关键词： 水质检测   传感器   颜色识别   温度补偿   蠕动泵  

摘要： 在供暖系统中,如果锅炉用水不符合标准,往往会造成管道结垢和堵塞等问题,严重影响供暖系统的正常运行。面对北方供暖系统用水的检测需求,本文研究和实现了一种多功能水质分析仪,对水质硬度、浊度和pH进行高精度检测。 首先研究了硬度、浊度和pH等水质参数的检测技术,改进并优化了相关参数的检测方法。采用基于颜色识别的EDTA滴定法测量硬度,采用比值法测量浊度,采用电位法测量pH。 接着在水质硬度检测中,对水样EDTA滴定时颜色识别的方法进行了研究。采用分光光度法测量水体颜色以实现颜色数字化,通过分析实验数据并基于RGB颜色模型得到滴定曲线。对滴定曲线的曲线特征进行分析,设计滴定终点判定方法,将水样硬度值的检测平均误差从2.20%降低到了0.09%。 然后对水质分析与检测系统的总体方案进行了详细设计。完成硬度、浊度和pH检测模块的结构设计图和电子元器件选型,设计温度补偿和电极校正算法。为了提高药液滴定精度,设计了一种新型结构的小型蠕动泵。实验显示,采用四滚轮结构和椭圆形截面泵管,新型蠕动泵输出稳定性提高,回流程度降低到了20.72%,满足设计要求。 最后,开展了水质分析仪工作性能测试实验。利用标准液对水质分析仪检测精度进行测定,实验表明,水质分析各个参数检测精度均达到设定要求,系统具有良好的稳定性和抗温度干扰能力。

摘要： ·职业小贴士·从业者：十一从业年限：半年一句话感受：手中的小烧杯保护着家家户户的水质安全从业地点：江西对口专业：环境科学与工程类、化学类、食品科学与工程类、生物科学类等相关专业从业门槛：本科及以上能力要求：熟悉相关理论知识，对工作保持高度严谨的态度晋升路径：水质检测员→初级水质检测员→中级水质检测员→高级水质检测员薪资水平：10万—20万元/年入职提醒：要有不断学习新知识的意识；水质安全很重要，要保持吃苦耐劳的习惯

关键词： 水质检测   吸收光谱分析   总磷   硝酸盐   消解  

摘要： 随着我国经济的迅猛发展和人民生活需求的不断提高,水环境质量受到了全社会的高度关注。水质检测是解决水环境问题的关键,对水环境的保护和治理尤为重要。传统的水质检测主要依靠化学方法,然而,基于化学法的水质检测仪器通常体型庞大且操作复杂。为了简化检测流程,提高检测效率,本文基于吸收光谱技术,搭建了一套光谱水质检测系统。主要从以下几个方面进行了研究: 1.设计并搭建了基于光谱分析的水质检测系统。水质检测系统包括消解装置、光源、检测室、光谱检测模块和上位机。通过优化交叉型Czerny-Turner光学结构,研发了光栅色散型光谱仪作为光谱检测模块;基于国标消解方法,设计了可以提供高温高压消解条件的小型密闭消解装置。 2.基于水质检测系统建立了总磷和硝酸盐检测的标准模型。对总磷分别进行了四种单波长拟合和吸收光谱面积拟合,选择线性拟合相关系数最高的858 nm的拟合方程作为总磷的标准模型。对不同浓度范围的硝酸盐分别在1 mm、5 mm和30 mm光程下进行了标定,寻找最优拟合特征波长并得到硝酸盐标准模型。 3.对总磷和硝酸盐进行了重复性测试实验。结果表明,总磷和硝酸盐测定的准确度均小于8%,重复性均小于3%,达到国家标准的要求。 本文基于吸收光谱技术,搭建了一套光谱水质检测系统,完成了总磷和硝酸盐两个水质检测参数的建模、检测与分析。该系统在满足国家标准的同时,降低了硝酸盐的检出限。

关键词： 水质检测   紫外光谱   荧光光谱   数据融合   机器学习  

摘要： 水是生命之源。然而,随着工业的大力发展,水环境污染问题也愈发严重,这不仅加剧了全球环境问题,也危害着人们的生存与发展。因此实现快速准确的水质检测具有重要意义。传统的化学分析法虽然精度较高,但测试周期长、操作复杂、存在二次污染的风险。光谱技术具有快速、无损、无污染等优点,在水质检测中具有良好的应用前景。化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)指水体中需要被氧化的还原性物质的量,是有机物污染程度检测的重要指标。因此,本文以水质COD为研究对象,提出一种基于机器学习算法的多光谱水质检测模型。该模型能很好地解决目前单一光谱数据模型精度低的问题,可广泛应用在水质检测中。本文的主要研究内容如下:(1)基于特征选取和机器学习算法实现标准液COD的定量分析。首先采集不同浓度标准液的光谱数据,再利用SG平滑预处理算法对标准溶液的紫外光谱和荧光光谱数据进行处理。通过连续投影算法和竞争性自适应重加权算法对两种光谱数据进行特征选取。最后通过特征选取后的两种光谱数据,结合随机森林(RF)、支持向量机(SVM)等算法分别建立基于单一光谱、数据级融合算法和特征级融合算法的标准液的COD值预测模型。结果显示:在标准液COD值的检测中,将紫外光谱和荧光光谱进行有效信息融合后,决定系数提高到99.9%,均方根误差降低至0.2971mg/L,实现了对标准液COD值的高精度检测。(2)研究浊度对标准液紫外光谱检测影响并进行补偿。为贴近实际水体的COD检测研究,通过分析浊度对标准液紫外光谱的影响变化规律,制定两种补偿方案:方案一,根据由浊度引起的模型预测值的增量,建立补偿矫正模型;方案二,针对单波长546nm处浊度与吸光度的线性关系,对浊度进行预测。再通过得到的浊度对预测模型特征波长处的吸光度进行补偿。其中方案一的补偿效果更好,补偿之后的误差为1.0466mg/L。(3)建立实际水体COD值的检测模型。首先对采集到的实际水样的光谱数据进行预处理,然后利用特征选取算法实现光谱数据降维,最后对特征选取后的光谱数据分别建立基于最小二乘支持向量机算法的单一光谱预测模型、特征级数据融合模型和决策级数据融合模型。结果表明,通过将紫外光谱和荧光光谱的有效信息进行融合可以提高模型的精度,经过特征级数据融合后,最佳模型的模型精度达到98.3%,均方根误差为0.7886。对特征级数据融合结果进行决策级数据融合,经过融合后的模型精度达到99.32%,均方根误差为0.4582 mg/L,有效地提高了检测精度。可用于实际水体快速、无损、精确的检测。

关键词： 多参数水质检测   光学散射法   电化学法   高精度检测  

摘要： 水是人类生活不可或缺的组成部分,饮用干净安全的水对保证身体健康至关重要。城市管网水和日常饮用水的多参数水质检测,对保证居民饮用水不含有害污染物、安全饮用具有重要意义。为解决城市管网末端水质和日常饮用水质检测存在的问题,提高多参数水质检测系统的精度、灵敏性和稳定性,论文系统分析了国内外在线多参数水质检测系统技术与发展现状,在此基础上,针对高精度、高灵敏度、高可靠性、智能化、数字化、网络化和多参数的需求,围绕水质浊度、余氯、PH值和温度四个水质参数,设计了在线多参数水质检测系统,主要工作如下:分析传感器检测原理与干扰问题,制定相应的解决方案与结构设计。对浊度、余氯、PH值和温度的检测原理进行分析,水质浊度采用散射法进行检测,针对散射法检测过程中存在环境光影响、管道气泡影响和光束散射严重问题等干扰问题,采取浊度检测结构黑色密封结构设计解决环境光影响、加压式除气泡的装置解决管道气泡影响、单双透镜结合进行光束校准解决光束散射严重问题;水质余氯采用电化学法进行检测,针对电化学法环境温度对扩散速率的影响,提出余氯参数温度补偿进行检测结果稳定性设计;水质PH值和温度采用集成化传感器设计进行检测,将温度传感器集成到PH传感器中,优化传感器结构。对多参数水质检测系统设计了关键的机械结构,确定了提升检测精度所需的关键技术。进行传感器硬件电路设计提高多参数水质检测的精度和稳定性。根据水质多参数的检测原理,浊度检测设计了恒光源驱动电路和光源接收电路;余氯检测设计了极化电压电路和余氯放大检测电路;对PH检测电路、温度检测电路和主控电路系统进行了集成化模块化设计。为实现采集数据实时发送上传,本文设计了 4GDTU模组电路,用于系统网络化的实现。设计软件编程,驱动硬件电路,实现数据采集上传。根据硬件电路设计和检测原理,研究设计了系统软件对硬件电路进行驱动编程。采用RTThread实时操作系统架构进行任务线程管理与驱动,实现检测系统的智能化设计。研究实现了上位机多参数水质监测平台的设计,通过4G网络进行水质参数采集数据的接收并进行分析与显示,保证了整个系统的智能化、数字化和网络化实现。模拟实际管网末端水流应用场景,对水质多参数进行标定和实验研究。实验结果表明,浊度精度分辨率为0.001 NTU,误差范围为1%以下;余氯传感器精度分辨率为0.003 mg/L,误差范围为1%以下;温度PH传感器的误差范围均在0.5%以下。在线多参数水质检测系统实现了水质浊度、余氯、PH和温度的高精度和稳定性检测,符合国家水质检测各种关键技术水质参数的检测标准,对水质检测中干扰问题和温度补偿效果良好,满足多参数水质检测的应用需求。

关键词： 智能水质检测系统   无线传感器网络   异常数据检测算法   系统测试  

摘要： 随着全球气候变化和人口增长,我国水资源日益紧缺。同时,生活污水、工业废水的排放使水资源状况受到了巨大的威胁和挑战。有效实现水质检测,特别是水污染检测已迫在眉睫。目前,国内传统的水质检测主要通过人工水质采样及实验室仪器分析的方式实现,存在采样频率低、测试周期长及代价高昂等问题,且无法满足现代化水质检测任务对于实时性和准确性的要求。因此,基于无线传感器网络技术,本文以温度、p H、溶解氧和电导率这四项水质参数为检测对象,设计实现了一套智能化的水质检测系统。围绕上述系统的设计与实现,本文主要工作如下所述: (1)基于国内外水质检测现状和行业需求,本文设计并实现了一套基于无线传感器网络的智能水质检测系统。其中,系统硬件部分由水质传感器芯片、支持Zig Bee的CC2530芯片、支持Wi Fi的ESP8266芯片以及电源供电模块等构成,主要实现了系统数据采集、数据传送等功能。系统软件部分通过基于C语言的嵌入式开发和基于Java语言的网页开发,实现了数据网络通信传输、水质数据在线检测以及网页客户端显示等功能。 (2)结合水质数据的数据特征,本文提出了一种基于改进K均值的高精度异常数据类型检测算法。该方法利用无监督的K均值聚类算法将未知分布特征的水质数据进行聚类分簇。同时,考虑到K均值算法存在的缺点,本文采用改进的灰狼算法对K均值进行性能优化,以提升水质异常数据检测的稳定性和精度。另外,为了有效区分不同类型的数据异常(例如水体污染和节点故障),本文利用加权聚类算法进一步对异常数据进行了相应处理。实验结果表明,相比于本文所选取的同类型算法,本算法的准确率平均提高了3%,召回率平均提升了2.25%。 (3)通过多次实验室人工模拟和实地测试,本系统展现了较高的运行可靠性和检测有效性。其中,部署在实际水域中的传感器模块能够完成水质数据的实时采集和稳定传输,PC机软件客户端则实现了水质异常数据的高精度检测和水质数据的智能分析和展示。同时,系统具有设计成本低、操作简单、功能齐全等优点,具有较高的应用和推广价值。

关键词： 饮用水   水质检测   激光光谱   电导率  

摘要： 近年来水资源污染问题日益严重,导致生态环境和人类健康受到威胁。针对这一问题,对水质进行检测和监控就显得尤为重要。传统化学检测方法存在测量周期长、试剂二次污染等问题,为了实现对饮用水水质快速准确的评判,本文基于激光光谱法和电导法研制了一款小型饮用水水质检测仪器,实现对饮用水中高锰酸盐指数和总溶解固体(TDS)两个水质参数的实时检测。其中高锰酸盐指数通过激光光谱法,利用荧光光谱中有机物荧光特征峰及水拉曼峰强度的比值拟合得到;总溶解固体浓度通过电导法,利用其与电导率之间的关系推算得到。通过上述两个水质参数综合评判饮用水的水质状况。本文具体研究内容如下: (1)水质检测系统硬件设计。主要包括激光发射系统、荧光探测系统、TDS检测系统以及MCU控制系统。其中激光发射系统实现激光器的电流稳定驱动,同时设计激光开关控制电路和激光强度控制电路;探测系统前端使用带通滤光片和光栅器件对光信号进行过滤和分光,后端使用图像传感器接收激发光谱信号;TDS检测系统使用双电极探针检测水样,通过信号调理放大电路采集电压信号,同时加入温度检测电路实现对TDS检测的温度补偿和校正;MCU控制系统控制水质检测系统控制各模块的运行和数据的采集、处理、传输。 (2)水质检测系统软件设计。主要包括外设参数设置、驱动程序开发以及系统运行流程控制。基于SCCB通信协议实现对CMOS图像传感器输出尺寸、曝光时间、增益和图像传输帧率等参数的控制;驱动程序主要包括DCMI、FMC、DMA等功能接口,其中DCMI接口用于控制图像传感器的采集并接收光谱图像数据,FMC接口和DMA接口分别用于连接外部存储器SDRAM和实现光谱数据由外部设备到存储器的直接传输;系统运行流程部分控制光谱背景扣除及数据算法处理。 (3)水质检测系统实验测试。配置不同浓度的腐殖酸钠标准溶液和氯化钠标准溶液,分别使用本文设计的水质检测仪器和标准检测仪器进行测量,建立高锰酸盐指数的激光光谱法和化学分析法检测结果拟合曲线、TDS浓度在有无温度校正下的变化曲线,并进行测量误差分析。最后,搭建一套饮用水水质监测演示系统,验证水质检测仪器的实际应用性和长期稳定性。实验测量结果表明,本文设计的饮用水水质检测系统测量灵敏度高、检测速度快、体积小,可以实时检测饮用水中有机物和无机物的含量。

关键词： 水质检测   样品前处理   稀土元素   痕量分析  

摘要： 近年来，原油中的痕量稀土元素常常被用于判断原油的来源、成熟度和类型，为石油工业提供重要的数据，对了解其地质形成过程和确定开采步骤具有重要意义。同时，环境水样中的痕量稀土元素检测在环境污染、人体健康和食品安全等领域发挥着重要作用。　　ICP-MS是原油和环境水样中痕量元素分析的重要技术之一，但是对于复杂基质的样品和浓度低于仪器检测限的痕量金属检测会有一定的难度。如果直接对原油样品进行分析，向等离子体系统中引入高含量的有机物会造成离子透镜和取样锥口的积碳，进而堵塞取样锥孔，干扰质谱检测;还会导致含碳离子的形成，影响仪器对痕量稀土元素的分析。环境水样中的稀土元素含量往往以极低的浓度存在，会给ICP-MS的检测限带来一定的挑战。本实验选取合适的样品前处理技术来对不同样品进行分离与富集，以ICP-MS作为检测技术，实现样品中痕量稀土元素定量检测。　　(1)本部分实验提出了一种液-液微萃取与ICP-MS联用测定原油样品中的痕量稀土元素的方法。以乙二胺四乙酸为萃取剂，可以快速络合原油样品中的稀土元素;而且其含有氨基，具有质子化的能力，可进行亲水性切换。利用N,N-二甲基甲酰胺作为萃取剂的溶剂(分散剂)，增加了萃取剂与油相的混溶性,扩大了萃取剂与油相接触面积，提升了萃取效率。实验优化的液-液微萃取的最佳条件如下:油样质量为1g;以1.25μmol乙二胺四乙酸为萃取剂;50μL DMF为萃取剂的分散剂;油样与癸醇的质量比为1∶1.25;络合反应时间为5min;硝酸浓度为0.2M;质子化反应时间为5min。在模拟变压器油基质中，15种稀土元素在0.1～20ng g-1的线性范围内线性系数良好(R2=0.9948～0.9991);方法的LOD为0.3～60.7pg g-1;方法的LOQ为1.0～202.3pg g-1;方法的RSD值在0.9～3.6％之间;15种稀土元素加标回收率在93.6～97.8％之间。对于复杂的原油基质，15种稀土元素在0.1～20ng g-1的线性范围线性系数良好(R2=0.9903～0.9971);加标回收率在94.0～107.0％之间;RSD值在1.9～6.5％之间。本方法应用于原油样品中15种稀土元素的同时测定，与湿法消解相比无较大差异。本方法操作简单、对环境友好、定量限低、样品处理时间短且灵敏度高。　　(2)本部分实验提出了一种凝胶电膜萃取与ICP-MS联用分析环境水样中的痕量稀土元素的方法。为了避免电内渗对接受相的影响，我们采用过氧化氢乙醇溶液对琼脂糖进行改性。采用凝胶电膜萃取，将环境水样中的稀土元素从水相中转移到酸性接收相中，然后采用ICP-MS进行检测。实验优化了凝胶电膜萃取的最佳条件如下:水样体积为40mL;凝胶中琼脂糖含量为1.5％w/v;膜厚度为3mm;样品pH4;接受相中硝酸浓度110mM;转速为375rpm;电压为60V;萃取时间为15min。在超纯水模拟溶液中，15种稀土元素在0.1～100ng L-1的线性范围内有较好的线性(R2=0.9939～0.9991);LOQ在12.6～99.6pg L-1的范围内;方法的LOD在3.8～29.9pg L-1的范围内;方法的RSD值在0.1～1.7％之间;方法的富集倍数在81.3～91.6之间;15种稀土元素的加标回收率在81.3～91.6％之间。本方法应用于环境水样中痕量的稀土元素检测，为环境保护和水质监测等领域提供了一种简便可行、准确可靠和绿色环保的检测手段。

关键词： 饮水安全   水质检测   存在问题   解决措施  

摘要： 我国从2000年开始到目前为止,农民的饮水安全问题已经得到了有效解决,农村供水工程的建设也已经初步完成。今后,政府要通过各项强化工作,来进一步提高农村饮用水的质量,让农村人们从原来的有水吃转变为现在的吃好水。因此,该文通过对目前我国在农村饮水安全水质检测方面存在问题的分析,提出了农村饮水安全水质检测所采取的措施。

关键词： 供水行业   净水技术   供水企业   科研机构   产品供应商   水质检测   期刊编辑   设计院所  

摘要： 1.高品质饮用水探索与实践研讨会暨《净水技术》学术年会会议设主论坛和多个分论坛,聚焦我国供水行业中从源头到龙头的各环节工艺、管理和服务提升。会议同期还举办“《净水技术》期刊编辑委员会工作会议”“《净水技术》期刊青年编辑委员会工作会议”“《净水技术》优秀论文奖颁奖典礼”等学术年会相关活动。参会对象:全国各地供水企业、设计院所、高等院校、科研机构、水质检测机构、产品供应商和政府部门等相关单位领导,及科研、生产、管理相关人员。