申請(qǐng)日2014.01.20

　　公開(kāi)(公告)日2014.08.13

　　IPC分類(lèi)號(hào)G01N27/00

　　摘要

　　一種基于特征變量的污水總磷測(cè)量裝置屬于污水處理領(lǐng)域。水質(zhì)參數(shù)綜合檢測(cè)裝置，包括酸堿度電極，ORP氧化還原電位電極，DO溶解氧電極，溫度傳感器，NH4-N氨氮電極，NO3-N硝酸鹽氮電極，TSS懸浮物電極。所述水質(zhì)參數(shù)綜合檢測(cè)裝置連接到操作和顯示裝置，操作和顯示裝置連接到數(shù)據(jù)處理設(shè)備。目前受檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的限制，污水處理行業(yè)對(duì)TP測(cè)量?jī)x表存在著測(cè)量時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，維護(hù)成本較高且維護(hù)周期長(zhǎng)，測(cè)量成本過(guò)高，且在測(cè)量過(guò)程中存在二次污染問(wèn)題，無(wú)法有效滿足污水處理過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)。本實(shí)用新型可應(yīng)用在工業(yè)污水和城市生活污水處理中，用于對(duì)關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)TP(Total Phosphorus，總磷)在線檢測(cè)。

　　權(quán)利要求書(shū)

　　1.一種基于特征變量的污水總磷測(cè)量裝置，其特征在于：

　　包括酸堿度電極，ORP氧化還原電位電極，DO溶解氧電極，溫度傳感器， NH4-N氨氮電極，NO3-N硝酸鹽氮電極和TSS懸浮物電極;所述水質(zhì)參數(shù)綜合檢 測(cè)裝置連接到操作和顯示裝置，操作和顯示裝置連接到數(shù)據(jù)處理設(shè)備。

　　說(shuō)明書(shū)

　　一種基于特征變量的污水總磷測(cè)量裝置

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本實(shí)用新型屬于污水處理領(lǐng)域，可應(yīng)用在工業(yè)污水和城市生活污水處理中，用于對(duì)關(guān)鍵 水質(zhì)參數(shù)TP(Total Phosphorus，總磷)在線檢測(cè)。

　　背景技術(shù)

　　污水處理過(guò)程是包含復(fù)雜生化的反應(yīng)過(guò)程，具有很強(qiáng)的動(dòng)態(tài)非線性、強(qiáng)干擾性、不確定 性和噪聲，而且其中很多水質(zhì)參數(shù)之間都含有耦合關(guān)系，因而對(duì)于污水水質(zhì)關(guān)鍵參數(shù)實(shí)時(shí)測(cè) 量帶來(lái)很多的不便性，而且對(duì)于污水處理過(guò)程模型的建立異常困難。

　　目前軟測(cè)量建模方法很多，根據(jù)人們對(duì)過(guò)程的認(rèn)識(shí)程度可分為基于機(jī)理的傳統(tǒng)建模方法、 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的建模方法以及機(jī)理和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的混合建模方法。結(jié)合污水處理過(guò)程， 傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以國(guó)際水污染控制協(xié)會(huì)廢水生物處理設(shè)計(jì)與運(yùn)行數(shù)學(xué)模型課題組提出的 ASM系列模型為代表，這些模型中許多定量關(guān)系由經(jīng)驗(yàn)得到的，未知參數(shù)多，不確定參數(shù)在 不同的環(huán)境呈現(xiàn)不確定變化。基于人工智能的建模方法，對(duì)于污水處理關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)能夠有 效地檢測(cè)以及預(yù)測(cè)，智能建模主要包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模的方法主要有：模糊神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模、遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模、RBF徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模等。

　　通過(guò)國(guó)家出水標(biāo)準(zhǔn)，TP是表征污水水質(zhì)的關(guān)鍵參數(shù)之一。TP是藻類(lèi)生長(zhǎng)需要的關(guān)鍵性 元素，過(guò)量磷的攝取會(huì)造成水體污穢異臭，促使湖泊發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化以及海灣出現(xiàn)赤潮的最主 要原因，故TP長(zhǎng)期以來(lái)作為一項(xiàng)環(huán)境監(jiān)測(cè)指標(biāo)被廣泛使用。在TP的測(cè)量過(guò)程中，室溫下靜 置15min，使用光程為30mm比色皿，在700nm波長(zhǎng)下，以水作做對(duì)比，測(cè)定吸光度，扣除 空白試驗(yàn)的吸光后，從工作曲線上查得磷的含量。目前主要采用鉬酸銨分光光度法、微波消 解法、高碘酸鉀分光光度法、磷鉬藍(lán)分光光度法等。

　　總磷是水樣經(jīng)消解后將各種形態(tài)的磷轉(zhuǎn)變成正磷酸鹽后測(cè)定的結(jié)果，以每升水樣含磷毫 克數(shù)計(jì)量�？偭椎暮�量以C(mg/L)表示，按下式進(jìn)行計(jì)算：

　　$C=\frac{m}{v}$

　　式中：m-----試樣測(cè)得含磷量，μg;

　　V------測(cè)定用試樣體積，mL。

　　鉬酸銨分光光度法是符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)定水質(zhì)總磷的方法，其測(cè)定方法是在酸性條件下， 砷、鉻、硫干擾的情況下進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定。通過(guò)使用硫酸鉀(或硝酸-高氯酸)為氧化劑，將沒(méi)有 經(jīng)過(guò)過(guò)濾的水樣進(jìn)行消解，使得含磷全部氧化為正磷酸鹽。通過(guò)正磷酸鹽與鉬酸銨在酸性介 質(zhì)中反應(yīng)，在銻鹽存在的條件下生成磷鉬雜多酸后，立即被抗血酸進(jìn)行還原，生成絡(luò)合物， 通過(guò)測(cè)定器吸光度，即可測(cè)定水樣中的總磷含量。

　　微波消解法的原理是采用過(guò)硫酸鉀再使用高頻電磁波穿透容器作用在水樣，產(chǎn)生劇烈振 動(dòng)、摩擦并吸收微波能，使其能夠迅速升溫達(dá)到快速消解的目的。將標(biāo)準(zhǔn)磷溶液聚于四氟乙 烯密封消解罐中，加入適量的過(guò)硫酸鉀使溶液均勻混合，最終在XT-Ⅲ壓力自控密閉微波消 解儀中消解。待磷標(biāo)準(zhǔn)溶液消解后，在消解液中加入抗壞血酸溶液，待一定時(shí)間后，加入鉬 酸鹽溶液進(jìn)行充分混合，將混合好的溶液放入比色皿中。在700nm波長(zhǎng)下，以水代替溶液試 樣，加入與測(cè)定時(shí)相同體積的顯色劑對(duì)比�？鄢�空白實(shí)驗(yàn)的吸光度，從工作曲線上查得磷的 含磷。其缺點(diǎn)在于測(cè)取時(shí)間較長(zhǎng)，過(guò)程較繁瑣，測(cè)定的精度還有待提高。

　　高碘酸鉀分光光度法原理是在中心介質(zhì)中，加入試劑，在高溫條件下促使試樣消解。將 水樣中所含磷全部氧化為正磷酸鹽。在酸性介質(zhì)中，正磷酸鹽與試劑發(fā)生反應(yīng)，生成絡(luò)合物， 通過(guò)測(cè)定吸光度來(lái)最終測(cè)取總磷含量。該方法樣品需要在高溫、高壓容器中進(jìn)行消解，檢測(cè) 過(guò)程復(fù)雜，耗時(shí)耗能，并且存在較大的污水二次污染問(wèn)題。

　　磷鉬藍(lán)分光光度法原理是采用甲苯萃取水樣中單質(zhì)磷，用溴酸鉀-溴化鉀溶液和高氯酸將 單質(zhì)磷氧化為正磷酸鹽，再用氯化亞錫還原鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定其含磷量。這一方法對(duì)于單 質(zhì)磷的同素異形體很難進(jìn)行萃取，而且在測(cè)定過(guò)程中溴酸鉀-溴化鉀溶液等強(qiáng)氧化性會(huì)使得有 機(jī)磷氧化為正磷酸鹽，測(cè)定過(guò)程中存在過(guò)多干擾，靈敏度也相對(duì)較低。

　　隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境治理的投入不斷加大，對(duì)水資源可再生利用和出水水質(zhì)的要求的提高， 污水處理廠為了更好地提高精度并節(jié)省成本和實(shí)現(xiàn)更好的出水水質(zhì)，必須在污水處理過(guò)程中 加入更多的控制量，采用更加智能的方法解決污水處理工藝中的各種問(wèn)題。為達(dá)到以上目的， 及時(shí)獲得污水處理系統(tǒng)當(dāng)中重要的過(guò)程參數(shù)及水質(zhì)參數(shù)是十分關(guān)鍵的。

　　現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外關(guān)于TP的測(cè)量?jī)x器所采取的測(cè)量方法主要為鉬酸銨分光光度法。但是鉬酸 銨分光光度法的測(cè)量?jī)x器測(cè)量時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，需要1個(gè)小時(shí)，無(wú)法滿足污水處理過(guò)程實(shí)時(shí)控制的 需要;采用鉬酸銨分光光度法的TP測(cè)量?jī)x器成本較昂貴，且運(yùn)行費(fèi)用需要1萬(wàn)元左右;采 集的數(shù)據(jù)過(guò)程中需要加入試劑，會(huì)造成污水的二次污染;同時(shí)常規(guī)的TP測(cè)量?jī)x需要對(duì)于儀 器進(jìn)行定期的維護(hù)，使得成本更加昂貴，而且不進(jìn)行定期維護(hù)參數(shù)測(cè)定精度會(huì)下降10%-20%。

　　實(shí)用新型內(nèi)容

　　本實(shí)用新型涉及的一種基于特征變量的污水總磷測(cè)量裝置，其特征在于：

　　包括酸堿度電極，ORP氧化還原電位電極，DO溶解氧電極，溫度傳感器，NH4-N氨氮電 極，NO3-N硝酸鹽氮電極和TSS懸浮物電極;所述水質(zhì)參數(shù)綜合檢測(cè)裝置連接到操作和顯示 裝置，操作和顯示裝置連接到數(shù)據(jù)處理設(shè)備。

　　本裝置可以用于污水處理廠對(duì)TP的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)當(dāng)前應(yīng)用較多的A2O(厭氧-缺氧-好氧 法)、SBR法(序批式活性污泥法)等工藝的污水處理系統(tǒng)均可適用;同時(shí)還可以用于實(shí)驗(yàn)室中 相關(guān)污水處理工藝的模型中TP的監(jiān)測(cè)。