污水处理厂水质异常,并准确判别事故污染源头。本研究以我国北方S工业园区为研究对象,基于水质荧光指纹溯源技术,构建了该工业园区的荧光指纹数据库,并结合LabVIEW图形化编程,开发出一款操作简单、界面友好的水质污染溯源软件,能够智能锁定事故排放企业。
首先进行S工业园区的实地调研,采集各排污企业的超标水样以及污水处理厂混合进水水样,作为主要研究对象,涵盖了化工类企业3家、石油类企业2家、医药类企业1家和食品类企业2家。选择GC-MS、ICP-MS和三维荧光三种分析手段对水样进行水质全分析。共检测到百余种有机物和十余种金属元素,通过比较分析,得出各企业污水中含有的特征有机物、特征金属元素,并得到了各企业污水的典型荧光图谱,分析水样的化学特征与荧光特征。
随后筛选特异性好、相关性高、可回溯性强的水质荧光指纹,建立水质荧光指纹数据库。通过典型荧光图谱与荧光组分图提取各企业污水的荧光特征峰群,并将其与各企业污水的典型荧光图谱一起作为荧光指纹数据库的一部分,用于污染溯源流程中的定性分析;对荧光组分进行特异性筛选,得到各企业污水的特异性荧光组分,并获取对应的特异性荧光峰。接着通过大数据统计分析确定各企业污水在特异性荧光峰位置的荧光强度阈值,该强度阈值具有明确的事故污染源指向性,作为荧光指纹数据库的一部分,用于污染溯源流程中的定量分析。
最后以构建的荧光指纹数据库为核心数据,调用MATLAB脚本,并借助LabVIEW图形化编程平台,研发了一款水质污染溯源软件。该软件包括污染溯源和生成报表两项功能,还可以与荧光分光光度计智能联用,操作简单、界面友好,每次溯源只需几秒钟即可完成。使用自行配备的模拟企业事故水样进行污染源回溯,溯源准确度可达90%以上,进一步证实了本研究基于荧光指纹数据库搭建的水质污染溯源软件的可行性,对工业园区污水处理厂的水质监管以及后续污染治理有重要价值。