印染廢水處理系統在線監測改進方法探討

蔣裕平

（中山市電子科技大學 中山學院 化學與生物系，中山 512000）

0 引言

印染是紡織制造業在加工過程的重要環節，同時也是行業加工、制造、工藝改進的重點支持方向之一。隨著社會消費水平和消費量的不斷增加，行業發展規模也是越趨擴大。總體而言，從全國范圍內，規模宏大的印染印染行業的環保工作已經成為社會關注的焦點，而為了實現環保工藝的優質化和高效化，新的制造技術和自動化監控日趨成為必然的選擇。對此，印染企業普遍加大了技術改造的力度，技術裝備水平有了很大提高。目前，已經形成了納米態TiO2的懸浮體系為光催化氧化劑，對于一些印染工藝環節的廢水單獨進行處理和在線監測的整套工藝和設備，并且結合視頻技術，對于進水表觀形態進行圖像分析，同時也在一定程度上遏制了偷排漏排等違法現象。整個系統流程如圖1所示。

其中，存在兩方面的問題。一是由于處理設備和材料的特點，進入后處理環節前的混合液中的固液難以徹底分離，從而造成染料的檢測困難，造成后處理環節處理條件確定的困難；二是由于視頻成像過程中總會有失真存在，導致出水口水質的表觀形態不能準確掌握。為達到自動在線監測的要求，迫切需要改進監測方法。

圖1 在線監測系統示意圖

本文通過對于這兩個突出問題的解析，力求為印染廢水在線監測進行一些有益的啟示。

1 圖像信息的校正

圖像失真原因包括有三維物體成像為二維圖像[1]、圖像噪聲[2]等。鑒于實際印染工藝特點，需要進行綜合的校正舉措。

第一，鑒于印染出水口有時會出現一些具有特殊幾何形狀的物系（如紡織纖維、布屑、泡沫等），考慮到格柵的縫隙，需要對于物系的幾何尺寸進行辨識。這就需要對于所采集的圖像進行比例的標定，提高圖像傳輸過程中的精確度。

第二，實際中由于輸送設備和管道的原因，廢水流動形態會產生細微變化，一般的圖像采集設備會產生模糊現象。因此，采用高分辨率的傳感器和內置低色散、高折射率的鏡片，以獲得色散度低的圖像。

第三，由于印染廢水的很重要、很直觀的特征是其顏色，不同顏色決定了不同的水質，因此圖像能否準確反映廢水顏色是非常重要的。因此，采用光照補償的方法，即提高參考色的RGB，調節其它像素，從而改善此狀況。

第四，由于印染廢水中會有大量的表面活性劑，造成廢水表面有大量的泡沫，而不同形態的泡沫往往表示廢水的性質的不同，因此圖像需要準確反映泡沫形態。因此，通過圖像的增強和濾波作用消除干擾，并且采取了宏塊跟蹤法[3]確定泡沫的運動狀態。

表1 TiO2的含量和對應的渾濁度

圖2 相同深度的亞甲基藍（2mg/l）與不同渾濁度的TiO2組成的混合液測定結果的相對誤差

圖3 相同渾濁度（0.34）的TiO2與不同濃度的亞甲基藍組成的混合液測定結果的相對誤差

2 單波長和三波長監測方法的選擇

實際對于納米態TiO2與染料共存的混合液體系中染料濃度的測定方法有TOC、液相質譜法、分光光度法等。其中，分光光度法測定由于價格低廉、操作簡便，通常作為首選的方法。其中單波長法和三波長法是其中典型的方法。

單波長法就是選定一個波長進行吸光度測量的方法，是常規的方法。三波長法可以在干擾組分和被測組分共存的情況下，選擇適當的三個波長，使被測組分具有線性吸收，從而得到被測組分濃度的方法。目前在懸浮態TiO2光催化氧化中已經得到應用，如Hg~(2+)的還原[4]等。

實驗中，以典型的染料亞甲基藍為被測物，與不同含量的30nmTiO2組成混合液?？紤]到廢水中染料濃度可能波動，導致反應器出水中染料濃度有變化，因此需要考察染料濃度變化時的測定準確度；考慮到TiO2加入量會隨同染料濃度變化而變化，導致反應器出水中TiO2含量有變化，因此也需要考察染料濃度不變而TiO2含量變化時測定的準確度。TiO2含量以TiO2渾濁液經過超聲波震蕩器分散20min，在400nm波長處所測吸光度作為懸浮液的渾濁度，結果如表1所示。

實驗測定結果如圖2和圖3所示。

從圖2可見，在實驗中所采用的TiO2渾濁度范圍內，兩種分光光度法相對誤差都出現了不同程度的波動，說明準確度在不同的TiO2渾濁度下是不同的?？梢栽O想，由于TiO2懸浮顆粒對于光照有散射和屏蔽效應[5]，而這些效應是影響混合液吸光度變化的主要因素，這些效應與懸浮顆粒的初始渾濁度和光的波長有關，同時不同渾濁度的TiO2對于亞甲基藍的吸附的不同也會改變TiO2表面性質，因此也會影響散射和屏蔽效應，這些因素的影響趨勢并不是一致的，因此呈現出測定值波動的狀態。

從圖3可見，在所采用的亞甲基藍濃度范圍內，單波長法相對誤差數值的波動范圍較小，準確度較高。有兩方面的原因，一是在實踐中，從重復測定的結果變化看，單波長法的變化時較小的，即單波長法的重現性較好。提高了單波長法的準確度；二是由于亞甲基藍在水溶液中呈現出多聚體的形態[6]，相當于分子締合形態，而不同濃度形成的多聚體是不同的；另外，不同濃度下形成的多聚體在TiO2吸附態是不同的。這些因素都會導致吸光度的偏移，從而導致了測定結果隨著亞甲基藍濃度的變化出現了波動。

對于三波長方法而言，從圖3出現了某些亞甲基藍濃度點上不能進行測定或者是誤差過大等情況。為此，筆者認為由于亞甲基藍在TiO2表面的吸附、TiO2對于光的散射和屏蔽、亞甲基藍形成的多聚體效應等因素的影響，呈現出“綜合效應”，從而使在綜合因素配比合適的條件下，此“綜合效應”會導致測定偏差的急劇增大。

總體而言，從實驗結果看，采用單波長法進行監測是比較準確的，結果也是比較穩定的。但采用采用分光光度法的準確度不一定可以達到精度很高的要求。

3 結束語

印染行業由于所采用的設備和工藝是種類繁多，并且即使是同種設備，由于制造或者使用的差異，導致印染工序后的排污量和種類是不同的。因此，監測的及時性和準確性是兩大要求，同時也要兼顧經濟性的考慮和技術性達標。就本文針對的在線監測系統而言，視頻失真的改進是針對于印染廢水特點進行的，也取得了很好的效果；而單波長法的選擇，不僅操作很簡便，并且設備、運行的費用都非常低廉，同時也可以達到較好的效果。

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